1 引言
随着现代电力电子技术及微电子技术的飞速发展,变频器作为一种现代工业革命的产物,已越来越多地应用到工业生产的各个领域。从低压到高压,从普通到特殊,变频器在调速和节能等方面都发挥着无可替代的作用CONTROL ENGINEERING China版权所有,并正在逐步地向纵深拓展。现在我们应大庆油田石油管理局井下作业分公司的要求,对其钻井设备—石油钻机又进行了变频改造,并收到了较好的效果。
2 石油钻机系统简介
石油钻机是油田生产的关键设备之一,随着生产效率的不断提高,对钻井系统的要求也越来越高。钻井过程中钻杆需要频繁的提放CONTROL ENGINEERING China版权所有,由于钻具重,要求提放稳,到位准确,这是对钻机控制系统的总体要求。
现场的动力系统是有两台500kW的发电机组并网发电,供一台钻机及其他几台37kW的电机使用,用来驱动钻井用钻盘和提放钻杆及起放井架的绞车。打井深度为3000m(称30钻机)。所配置的电机控制工程网版权所有,型号为Y423-6-500BPR,其主要参数如附表所示。
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3 变频器的配置情况
根据现场的特殊情况,我们选用了本公司生产的JD-BP32-500型500kW/380V的变频器。其基本的参数为:
输入:三相,380V,50Hz;
输出:三相,0~380V,0~50Hz;
频率范围:0~50Hz;
最高频率:33.5~50Hz任意设定;
基本频率:0~33.5Hz之间任意设定;
启动频率:0~5Hz;
转矩提升:根据负载转矩调整到最佳。
根据现场的特殊要求,经常用在低频2~5Hz,并且提升量大,所以变频器在额定频率0~33.5Hz采用恒转矩输出,33.5Hz以上采用恒功率输出。为适应大功率输出,以及负载根据地质情况的频繁波动,并且电流变化大,而且有频繁的周期性波动,以及现场安装空间的限制,使变频器体积尽量的小。采用两单元并联输出,每个单元四个功率模块直接并联的特殊结构,模块并联中产生的均流问题,采用均流电抗和强制均流两种方式,使每个模块都能正常工作。由于变频器输出电流大(接近2kA),为防止强电流磁场造成的干扰,传输信号采用光纤通讯,并且控制电路也增加相应的抗干扰措施,从而增加了变频器工作的安全性,收到了较好的效果。
变频器主回路电路如图1所示。由于在工作过程中负载波动频繁,电流变化大,电机有时处于发电状态,为处理好这部分能量,保证变频器的安全,增加了如图2所示的能耗制动单元。这类负载周期性变化大,我们采用较大余量的功率器件,主电路采用电流传感器取样及对IGBT结压降保护和负载过流保护的三级措施,来确保变频器及电机能够长期的无故障运行。
图 制动单元图 4 应用效果 (2) 打井时原来就有四个档位,没有其他速度选择。工频50Hz时,合转盘离合器,这样对钻杆及电机、变速箱都有很大的机械冲击。特别是在打到岩层时,地下的地质情况复杂多变,负载有时轻,有时重,这样使得发电机要丢频丢压,转盘转速时快时慢。在打定向井时就会偏离设计倾斜度。使用变频后,转盘转速在设定范围内连续可调,减少了频繁换档www.cechina.cn,根据地形可以灵活掌握其速度,转盘带动转杆时可以零频启动,对转盘的扭力就大大减少了,变频器中还采用了较大的储能元件,以保证复杂多变的地质情况下负载的变化。 &nbs
经过两个月的试运行,该系统呈现出明显的效果:
(1) 没有使用变频器前,起放井架是在工频50Hz通过变速箱直接加上负载,速度不易控制CONTROL ENGINEERING China版权所有,井架自身约为40t,大的钻机还要重,起放很不平稳,冲击大,不易于控制。安放二成平台时十分烦琐,费时、费力。使用变频器后可以在低频2~5Hz启动,速度慢,很容易操作控制起放位置,并且低频起重量大,安全可靠。