分析石油鉆井中交流變頻電動(dòng)機及其控制系統的應用

【皖南電機導讀】：交流變頻電機在是一種先進(jìn)的電動(dòng)鉆機，其發(fā)展于20世紀90年代。交流變頻電機在現代工業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用，特別是在石油鉆井中對其進(jìn)行應用，有著(zhù)一般電動(dòng)機不具有的優(yōu)點(diǎn)。為了使交流變頻電動(dòng)機在石油鉆井中發(fā)揮出更好的作用，對其進(jìn)行分析是必要的。

電動(dòng)機隨著(zhù)我國對石油能源需求量的增加，石油開(kāi)采的環(huán)境也變得越來(lái)越復雜，這增加了石油的開(kāi)采難度。在石油開(kāi)采過(guò)程中，應用交流變頻電機可以使石油開(kāi)采變得更加簡(jiǎn)單高效，因此需要加強對交流變頻電動(dòng)機的分析。

1交流變頻電動(dòng)機交流變頻電動(dòng)機是一種特殊的變頻電動(dòng)機，交流變頻電動(dòng)機在具體應用中與一般變頻電動(dòng)機相比具有以下特點(diǎn)：

（1）在設計中所使用的絕緣材料采用的為抵抗變頻器諧波突破的特殊材料，提高交變頻電動(dòng)機的性能。

（2）結構設計和電磁設計與一般變頻電機相比較特殊。

在石油鉆井中應用交流變頻電動(dòng)機與直流鉆機和機械鉆機相比，在鉆井過(guò)程中，對交流變頻調速技術(shù)進(jìn)行合理應用，可以很好的適應石油鉆井在工藝上的具體要求，并且使鉆機的機械結構得到了進(jìn)簡(jiǎn)化，減少了對鉆井機械的保養，使設備的可靠性和安全性得到進(jìn)一步提高。此外，交流變頻電動(dòng)機還具有質(zhì)量輕、體積小、故障少等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在石油鉆井中需要加強對其的應用，提高石油鉆井的工作效率。

2交流變頻電機控制系統交流變頻電機在石油鉆井中得到了廣泛應用，在應用變頻電機過(guò)程中，需要做好控制系統的分析?？刂葡到y由發(fā)電系統、控制網(wǎng)絡(luò )、交流傳統系統等共同組成。

2.1 發(fā)電系統ROSS HILL和SLEENS電氣控制兩種系統在具體應用過(guò)程中起到的功能都相同；在應用過(guò)程中，主要是對發(fā)電機中的勵磁電流，柴油機的轉速進(jìn)行合理控制，通過(guò)對兩者的應用可以得到50HZ的穩頻和600V的穩壓，并且可以確保系統在運行過(guò)程中電流的穩定，將其作為井場(chǎng)正常運行的穩定電源。在發(fā)電機的控制電柜內還設有并網(wǎng)控制電路，對多臺電機并網(wǎng)合閘操作進(jìn)行合理控制。發(fā)電機在運行過(guò)程中可以依據工程的具體概括，兩臺以上或全部的交流變頻電動(dòng)機在運行時(shí)，均勻分配負荷，確保負荷轉移的平穩性，從而承受電動(dòng)機在運行過(guò)程中帶來(lái)的沖擊，以及鉆機的負荷特性。發(fā)電機的控制裝置，還具有限制功率、短路保護、過(guò)頻保護等功能。

2.2 控制網(wǎng)絡(luò )

2.2.1 司鉆控制室目前在石油鉆井中所應用的交流變頻電鉆機都具有司鉆控制室，目前比較常司鉆控制系統，主要分為數字控制和模擬控制兩種不同的類(lèi)型。從控制系統在運行過(guò)程中的功能來(lái)看，具體控制中，可以實(shí)現絞車(chē)無(wú)級調速，控制加速度閉環(huán)、有動(dòng)系統位置、自動(dòng)送鉆等各項功能。同時(shí)，控制中，通過(guò)顯示屏和觸摸屏實(shí)現對控制系統中的主要設備進(jìn)行動(dòng)態(tài)監控，從而確保交流變頻電鉆機的運行的穩定性和安全性。

2.2.2 PLC控制系統在應用交流變頻電動(dòng)機過(guò)程中，利用數據采集單元（變送器、編碼器等），對可編程控制器進(jìn)行科學(xué)處理，通過(guò)顯示屏、觸摸平等人機基面顯示鉆壓、懸重、井深、泥漿液等信息的顯示。

2.3 交流傳統系統

2.3.1 驅動(dòng)控制系統驅動(dòng)控制系統有多個(gè)變頻柜共同組成，在具體操作過(guò)程中分別將50HZ恒壓、600V電壓轉變?yōu)?-750V可連續調控的交流電壓，對驅動(dòng)鉆井泵、鉆盤(pán)的驅動(dòng)通過(guò)一拖一或一拖二的方式完成。在系統中的鉆盤(pán)和絞車(chē)在具體應用過(guò)程中，具有反轉功能，對扭矩的調解范圍不做具體限制，可以從0%-100%區間內任意轉動(dòng)。Siemens變頻器在石油鉆機有著(zhù)比較廣泛的應用，并且實(shí)際應用情況來(lái)看，也取得了不錯的應用效果，在石油鉆井中應當加強對其的應用與推廣，使其能夠更好的為油田鉆井服務(wù)。

2.3.2 自動(dòng)送鉆送鉆變頻柜將50HZ恒壓、400V轉變?yōu)榻涣麟妷鹤兞鞒?-400V，可以連續調調控的交流電壓，在具體送鉆過(guò)程中，通過(guò)一拖一的驅動(dòng)方式完成相應的送鉆電動(dòng)機操作。在自動(dòng)送鉆過(guò)程中，如果采用恒壓的方式，可以利用恒壓完成自動(dòng)送鉆操作。如果以恒定的速度完成相應的送鉆電機操作，系統具有正反轉動(dòng)功能，并且在操作過(guò)程中能夠起到鉆具和放井架的功能，從而通過(guò)恒定不變的速度完成相應的送鉆操作。

2.3.3 控制單元制動(dòng)單元與存在于變頻房外的制動(dòng)電阻在具體運行過(guò)程中起到的功能：如果在具體工作中，需要對絞車(chē)進(jìn)行制動(dòng)，電動(dòng)機將會(huì )進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，從而使電動(dòng)機形成與旋轉方向相反的制動(dòng)力矩，將機械能轉化為電能，然后利用逆變器將電流傳到直流母線(xiàn)上。當最高閥值小于直流母線(xiàn)上的電壓大小時(shí)，制動(dòng)控制單元將會(huì )自動(dòng)與制動(dòng)電阻相連通，從而使電容器和直流母線(xiàn)上所存儲的多余的電能以熱能的形式消耗，從而使直流母線(xiàn)上的電壓大小始終處于恒定不變，這也被稱(chēng)為能耗制動(dòng)。

3結語(yǔ)

隨著(zhù)我國在石油開(kāi)采技術(shù)的高速發(fā)展，鉆井的環(huán)境將會(huì )變得越來(lái)越復雜，這也對鉆井工藝提出了更高的要求，在鉆井過(guò)程中采用鉆井的方式施工，難以滿(mǎn)足在鉆井上需求，因此應當加強對交流變頻電動(dòng)機的應用，這也與我國鉆井的大環(huán)境相符。通過(guò)近幾年，我國在石油鉆井中對交流變頻電機的實(shí)際應用情況可以看出，交流變頻電機具有不錯的應用前景，因此應當加強對其應用及控制系統的研究與分析。

本文來(lái)源于《技術(shù)管理》-陳天澤。