譚剛強(qiáng)，王 豫，王五一，劉星吾，張 建

（1.川慶鉆探工程公司裝備處，成都610031；2.川慶鉆探公司川西鉆探裝備部，成都610081；3.北京理工大學(xué)，北京100081；4.川慶鉆探公司川東鉆探裝備部，重慶631237） ①

鉆機(jī)油改電功率補(bǔ)償和變頻傳動(dòng)技術(shù)研究

譚剛強(qiáng)1，王 豫1，王五一2，劉星吾3，張 建4

（1.川慶鉆探工程公司裝備處，成都610031；2.川慶鉆探公司川西鉆探裝備部，成都610081；3.北京理工大學(xué)，北京100081；4.川慶鉆探公司川東鉆探裝備部，重慶631237）①

為適應(yīng)川渝地區(qū)復(fù)雜鉆井工況，開(kāi)發(fā)了鉆機(jī)油改電裝置，包括功率補(bǔ)償裝置和變頻電傳動(dòng)系統(tǒng)。功率補(bǔ)償裝置采用DQC3000B型無(wú)功補(bǔ)償控制器，具有諧振間接保護(hù)措施，同時(shí)采取功補(bǔ)電容器串聯(lián)電抗器的方法，并采取特殊設(shè)計(jì)確保諧振不會(huì)發(fā)生。變頻傳動(dòng)采取恒功率負(fù)載類(lèi)型，滿足驅(qū)動(dòng)要求。針對(duì)變頻柜提出電磁兼容規(guī)范要求，包括變頻柜內(nèi)走線、接地和諧波抑制等，同時(shí)針對(duì)變頻傳動(dòng)和變頻柜進(jìn)行諧波抑制分析；對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)電磁噪聲的產(chǎn)生及技術(shù)改造進(jìn)行了研究。

鉆機(jī)；油改電；功補(bǔ)；變頻；研究

為川渝地區(qū)開(kāi)發(fā)的鉆機(jī)油改電裝置包括功率補(bǔ)償（以下簡(jiǎn)稱(chēng)功補(bǔ)）裝置和國(guó)產(chǎn)TGS2變頻器，以較高的性?xún)r(jià)比滿足了川渝地區(qū)復(fù)雜鉆井工況要求，并取得了節(jié)能減排的效果［1－2］。但是功補(bǔ)、國(guó)產(chǎn)變頻器和國(guó)產(chǎn)變頻電機(jī)之間存在著較為復(fù)雜的配合問(wèn)題，包括功補(bǔ)裝置的并聯(lián)諧振、變頻器的電磁兼容和高次諧波的影響，以及變頻電機(jī)的電磁噪聲等問(wèn)題，以及變頻傳動(dòng)方案與變頻電機(jī)參數(shù)的確定等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，國(guó)產(chǎn)功補(bǔ)裝置效果較好，但國(guó)產(chǎn)變頻器的電磁兼容與高次諧波抑制較差，需要進(jìn)一步提高。

1 功補(bǔ)裝置及諧振預(yù)防

1.1 功補(bǔ)裝置的不足［3－4］

鉆機(jī)油改電功補(bǔ)采用瞬時(shí)投切方式即動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式（SVC），通過(guò)晶閘管快速完成電容組編碼、任意容量組合和等值容量循環(huán)等多種投切控制方式的投切。傳統(tǒng)的功率因數(shù)型控制器運(yùn)行中存在著穩(wěn)定與補(bǔ)償這一對(duì)不可解決的矛盾，尤其是在油改電變頻傳動(dòng)系統(tǒng)諧波嚴(yán)重，但功率因數(shù)較高時(shí)，無(wú)法投入無(wú)功補(bǔ)償，導(dǎo)致濾波回路無(wú)法使用，甚至無(wú)功損耗已很大時(shí)控制器卻因功率因數(shù)較高無(wú)法投入電容器組。鉆機(jī)油改電裝置采用的無(wú)功功率（無(wú)功電流）型的控制器能兼顧線路的穩(wěn)定性和補(bǔ)償矛盾，使功率因數(shù)達(dá)到最佳效果，特別是控制器中包括了線路諧振間接保護(hù)功能。

1.2 諧振的預(yù)防與保護(hù)

鉆機(jī)油改電裝置諧波源來(lái)自變頻器，變壓器電抗和電容有構(gòu)成并聯(lián)諧振的可能性，采取將功補(bǔ)電容器串聯(lián)電抗器的方法，使其調(diào)諧的諧振頻率低于變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的最低次諧波的頻率，使串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振都不會(huì)發(fā)生。根據(jù)并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，用于抑制諧波時(shí)，當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時(shí)，電抗率宜取4.5%～6%，IEC的要求為4%。配置功補(bǔ)調(diào)諧濾波器時(shí)，通常濾波器調(diào)諧的頻率只考慮奇數(shù)次特征頻率，不考慮3的估算次，即只考慮3、7、11、13、17和19等次數(shù)，分合操作時(shí)，全部濾波器單元應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。假設(shè)要求分開(kāi)單獨(dú)操作，在合閘時(shí)，先合5次，再按7次等按上升規(guī)律進(jìn)行；分閘時(shí)，則將順序倒過(guò)來(lái)，即先分?jǐn)嘧罡叽蔚摹２⒙?lián)諧振產(chǎn)生的主要現(xiàn)象是電容器中的電壓電流增大，利用微機(jī)保護(hù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容柜中的電流，保護(hù)的長(zhǎng)延時(shí)和短延時(shí)可設(shè)定，可克服快熔和斷路器保護(hù)精度及反應(yīng)時(shí)間較慢的缺陷，可有快速有效地避免變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)并聯(lián)諧振引起的事故擴(kuò)大。

1.3 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)諧波電流測(cè)試

鉆機(jī)變頻傳動(dòng)諧波電流測(cè)試原理如圖1，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)在測(cè)量點(diǎn)1和測(cè)量點(diǎn)2處進(jìn)行測(cè)試，諧波電流變化不大，說(shuō)明功補(bǔ)裝置并沒(méi)有產(chǎn)生諧振電流，因此可以排除諧振電流對(duì)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的影響。

圖1 變頻傳動(dòng)諧波電流測(cè)試原理

2 變頻傳動(dòng)

鉆機(jī)油改電裝置變頻傳動(dòng)如圖2所示。

圖2 變頻器傳動(dòng)原理

2.1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)

絞車(chē)為典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；轉(zhuǎn)盤(pán)不能工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)；泥漿泵屬于泵類(lèi)負(fù)載，高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)過(guò)快，不應(yīng)使泵負(fù)載超工頻運(yùn)行，所以選擇變頻傳動(dòng)的負(fù)載類(lèi)型為恒功率，變頻電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速不應(yīng)過(guò)高，選擇為500～740r／min。

根據(jù)工業(yè)性試驗(yàn)，為適應(yīng)地方電網(wǎng)電壓峰谷的波動(dòng)，變頻柜中間電壓設(shè)定為600～820V。

在岳101－20－H3井工業(yè)性試驗(yàn)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法上升到1 000r／min以上，經(jīng)檢查是中間電壓不穩(wěn)，波形畸變嚴(yán)重，采樣信號(hào)失真。經(jīng)減少采樣點(diǎn)，并修改PID參數(shù)后，電動(dòng)轉(zhuǎn)速可以上升到1 180r／min。

滿負(fù)荷下電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法上升分析如下：變頻電機(jī)功率因數(shù)為0.92，效率為0.94，電機(jī)功率為

變頻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 180r／min，電流為1 100A，電壓為560V，此時(shí)變頻電機(jī)單機(jī)功率為

變頻電動(dòng)機(jī)單機(jī)達(dá)到最大功率值，在負(fù)載不變的情況單機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法再增加，因此需要啟動(dòng)雙機(jī)并機(jī)工作。

2.3 變頻柜電磁兼容技術(shù)

2.3.1 電磁兼容要求

變頻器應(yīng)設(shè)計(jì)為運(yùn)行在一個(gè)可能存在較高的電磁干擾（EMI）工業(yè)環(huán)境，故應(yīng)采取減小EMC的措施。

2.3.2 柜內(nèi)布線

布線時(shí)，柜體采取電磁兼容區(qū)域原則，即不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中，不同區(qū)域在空間上最好用金屬殼或用接地隔板隔離。

按機(jī)柜設(shè)計(jì)走線分開(kāi)布設(shè)的原則對(duì)需屏蔽的導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽與隔離，屏蔽線的屏蔽層要良好接地，數(shù)字電纜屏蔽層要求兩端接地，模擬電纜在低頻場(chǎng)合其屏蔽層應(yīng)單端接地，屏蔽線應(yīng)使用護(hù)套（屏蔽層的另外一端可通過(guò)100nF／100V電容接地，以提供高頻保護(hù)），按信號(hào)類(lèi)型選用組合電纜，加以屏蔽保護(hù)。電源線和信號(hào)線單獨(dú)敷設(shè)，避免交叉，不能避免時(shí)，必須垂直交叉。絕對(duì)不能平等敷設(shè)；采用絕緣型電源變壓器（中性點(diǎn)不接地）；縮短線路長(zhǎng)度。

長(zhǎng)距離走線應(yīng)放在走線槽內(nèi)，同一根走線槽內(nèi)應(yīng)區(qū)別敏感和噪聲電纜，必要時(shí)進(jìn)行分隔，易受干擾的設(shè)備采用隔離電感器供電。有高頻通過(guò)的電纜應(yīng)兩端接地且保證是等電位聯(lián)結(jié)。

2.3.3 變頻柜接地

可在機(jī)柜上多接幾次地，對(duì)地線進(jìn)行分類(lèi)，包括數(shù)字地、模擬地、電源地、機(jī)殼地和總接地等。變頻柜內(nèi)信號(hào)電纜盡可能從機(jī)柜的一側(cè)進(jìn)入，并盡可能接近接地的金屬板。對(duì)機(jī)柜自身良好接地；走線槽應(yīng)良好接地，非常敏感的電纜應(yīng)單獨(dú)處理，如單獨(dú)套鋼管且鋼管良好接地，走線槽內(nèi)電纜集中時(shí)應(yīng)加蓋，避免交叉感應(yīng)，信號(hào)線與信號(hào)回線盡可能靠近。機(jī)柜要接地，但接地不當(dāng)有可能對(duì)信號(hào)形成干擾，各機(jī)柜信號(hào)地應(yīng)分別接大地。確保傳動(dòng)柜中的所有設(shè)備接好良好。

連線用插頭分類(lèi)隔開(kāi)，在模擬與數(shù)字靠近處布置模擬和數(shù)字的0V線。

使用短和粗的接地線連接到公共接地點(diǎn)或接地母排中，更為重要的是，連接到變頻器的任何控制設(shè)備要與其共地，同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地，最好采用扁平導(dǎo)體（如金屬網(wǎng)）。安裝變頻器時(shí)，使用無(wú)漆鍍鋅銅板，確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。

變頻器出線與進(jìn)線采用屏蔽線并接地，且分開(kāi)一定距離，進(jìn)、出線穿金屬管并接地；輸出使用四芯電纜（一芯接地），電機(jī)外殼接地，變頻器單獨(dú)接地；信號(hào)線屏蔽層不接到電機(jī)或變頻器的地，而應(yīng)該接到控制線路的公共端；必要時(shí)可采用零序電抗器、電涌吸收器、電涌抑制器，輸入抑制電抗器；使用絞線布線。

2.3.4 諧波抑制

進(jìn)線電抗器用于降低由變頻器產(chǎn)生的諧波，同時(shí)也用于增加電源阻抗，幫助吸收附近設(shè)備投入工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰。進(jìn)線電抗器串接在電源和變頻器功率輸出入端之間。

2.4 變頻傳動(dòng)諧波抑制技術(shù)［5－6］

變頻器運(yùn)行時(shí)電源側(cè)和電機(jī)側(cè)都會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，對(duì)電網(wǎng)和變頻器周?chē)钠渌姎庠O(shè)備要產(chǎn)生電磁干擾，其電磁噪聲兼容決定噪聲發(fā)射和抗擾度。變頻器既是噪聲發(fā)射源，可能又是噪聲接受器，如圖3所示。

圖3 變頻器的噪聲電流及其波形

寄生電容Cp存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部，因此變頻器的PWM輸出電壓波形的開(kāi)關(guān)翼部通過(guò)寄生電容產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖噪聲電流Is，使變頻器成為一個(gè)噪聲源。由于噪聲電流Is的源是變頻器，因此它一定要流回變頻器。

圖3中，ZE為大地阻抗，Zn為動(dòng)力電纜與地之間的阻抗。噪聲電流流過(guò)此二阻抗所造成的電壓降將影響到同一電網(wǎng)上的其他設(shè)備造成干擾。此外，變頻器的整流部分也會(huì)產(chǎn)生低頻諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變。當(dāng)電網(wǎng)的短路阻抗＜1%時(shí)，需加進(jìn)線電抗器來(lái)抑制低頻干擾。對(duì)于高頻干擾，如果高頻噪聲電流Is有一條正確的通道，則高頻噪聲可得到抑制。如果使用非屏蔽電機(jī)電纜，則高頻噪聲電流Is以一個(gè)不確定的路線流回變頻器，并在此回路中產(chǎn)生高頻分量壓降，影響其他設(shè)備。為使高頻噪聲電流Is能沿確定路線流回變頻器，需要采用屏蔽電機(jī)電纜。電纜屏蔽層必須連接到變頻器和電機(jī)外殼上。當(dāng)高頻噪聲電流Is必須流回變頻器時(shí)，屏蔽層形成一條最有效的通道，如圖4。

圖4 帶有屏蔽電纜的噪聲電流流向

雖然噪聲電流不會(huì)在ZE上出現(xiàn)壓降，但在電源阻抗Zn上還會(huì)出現(xiàn)壓降，影響其他電氣設(shè)備。為此在變頻器輸入端加入無(wú)線電干擾抑制濾波器，可大幅減少流回電源的噪聲電流，如圖5。

圖5 噪聲電流的濾波示意

變頻器作為噪聲接受器時(shí)，如圖6所示。

圖6 變頻器作為噪聲器示意

變頻器作為噪聲接受器時(shí)，高頻噪聲電流Is可通過(guò)電勢(shì)和耦合電容進(jìn)入變頻器且在阻抗Zi上產(chǎn)生一個(gè)壓降，導(dǎo)致擾動(dòng)噪聲。最有效的辦法是嚴(yán)格隔離噪聲源和信號(hào)電纜且信號(hào)電纜的屏蔽在兩端接地。如圖7。

圖7 使用屏蔽信號(hào)抗干擾示意

變頻器電機(jī)采用屏蔽電纜，其屏蔽層的電導(dǎo)至少為每相導(dǎo)線芯的1／10，達(dá)到抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)的目的?？刂齐娎|應(yīng)使用屏蔽電纜，其屏蔽層應(yīng)直接在變頻器內(nèi)部接地，另一側(cè)通過(guò)高頻小電容（如3.3nF／3 000V）接地。當(dāng)屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時(shí)，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號(hào)線和它的返回線絞合在一起，減小感性耦合引起的干擾，絞合越靠近端子越好。模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號(hào)線應(yīng)獨(dú)立走線，獨(dú)立屏蔽。不同的模擬信號(hào)不能置于同一個(gè)公共返回線。低壓數(shù)字信號(hào)線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線。

電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其他電纜走線，其最小距離為500mm，應(yīng)避免電機(jī)電纜與其他電纜長(zhǎng)距離平行走線，以減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90°的角度交叉，且用合適的夾子將電機(jī)電纜和控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。

2.6 電磁干擾對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的影響

在諧波干擾下，現(xiàn)場(chǎng)總線通訊存在偶發(fā)性異常狀態(tài)，導(dǎo)致變頻電機(jī)突然降速。岳101－20－H3井實(shí)測(cè)表明，PLC通道5為變頻器的啟停信號(hào)，運(yùn)行過(guò)程中該通道偶爾會(huì)出現(xiàn)毛剌，導(dǎo)致變頻器誤判為啟動(dòng)信號(hào)停止，變頻器停止1s后重啟，造成掉速的現(xiàn)象。經(jīng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)總線屏蔽不良，電磁干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊造成影響。采用總線屏蔽和軟件啟動(dòng)信號(hào)濾波技術(shù)整改后，掉速故障消除。

3 變頻器諧波抑制技術(shù)

3.1 變頻器諧波

變頻器供電電源按傅立葉級(jí)數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無(wú)功電流，諧波和間諧波電流。變頻器功率較大，用電容器直接進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償雖然可以大副度降低基波無(wú)功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。為避免諧波放大，諧波治理與無(wú)功功率補(bǔ)償必須同時(shí)進(jìn)行，采用就地諧波治理與無(wú)功功率補(bǔ)償可以獲得最大的效益。

根據(jù)變頻器分類(lèi)，變頻器供電系統(tǒng)的就地諧波治理與無(wú)功功率補(bǔ)償裝置包括含各次濾波器的TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置、6%電抗的TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和固定投入各次濾波器的裝置。

變頻器功率因數(shù)大于0.97，由于二極管整流橋僅在網(wǎng)壓峰頂開(kāi)通，對(duì)電容器充電，電流波形是導(dǎo)通角較窄的尖鋒。供電電流包含6 K±1次諧波（K＝1、2、3…），諧波含量隨進(jìn)線電抗和直流濾波電抗的電感量增加而減少。通常，加電抗器后5次、7次、11次和13次諧波仍然占40%、35%、25%和20%。交－直－交電壓型變頻器不需要補(bǔ)償基波無(wú)功功率而需要濾除諧波無(wú)功功率，故可安裝固定投入各次濾波器的裝置。為了防止輕載過(guò)補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)電壓的提升，該濾波器應(yīng)該具有基波容性抗器，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮諧波發(fā)熱和過(guò)壓?jiǎn)栴}。

3.2 高次諧波與濾波

變頻器會(huì)產(chǎn)生高次諧波，對(duì)輸出影響較大。當(dāng)變頻器容量接近電源變壓器容量時(shí)，高次諧波的影響較大，就必須采用防干擾措施。根據(jù)諧波分析，在變頻器電路中不含3次及3的整數(shù)倍諧波分量。在三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)中，3的整數(shù)倍諧波可自行消除，可以不考慮，亦無(wú)偶次諧波。

高次諧波使電源電壓畸變、電壓質(zhì)量下降、產(chǎn)生變頻電機(jī)電磁噪聲等危害，嚴(yán)重時(shí)變頻器甚至無(wú)法正常工作，可降低變頻器的載波頻率來(lái)消除干擾的影響。頻率降低干擾會(huì)下降，但噪聲可能要大些，電流波形平滑性要差些?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試而定，必須時(shí)采用專(zhuān)用的變頻電機(jī)。采用進(jìn)線交流電抗器，出線采用DC電抗器或正弦濾波器；不共用地線，分開(kāi)供電電源（變頻器，受干擾設(shè)備分開(kāi)供電）。

總之，采用以上對(duì)策后，基本可消除高次諧波的干擾或減弱高次諧波的影響。以上諸多措施，只是選其中幾項(xiàng)即可，按現(xiàn)場(chǎng)具體條件、情況而定。按實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高次諧波允許范圍為電機(jī)的10%～20%。

4 變頻電動(dòng)機(jī)電磁噪聲

變頻電機(jī)的噪聲來(lái)源于電磁噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲，其中電磁噪聲占很大比例。如果斷電后高頻噪聲消失，則可判斷為電磁噪聲。經(jīng)岳101－20－X3井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，當(dāng)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 180r／min時(shí)變頻電機(jī)噪聲明顯高于風(fēng)機(jī)噪聲。經(jīng)突然斷電證實(shí)，變頻電機(jī)噪聲為電磁噪聲。

經(jīng)分析，變頻電機(jī)定子鐵芯呈薄壁圓環(huán)形，剛性較差，在磁場(chǎng)作用下沿徑向發(fā)生變形和周期性振動(dòng)而產(chǎn)生電磁噪聲。電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的高次諧波分量的徑向力也作用于定子鐵芯上，使定子產(chǎn)生徑向變形和周期振動(dòng)。對(duì)于高次諧波，定子鐵芯的徑向變形振動(dòng)是引起電磁噪聲的主要原因。定子鐵芯不同階次的變形，有不同的固有頻率，當(dāng)徑向力波的頻率與鐵芯的某個(gè)固有頻率接近可相等時(shí)，因共振而產(chǎn)生較大電磁噪聲。

根據(jù)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的槽配合，對(duì)電機(jī)的各次諧波產(chǎn)生的徑向力波頻率進(jìn)行計(jì)算，可得出一定定子諧波次數(shù)下力波的次數(shù)和力波頻率值。應(yīng)用有限元件對(duì)定子鐵芯的振動(dòng)進(jìn)行模態(tài)分析，可計(jì)算出頻率，如圖8。

圖8 變頻電動(dòng)機(jī)定子鐵芯模態(tài)分析

分析計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于電機(jī)槽配合而產(chǎn)生了相應(yīng)的2次和4次徑向力波，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在一定的電源頻率時(shí)，定子鐵芯的某階振動(dòng)頻率與力波頻率接近，這個(gè)徑向力波引發(fā)定子鐵芯的共振而產(chǎn)生高頻電磁噪聲。通過(guò)噪聲分析可知，最大噪聲對(duì)應(yīng)的頻率位于固有頻率與力波頻之間。

電磁噪聲降低的措施包括適當(dāng)?shù)牟叟浜稀⒑侠淼臍庀洞琶芗昂线m的繞組節(jié)距。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子的多種槽配合進(jìn)行徑向力波分析計(jì)算，可找出消除1、2、3、4、5次徑向力波、避免定子鐵芯發(fā)生共振從而大幅度降低電磁噪聲的槽配合參數(shù)。由于徑向力與氣隙磁密的平方成正比，振動(dòng)的幅值與徑向力成正比，聲功率近似與振動(dòng)幅值的平方成正比，所以降低氣隙磁通密度，可有效降低徑向力幅值及噪聲，采取增加繞組匝數(shù)的方法可一定程度降低氣隙磁密度。通過(guò)調(diào)整繞組節(jié)距減小磁動(dòng)勢(shì)波形中的諧波含量，具體方法是調(diào)整短距比。

綜上所述，變頻電機(jī)定轉(zhuǎn)子槽配合的合理選擇對(duì)降低電磁噪聲具有決定性的意義，為設(shè)計(jì)出低噪聲的變頻電機(jī)，必須對(duì)槽配合和定子鐵芯的共振特性進(jìn)行綜合分析。

5 結(jié)論

1） 采取無(wú)功型補(bǔ)償控制器，可克服功率因數(shù)型控制在較高的功率因數(shù)下無(wú)法投入的缺陷。

2） 采用電容加串聯(lián)電抗器并將其調(diào)諧的諧振頻率低于變頻傳動(dòng)系統(tǒng)工程產(chǎn)生的最低次諧波的頻率，可有效避免并聯(lián)和串聯(lián)諧振電流的產(chǎn)生，經(jīng)工業(yè)性試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

3） 變頻器和變頻電機(jī)是諧波發(fā)射和接收源，國(guó)產(chǎn)變頻器由于未采取有效的電磁兼容和高次諧波抑制措施，導(dǎo)致掉速、跳閘、編碼器不能正常工作以及速度無(wú)法上升等故障，電磁兼容和高次諧波抑制整改是一個(gè)系統(tǒng)工程，國(guó)產(chǎn)變頻器與ABB和西門(mén)子變頻器在電容兼容和高次諧波抑制方面差距較大。應(yīng)用本文所述技術(shù)進(jìn)行整改后，TGS變頻器縮短了與進(jìn)口變頻器在這方面的差距，滿足了現(xiàn)場(chǎng)鉆井工藝要求。

4） 變頻電機(jī)電磁噪聲是由于本身固有振動(dòng)頻率未避開(kāi)變頻器諧波，當(dāng)諧波電流達(dá)到一定值時(shí)導(dǎo)致變頻電機(jī)電磁噪聲高于風(fēng)機(jī)噪聲。通過(guò)對(duì)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子的槽配合和繞組匝數(shù)重新設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)變頻器高次諧波進(jìn)行抑制，才能有效避免電磁噪聲的產(chǎn)生。

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Resaerch of Reactive Power Compensation and Variable Frequency Drive of Oil Rig

TAN Gang－qiang1，WANG Yu1，WANG Wu－yi2，LIU Xing－wu3，ZHANG Jian4
（1.Equipment Department，CCDC Drilling Engineering，Chengdu610031，China；2.Equipment Department，CCDC Chuanxi Drilling Company，Chengdu610081，China；3.Beijing Institute of Technology，Beijing100081，China；4.Equipment Department，CCDC Chuandong Drilling Company，Chongqing631237，China）

The diesel driven to electrically drive device of oil rig consists of SVC and VFD system.The SVC has the syntony preventive step by DQC3000Bcontroller.It takes the series－wound technology of capacitor and reactor，and special design was adopted，so no syntony happens.The VFD system can meet the driving requirement because it takes constant power load.And it advances the EMC criterion come down to wiring and grounding and harmonic suppression in transducer box.And the harmonic suppression was analyzed，aiming at the VFD and the transducer box.And the producing reason and correction technology was studied about the electromagnetism noise of the frequency conversion motor.

rig；diesel－driven－to－electrically－drive；reactive－power－compensation；variable－frequency；research

1001－3482（2012）01－0014－06

TE922

A

2011－09－28

中石油川慶鉆探工程公司2010年鉆探科研項(xiàng)目（2010科通字第105號(hào)）

譚剛強(qiáng)（1961－），男，湖南湘潭人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事石油裝備管理工作。