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浅议直流钻机配套变频顶驱电磁与谐波干扰 　　摘要：采用SCR和变频器驱动的电动机因其节能效果明显、维护简单等优点而被广泛的采用。但是，由于SCR等非线性元件特殊的工作原理带来的干扰越来越不容忽视。针对不同的干扰对象，通过对电动钻机现场服务进行总结，采取有效抗干扰措施，保证了电动钻机的安全性和稳定性，提高了生产效率。 　　关键词：变频器 SCR 顶驱 UPS电源 PLC 谐波干扰 　　中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0140-02 　　随着工业技术的不断发展与进步，电动钻机的诸多特点，预示着它将逐渐取代原始的柴油机和联动箱组成的机械钻机。江苏海外钻井项目Sinopec216队，于2007年由宝石厂配套50D电动钻机，SCR房由宝美配套制造，并配有北石DQ70BSC顶驱。在本套钻机的设计应用中，绞车、转盘和泥浆泵采用SCR整流驱动，顶驱采用变频调速系统，整套钻机节能效果明显，操作方便、维护简单等优点，但是SCR和变频器造成了相互间谐波干扰及对其他设备和仪器谐波干扰的问题。本文对该钻机使用过程中出现的故障进行统计，将SCR和变频器产生干扰的原因和危害进行梳理，并对其他设备的谐波干扰和电磁辐射问题采取了相应的抑制方法。 　　1 电动钻机谐波干扰源的出现 　　当井深1800m左右，双泵开启，顶驱频繁报故障并跳闸停机，通过检查发现顶驱PLC柜内隔离变压器发出嗡嗡的声响，并且重启顶驱PLC和工控计算机后，UPS电源发出吱吱的声音，重启顶驱后钻台按工况要求继续钻进，用FLUCK万用表检测UPS电源上级隔离变压器的输出端，检测发现当两台泵的总泵冲提到100冲，泵压16MPa时，电压波动并不大，但是频率波动很大，偶然还能发现300Hz以上的数字。示波器对电源进行监视，发现杂乱的不光滑的曲线，在曲线上出现很多毛刺，且能明显听到UPS电源内部频繁发出开关切换的声音。由UPS电源控制面板上直接供电的指示灯也随着UPS内部开关的切换出现明显的闪烁。继续观察，发现在UPS频繁切换供电模式的时候，PLC和工控电脑自动重启。 　　2 谐波干扰原因解析 　　在顶驱转速120～150rpm时，两台泵的泵冲相差10次/分钟，UPS能够长期工作在外接电源模式，也就是PLC???工控机都能够正常工作，能保证司钻台的安全操作。针对这种故障情况，对两台泵在不同运转情况下使用示波器进行监视。 　　现场使用一台泵，且泵冲为40冲/分钟时可见隔离变压器上的380V电压一个周期内电压波形的跌落明显增加，整个波型也开始出现一定的变形。说明SCR房内运转泥浆泵，谐波的含量开始增加，波形的塌陷和变形严重。当启动另外一台泵后，两台泵冲均为40冲/分钟时，整个380V电压有明显的电压跌落，并且整个波型被打成数个波段，而每个波段上是无数个锯齿状的方波，整个正弦波遭到了严重的破坏。说明顶驱运转时，两台泵同时开起来后，它对电压的破坏性是大于一台泵对波形的破坏性。提高两台泵冲到均为50冲/分钟时，电压波形变得面目全非，大幅度的电压跌落不仅多，而且很深，可见谐波之间的叠加产生了1+12的结果，导致UPS频繁切换供电模式，长时间工作在UPS供电模式下，UPS电源电压低的情况就会导致控制系统瘫痪。增加一台泵冲到55冲/分钟，同时降低一台泵冲到45冲/分钟时基本能够保证UPS电源的正常工作，可以判断此时的干扰是一个干扰临界点。 　　通过以上故障临界点的寻找判断，整个电路中出现了大量的谐波干扰。所谓谐波，也就是电源受到了污染，其波形不再是以前那种纯净的比较光滑且连续的正弦波，而变成了由数条犬牙交错状或是锯齿状的各种杂波组成的近似正弦波[1]。如果谐波含量非常严重的话，还会使正弦波变成非正弦波，在两台泵冲均为50冲时，其电压波形就是非常严重的谐波干扰现象，为了保证井下安全，不得不调整两台泵的泵冲，将目的段完成至2200m。但在现场工况来说，特别是在井下仪器需要泵压稳定的情况下，两台泵相差10泵冲不能满足现场需求，只能寻找设备内部原因，并加以解决。 　　3 谐波对现场设备的危害 　　本套设备中，SCR整流装置在运行时产生的高次谐波会反馈到电网，使电网质量下降，影响与该装置并联在同一电网的其它负载的正常工作[1]。高次谐波不仅干扰了顶驱控制系统的正常供电，对交流和直流驱动系统PLC和井场工作用电及生活用电都产生了干扰。 　　3.1 电网损耗增加，利用率降低 　　谐波使电网中的电器元件产生附加的谐波损耗，降低了用电设备的效率，通过电网传导到其它的用电器，引起电网中局部的串联或并联谐振，从而使谐波放大[2]。电机结构原因其内部气隙不均匀，逆变器输出带有高次谐波成分的电压与电流，在内部气隙中产生高次谐波磁通，随着频率变化，电压、频率基波在发生变化的同时，高次