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石油钻机的变频改造技术分析

www.cechina.cn2009.09.25阅读 11073

        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,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。
        一、石油钻机的系统简介
        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,由于钻具重控制工程网版权所有,要求提放要稳CONTROL ENGINEERING China版权所有,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,型号为 Y423-6-500BPR ,其主要参数如下表:

主要参数


        其工作过程为变频电机通过变速箱和转盘同滚筒相连接,来驱动转盘和绞车,采用气动离合器,以保证可靠性和安全性。且绞车刹车系统为盘式刹车,减少了原系统带来的不稳定性。并且整套系统配有紧急制动刹车,紧急情况下使用增强了安全性和可靠性。
        二、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。我们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,我们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。
        由于在工作过程中负载波动频繁www.cechina.cn,电流变化大,电机有时处于发电状态,为处理好这部分能量控制工程网版权所有,保证变频器的安全CONTROL ENGINEERING China版权所有,增加了能耗制动单元。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 IGBT 结压降保护和负载过流保护三级措施,来确保变频器及电机能够长期的无故障运行。其主回路电路如图示:

变频器主电路原理图

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