變頻電動(dòng)鉆機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述

1) 動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)

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

2)交流傳動(dòng)系統(tǒng)

a 變頻驅(qū)動(dòng)控制

變頻主驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式分別驅(qū)動(dòng)鉆井泵、絞車、轉(zhuǎn)盤。絞車和轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)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(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行時(shí)負(fù)荷均衡，轉(zhuǎn)速同步：絞車控制裝置有制動(dòng)單元，使絞車具有快速啟、停的功能：絞車電動(dòng)機(jī)具有四象限運(yùn)行的特性，在下鉆作業(yè)中能夠提供持續(xù)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

在石油鉆機(jī)中應(yīng)用較多時(shí)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(dòng)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(dòng)方式驅(qū)動(dòng)送鉆電動(dòng)機(jī)。恒壓方式可以實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)送鉆。送鉆電動(dòng)機(jī)在恒速方式時(shí)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(dòng)單元與外部制動(dòng)電阻構(gòu)成的能耗制動(dòng)裝置。

3)司鉆控制臺(tái)

司鉆控制臺(tái)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(jìn)行各項(xiàng)操作，同時(shí)可以通過觸摸屏和顯示屏對(duì)控制系統(tǒng)的主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。司鉆控制臺(tái)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(jī)系統(tǒng)相關(guān)的運(yùn)行與監(jiān)控參數(shù)外，同時(shí)具有參數(shù)設(shè)定功能：、

A 設(shè)定自動(dòng)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(shí)時(shí)狀態(tài)

C 報(bào)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(dòng)控制

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

6) 主控制系統(tǒng)

A 可編程控制器運(yùn)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(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，并可通過觸摸屏、工控機(jī)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、故障報(bào)警、參量修改診斷、存儲(chǔ)記錄等功能。

可以監(jiān)控的主要參數(shù)有：1 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)2 變頻器運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)3 系統(tǒng)操作與運(yùn)行狀態(tài) 4 系統(tǒng)故障與報(bào)警信息5 MCC運(yùn)行狀態(tài)6 游車運(yùn)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和滾筒編碼器的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)前的游車位置和速度，當(dāng)游車到達(dá)減速點(diǎn)時(shí)，通過程序指支柱電動(dòng)機(jī)減速到安全速度;當(dāng)游車到達(dá)停車點(diǎn)位置時(shí)，主電動(dòng)機(jī)懸停。若當(dāng)游車超過停車點(diǎn)仍未停車，則系統(tǒng)自動(dòng)停止變頻柜運(yùn)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(chǎng)傳感器、編碼器、變送器等)，可編程控制器經(jīng)過計(jì)算處理，在觸摸屏、顯示屏、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)顯示以下鉆機(jī)參數(shù)：懸重、鉆壓、井深、機(jī)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(dòng)機(jī)控制中心的主要功能是對(duì)井場(chǎng)的鉆臺(tái)、鉆井液循環(huán)罐區(qū)、油罐區(qū)、壓氣機(jī)房和水罐區(qū)的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，并給井場(chǎng)提供照明電源。交流電動(dòng)機(jī)控制中心系統(tǒng)對(duì)30KW以上采用軟起方式，通過AS-i總線操作與監(jiān)控，同時(shí)保留手動(dòng)軟起和手動(dòng)直接啟動(dòng)的功能。MCC柜采用分裝式結(jié)構(gòu)，以便維修更換。交流電動(dòng)機(jī)控制中心的電源來自主變壓器，一臺(tái)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)控制中心交流母線，一路選擇為輔助發(fā)電機(jī)至交流電動(dòng)機(jī)控制中心交流母線，兩路電源電氣互鎖。