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时间:2018-10-10
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1、石油钻机的变频改造
2、第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,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,要求提放要稳,到位准确,这是对钻机控制系统的总体要求。 现
3、场的动力系统是有两台500K(称30钻机)。所配置的电机,型号为Y423-6-500BPR,其主要参数如下表:额定频率33.5HZ额定电压380V额定电流924A额定功率500Kin额定钻速660r/min额定效率94.5%功率因数0.86 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
4、/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
5、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,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
6、。其主回路电路如图示:500)this.style.ouseg(this)">图一、变频器主电路原理图500)this.style.ouseg(this)">+图二、制动单元图三、应用效果 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,井架自身约为40吨,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。 2、打井时原来就有四个档位,没有其他速
7、度选择。工频50HZ时,合转盘离合,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,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。 3、随着大量的石油开采,钻井深度越来越深,这样的情况下每9米就要提放一次转具,频凡的提升和下放,提升的重量越来越重原来提升要频繁的换档,才
8、能适应越来越重的钻具,由于提升速度不可控制,井卡钻具时对其冲击很大,有可能把钻杆拉断,造成事故。使用变频器可以低速提升,并且提重量大,对于钻具冲击力小,易于控制提放位置、速度,适于频繁的提放钻具。 4、使用变频器后对于整个系统的的机械损耗也减少了,原来经常损坏的变速箱及刹车系统能够减少维修次数,减少大量的维修费用。在钻井情况下电机可以处于停止状态,而原来在工频运行时直接启动电机,启动电流大容易损坏发电机,运行后电机一直在运行状态,耗费大量能源。而变频器可以实现连续软启动,启动电流小,对发电机组没有冲击,原来每天用油3吨以上,而现在用油在2吨左右,所以也大大节约了
9、能源。并且
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