衛(wèi)瑞　劉天文

摘 要：隨著鉆井市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇、節(jié)能減排壓力的加大，能源成本日益突顯。中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的還有3部60 Hz電力系統(tǒng)的電動(dòng)鉆機(jī)，因此對(duì)其進(jìn)行改造升級(jí)很有必要，論述了60 Hz鉆機(jī)電氣系統(tǒng)改造方案，并對(duì)變頻變壓電源進(jìn)行了設(shè)計(jì)，取得了良好的效果，達(dá)到了節(jié)能減排目的。

關(guān)鍵詞：鉆機(jī) 電力 頻率

中圖分類號(hào)：P634 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0106-01

20世紀(jì)90年代從國(guó)外進(jìn)口的60 Hz電力系統(tǒng)的電動(dòng)鉆機(jī)由于其高可靠性與穩(wěn)定性，目前還有一定數(shù)量在使用。隨著鉆井市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇、節(jié)能減排壓力的加大，能源成本日益突顯，但由于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)都是50 Hz，60 Hz電力系統(tǒng)電動(dòng)鉆機(jī)的網(wǎng)電應(yīng)用受到根本限制，因此對(duì)其進(jìn)行改造升級(jí)很有必要。

1 存在問(wèn)題

中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的還有3部60 Hz電力系統(tǒng)的電動(dòng)鉆機(jī)。該類鉆機(jī)主動(dòng)力是由4臺(tái)600 V 60 Hz柴油發(fā)電機(jī)組供電，輔助動(dòng)力由兩套400 V 50 Hz VOLVO TAD1641GE柴油發(fā)電機(jī)組提供，4套可控硅整流裝置把600 V 60 Hz電力整流后驅(qū)動(dòng)泥漿泵、絞車與轉(zhuǎn)盤，1套60 Hz MCC控制中心驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，1套400 V 50Hz配電中心為井場(chǎng)、營(yíng)房生活用電、50 Hz電動(dòng)機(jī)提供電力。

因主動(dòng)力系統(tǒng)為600 V 60 Hz，其發(fā)電控制系統(tǒng)，泥漿泵、絞車與轉(zhuǎn)盤直流控制系統(tǒng)都是為60 Hz設(shè)計(jì)，而我國(guó)工頻為50 Hz，因此這些鉆機(jī)的網(wǎng)電應(yīng)用因制式不同，不能有效實(shí)施。另一方面，由于鉆井隊(duì)生活用電、井場(chǎng)50 Hz工頻電機(jī)用電等，在60 Hz柴油發(fā)電機(jī)主動(dòng)力運(yùn)行的同時(shí)，還需要400 V 50 Hz柴油發(fā)電機(jī)提供輔助電力，且隨著這些鉆機(jī)服役時(shí)間加長(zhǎng)，50 Hz的電機(jī)逐漸增多，負(fù)荷大時(shí)，需2臺(tái)400 kW VOLVO發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，而60 HZ主動(dòng)力富余，造成極大的能源浪費(fèi)，而且還增加了輔助發(fā)電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

2 60 Hz鉆機(jī)電氣系統(tǒng)改造

2.1 改造方案

兼顧原電控系統(tǒng)的完整性與改造的經(jīng)濟(jì)性，保留泥漿泵、絞車與轉(zhuǎn)盤的直流控制系統(tǒng)不變，必要時(shí)對(duì)直流控制模塊進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，加裝制作一套600 V/400 V 60 Hz/50 Hz變壓變頻系統(tǒng)。改造后的電控系統(tǒng)可有兩種工作方式。

（1）工作方式一。

當(dāng)系統(tǒng)使用網(wǎng)電時(shí)，電網(wǎng)變換后的600 V 50 HZ電力經(jīng)柴油發(fā)電機(jī)接入窗口引入系統(tǒng)，QF1、QF3、QF4閉合，QF2斷開(kāi)，600 V 50 Hz的電力一路經(jīng)變頻器變換為600 V 60 Hz輸送至系統(tǒng)60 Hz的MCC，另一路經(jīng)600 V/400 V變壓器輸出400 V 50 Hz電源。

（2）工作方式二。

當(dāng)不具備網(wǎng)電使用條件，系統(tǒng)使用600 V 60 Hz柴油發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力時(shí)，QF1、QF4斷開(kāi)，QF2、QF3閉合，變頻器把600 V 60 Hz的電源轉(zhuǎn)換為600 V 50 Hz電源，然后經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為400 V 50 Hz電源，省去輔助發(fā)電機(jī)額外消耗。

2.2 變頻變壓電源設(shè)計(jì)

（1）變頻器選型[1]。

因?yàn)樽冾l電源要輸出50 Hz電源供生活等單相用電，對(duì)諧波抑制要求較高，兼顧經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、通用性、可靠性，選擇了石油鉆井常用的ABB ACS800-07系列變頻器，并加裝正弦波濾波器（E206），并考慮井場(chǎng)總功率，最終選定為ABB ACS800-07-1060-7+V992+E206。

（2）變頻器參數(shù)設(shè)置。

該變頻變壓電源系統(tǒng)有兩種工作方式，即在有網(wǎng)電時(shí)，系統(tǒng)把600 V/50 Hz電源轉(zhuǎn)換成兩種制式電源輸出：一種為600 V/60 Hz電源；另一種為400/50 Hz；在沒(méi)有網(wǎng)電時(shí)，系統(tǒng)把柴油發(fā)電機(jī)的600 V/60 Hz電源轉(zhuǎn)換成400 V/50 Hz電源輸出。為實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，我們?cè)O(shè)置兩組參數(shù)通過(guò)接入DI3（X22：3）的旋紐開(kāi)關(guān)切換用戶宏，在DI3的下降沿USER1被調(diào)用，在DI3的上升沿USER2被調(diào)用。因?yàn)樵撟冾l電源拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，且提供單相電源和其它三相不平衡用電，所以控制模式不能采用直接轉(zhuǎn)矩控制模式（DTC），只能采用標(biāo)量控制模式（SCALAR）。另外變頻器啟動(dòng)是通過(guò)自復(fù)位旋紐來(lái)啟動(dòng)與停止，10.01設(shè)置為DI1P，DI2P，DI1的上升沿啟動(dòng)變頻器，DI2的下降沿停止變頻器。輸出電源相序固定為單一順序FORWARD。ACS800變頻器的外部控制連接圖如圖1。

3 結(jié)論

制作了2套變頻變壓電源，分別在塔里木分公司的70136隊(duì)、90151隊(duì)的兩套60 Hz電力系統(tǒng)的鉆機(jī)投產(chǎn)使用，90151隊(duì)使用網(wǎng)電的600 V/50 Hz的電源，變頻變壓電源分別輸出600 V/60 Hz、400 V/50 Hz電源，70136隊(duì)使用1200 kW的CAT3512CHD柴油發(fā)電機(jī)組，變頻變壓電源把600 V/60 Hz的主動(dòng)力轉(zhuǎn)換成400 V/50 Hz供生產(chǎn)生活用電，省掉2臺(tái)400 V/50 Hz的VOLVO TAD1641GE柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。兩套現(xiàn)場(chǎng)使用穩(wěn)定，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。

參考文獻(xiàn)

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