石油钻机的变频改造

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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