變頻電動鉆機控制系統(tǒng)簡述

1) 動力發(fā)電系統(tǒng)

該控制裝置共有4個發(fā)電控制柜組成，其主要功能是：控制柴油機的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機的勵磁電流，得到600V、50HZ穩(wěn)頻、穩(wěn)壓電流，作為全井場的動力電源;發(fā)電機控制柜內(nèi)還設(shè)有并網(wǎng)控制電路，控制多臺發(fā)電機的并網(wǎng)以達到同期合閘操作。發(fā)電機可按工況需要，全部或任意兩臺以上在線運行時，負荷都能均衡分配，負荷轉(zhuǎn)移平穩(wěn)，能承受鉆機的負荷特性和電動機起動時的沖擊。發(fā)電機控制裝置還具有功率限制、自起動電源電路、接地檢測相序保護、過流保護、過壓保護、欠壓保護、過頻保護、逆功保護、短路保護、柜內(nèi)故障自檢等功能。

2)交流傳動系統(tǒng)

a 變頻驅(qū)動控制

變頻主驅(qū)動系統(tǒng)由若干變頻柜組成，分別將600V、50HZ恒壓、恒頻的交流電壓變成0～800V連續(xù)可調(diào)的交流電壓，以一拖一的驅(qū)動方式分別驅(qū)動鉆井泵、絞車、轉(zhuǎn)盤。絞車和轉(zhuǎn)盤電動機具有反轉(zhuǎn)功能，扭矩限制0%～100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。絞車有兩臺電動機驅(qū)動，運行時負荷均衡，轉(zhuǎn)速同步：絞車控制裝置有制動單元，使絞車具有快速啟、停的功能：絞車電動機具有四象限運行的特性，在下鉆作業(yè)中能夠提供持續(xù)的電磁制動轉(zhuǎn)矩。

在石油鉆機中應(yīng)用較多時Simens變頻器。SIMOVERTmasterDRIVE 矢量控制變頻器采用IGBT元件、全數(shù)字技術(shù)的電壓源型變頻器。

b 自動送鉆

送鉆變頻柜將400V、50HZ恒壓、恒頻的交流電壓變流成0～400V變壓、變頻連續(xù)可調(diào)的交流電壓，以一拖一的驅(qū)動方式驅(qū)動送鉆電動機。恒壓方式可以實現(xiàn)恒壓自動送鉆。送鉆電動機在恒速方式時具有正反轉(zhuǎn)的功能，可以起到應(yīng)急起放井架和鉆具的功能，也可以恒速送鉆。送鉆變頻柜內(nèi)設(shè)有制動單元與外部制動電阻構(gòu)成的能耗制動裝置。

3)司鉆控制臺

司鉆控制臺通過高性能的可編程控制器與總線控制，供司鉆在鉆井作業(yè)進行各項操作，同時可以通過觸摸屏和顯示屏對控制系統(tǒng)的主要設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控。司鉆控制臺為內(nèi)壓防爆式，并有減壓裝置

4)觸摸屏和顯示屏

觸摸屏和顯示屏除顯示鉆機系統(tǒng)相關(guān)的運行與監(jiān)控參數(shù)外，同時具有參數(shù)設(shè)定功能：、

A 設(shè)定自動送鉆參數(shù)、游車防碰系統(tǒng)參數(shù)等

B 查看所有在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備的實時狀態(tài)

C 報警信息提示司鉆關(guān)注提示到的設(shè)備狀況

D 故障信息提示司鉆關(guān)注已產(chǎn)生故障的設(shè)備

E 顯示鉆井參數(shù)：懸重、鉆壓、井深等參數(shù)

F 安全防衛(wèi)信息

G 故障診斷信息

5)制動控制

制動柜內(nèi)的制動單元和房外的制動電阻的主要功能是：在絞車需要制動時，控制電動機進入發(fā)電運行狀態(tài)，使電動機產(chǎn)生于旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩，負載側(cè)的機械能轉(zhuǎn)化為電能通過逆變器傳道變頻柜直流母線上。當直流母線電壓高于最高閥值時，制動控制單元自動將制動電阻接通，使中間直流母線之間電容器儲存的多余電能以熱能形式由制動電阻消耗，以維持直流母線上的電壓保持恒定。這種制動方式稱為回饋制動。自動送鉆系統(tǒng)的制動單元也采用回饋制動。

6) 主控制系統(tǒng)

A 可編程控制器運行狀態(tài)總線控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用西門子的S7-300可編程控制器和PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，并可通過觸摸屏、工控機、遠程計算機實現(xiàn)監(jiān)控、故障報警、參量修改診斷、存儲記錄等功能。

可以監(jiān)控的主要參數(shù)有：1 發(fā)電機運行狀態(tài)及參數(shù)2 變頻器運行狀態(tài)及參數(shù)3 系統(tǒng)操作與運行狀態(tài) 4 系統(tǒng)故障與報警信息5 MCC運行狀態(tài)6 游車運行狀態(tài)7 一體化鉆井儀表

B 游車防碰系統(tǒng)

可編程控制器通過總線采集主電動機的運行參數(shù)和滾筒編碼器的數(shù)字信號，計算出當前的游車位置和速度，當游車到達減速點時，通過程序指支柱電動機減速到安全速度;當游車到達停車點位置時，主電動機懸停。若當游車超過停車點仍未停車，則系統(tǒng)自動停止變頻柜運行并安全抱閘。

C 一體化儀表系統(tǒng)

通過數(shù)據(jù)采集單元(現(xiàn)場傳感器、編碼器、變送器等)，可編程控制器經(jīng)過計算處理，在觸摸屏、顯示屏、遠程計算機顯示以下鉆機參數(shù)：懸重、鉆壓、井深、機械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩、泵沖泵壓、泥漿池液位、出口返回量、游車位置等參數(shù)。

7)MCC配電控制系統(tǒng)

交流電動機控制中心的主要功能是對井場的鉆臺、鉆井液循環(huán)罐區(qū)、油罐區(qū)、壓氣機房和水罐區(qū)的交流電動機進行控制，并給井場提供照明電源。交流電動機控制中心系統(tǒng)對30KW以上采用軟起方式，通過AS-i總線操作與監(jiān)控，同時保留手動軟起和手動直接啟動的功能。MCC柜采用分裝式結(jié)構(gòu)，以便維修更換。交流電動機控制中心的電源來自主變壓器，一臺變比為600V/400V的干式變壓器。

MCC配電控制系統(tǒng)配置有開關(guān)柜，其主要功能是：切換選擇交流電動機控制中心400V交流母線的電源，一路選擇為主變壓器供電至交流電動機控制中心交流母線，一路選擇為輔助發(fā)電機至交流電動機控制中心交流母線，兩路電源電氣互鎖。