摘要：海洋平臺修井機是一種排除油井生產(chǎn)故障浙踢，可以進行完井、修井及鉆井的系統(tǒng)，驅(qū)動絞車/轉(zhuǎn)盤捉痰、泥漿泵電機的驅(qū)動器在系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，可靠的變頻驅(qū)動系統(tǒng)可以有效地降低設(shè)備故障率榄集，優(yōu)化操作過程湖吭，提高生產(chǎn)效率。本文介紹了匯川技術(shù)交流矢量變頻系統(tǒng)在渤海旅大10-1平臺修井機中的應(yīng)用苗率，對修井機系統(tǒng)做了簡要說明碉渡，對變頻驅(qū)動系統(tǒng)作了詳細介紹。

一母剥、工程描述

1滞诺、項目背景

修井機可根據(jù)要求在平臺上的每一口井中進行側(cè)鉆，完成井口裝置的安裝媳搪，還可以完成油氣井小修铭段、檢泵、打撈、修套序愚、封堵等作業(yè)憔披。修井機主要由司鉆臺、絞車爸吮、轉(zhuǎn)盤芬膝、泥漿泵、游吊系統(tǒng)形娇、傳動系統(tǒng)锰霜、液路系統(tǒng)桐早、氣路系統(tǒng)谊某、井架等組成箕但。

旅大10-1（后稱LD10-1）為中海油在渤海的一個鉆井平臺订岗，位于距離綏中碼頭70海里左右的海域饰逝。平臺原來配置的柴油機直接驅(qū)動絞車和泥漿泵，存在噪音大文浆、速度控制不靈活、方向切換復(fù)雜升价、操作難度大慢俄、能源損耗大等問題窄悍，嚴重影響業(yè)主的生產(chǎn)效率和能效考核，為了解決以上問題诅福，業(yè)主決定給外掛C平臺修井機的絞車、泥漿泵安裝交流矢量變頻器氓润。

2、方案介紹

中海油LD10-1海洋平臺修井機絞車（和轉(zhuǎn)盤共用變頻器）咖气、泥漿泵驅(qū)動系統(tǒng)采用匯川HE300多機傳動變頻產(chǎn)品，電壓等級690V崩溪，配置2臺1250A進線柜，2臺1200kW基本整流柜組成共直流母線結(jié)構(gòu)伶唯，配置2臺1000KW逆變柜分別驅(qū)動絞車和泥漿泵觉既，絞車電機800kW/600V乳幸，泥漿泵電機600kW/600V瞪讼，配置了1200kW的內(nèi)置制動單元粹断，實現(xiàn)絞車的快速啟停。通過Profibus總線聯(lián)接HE300變頻器與西門子S7-300 PLC恼孩，從而實現(xiàn)了鉆桿提升粮戈、下放牙硫，泥漿泵循環(huán)作業(yè)的遠程總線控制。下圖是修井機系統(tǒng)框圖校社。

二屯贺、產(chǎn)品選型與配線

1欠怕、產(chǎn)品選型

依據(jù)中海油LD10-1海洋平臺修井機的電壓等級、電機功率并結(jié)合實際工況潘所，選型如下：

2挽晌、電氣原理圖

以下接線圖中主要包含主回路怠褐、輔助電源回路、制動單元回路奈懒、編碼器的接線方式奠涌。

三磷杏、方案優(yōu)勢

1溜畅、現(xiàn)場總線控制技術(shù)

變頻器通過現(xiàn)場總線Profibus-DP 協(xié)議與PLC 監(jiān)控軟件通信，采用人機監(jiān)控組態(tài)軟件實現(xiàn)鉆极祸、修機電控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控遥金、數(shù)據(jù)顯示蒜田、數(shù)據(jù)記錄、故障自診斷冲粤、故障報警等功能。在相關(guān)畫面上通過選擇數(shù)據(jù)庫按鈕耻覆，人機界面操作簡單可以進行工藝流程全過程監(jiān)視、顯示實時信息夯榛、歷史趨勢畫面等等。LD10-1油田綜合調(diào)整修井機在正常工作時杯岩，司鉆可以通過控制臺上的觸摸屏監(jiān)控與鉆井工作/工序狀態(tài)相關(guān)的鉆井參數(shù)和相關(guān)鉆井設(shè)備的主要運行參數(shù)，并可以實現(xiàn)鉆壓测脯、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤力矩限制等參數(shù)和某些功能的設(shè)定荐多。

變頻器配置有液晶操作器SOP-30，SOP-30通過CANLINK總線與變頻器實時通信候殿，實時監(jiān)控多個運行參數(shù)，并方便切換參數(shù)碉考；同時SOP-30友好詳細的中文注釋塌计，使得用戶可以無說明書的情況下更改監(jiān)控參數(shù)侯谁、控制變頻器锌仅、故障分析等墙贱。

2、絞車驅(qū)動電制動及與泥漿泵驅(qū)動共直流母線

制動單元具有電子檢測和控制回路惨撇，可以實時檢測絞車變頻器直流回路的電壓剿吻，在下鉆作業(yè)中串纺，游動系統(tǒng)通過滾筒拖動絞車驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)椰棘，電機在矢量控制變頻器的作用下處于“發(fā)電”工況纺棺，當變頻器直流回路的電壓超過閾值后，制動單元以斬波的方式控制外部的制動電阻接入變頻器直流回路助苫，并以能耗制動的方式將能量消耗在制動電阻上，這種能耗制動單元加外部制動電阻的制動方案稱為電制動条馍，保證了絞車在最大鉤載下放時的制動特性，彌補了液壓盤式剎車的不足寓鳄，提高了操作的安全性和可靠性蔼处。而且絞車驅(qū)動電機的能耗制動具有與液壓盤式剎車的連鎖控制功能跛孕。

泥漿泵變頻器和絞車變頻器共直流母線的多傳方案，在絞車“發(fā)電”工況下舟鲁，可以為共母線的泥漿泵變頻器提供能量励螺，降低了系統(tǒng)的損耗坡沿，減少了前級柴油發(fā)電機的油耗糊探，提高了電能的利用率河闰。

3、轉(zhuǎn)盤的無級調(diào)速及快速正淤击、反轉(zhuǎn)切換

轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)0～額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速，速根據(jù)鉆井工藝實際工況的需要（井深污抬、泥漿性能汞贸、鉆頭類型印机、鉆頭直徑、地層巖性射赛、鉆進或地質(zhì)需要等）設(shè)定轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，可有效的提高鉆進速度楣责，提高鉆井時效平俘，降低鉆井成本玻温。

司鉆控制臺設(shè)置有一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向指配開關(guān)猴豁，根據(jù)鉆井工藝和鉆井工況需要，把轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)向開關(guān)設(shè)置為“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”（轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)時悲碰，設(shè)置有反轉(zhuǎn)口令和確認按鈕，以免誤操作而造成鉆井事故）泻磅。根據(jù)實際情況順時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤扭矩限制給定手輪，給定當前的工作所需扭矩限定值煞松，然后順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速給定手輪，就可以控制轉(zhuǎn)盤按選擇的旋轉(zhuǎn)方向和給定轉(zhuǎn)動速度運轉(zhuǎn)备则，轉(zhuǎn)速給定手輪順時針旋轉(zhuǎn)的角度越大，則轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速越高隐锭，根據(jù)鉆井工況的需要，司鉆可以隨時改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速钦睡。

采用閉環(huán)矢量變頻驅(qū)動方案就能完美的實現(xiàn)無級調(diào)速和快速正反轉(zhuǎn)切換。這也是直接柴油機驅(qū)動方案不可避免的缺點荞怒。

4、轉(zhuǎn)盤的扭矩限幅功能

轉(zhuǎn)盤變頻器的扭矩限制功能可以在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機最大輸出扭矩的0-100%之間任意調(diào)節(jié)設(shè)定褐桌。鉆進時，通過PLC采集變頻器（轉(zhuǎn)盤和絞車共用變頻器通過機械掛檔切換）的電壓荧嵌、電流、頻率及實際轉(zhuǎn)矩并在觸摸屏上進行顯示啦撮。正常鉆井作業(yè)時，轉(zhuǎn)盤輸出扭矩應(yīng)動態(tài)工作在扭矩限制設(shè)定的范圍內(nèi)例是，當出現(xiàn)井下異常情況、轉(zhuǎn)盤扭矩超過扭矩限制設(shè)定值時狐怯，變頻器維持扭矩限制設(shè)定值超過設(shè)定時間報故障變頻器停機胚闲，并與轉(zhuǎn)盤慣性剎車聯(lián)鎖動作，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤扭矩限制保護颜肥，避免發(fā)生鉆具事故园湘。鉆井工作過程中葵斗，司鉆可根據(jù)鉆井工藝及鉆具的實際情況，通過司鉆控制臺上的轉(zhuǎn)盤扭矩限制設(shè)定手輪杂虐，隨時調(diào)整轉(zhuǎn)盤扭矩限制值的設(shè)定。轉(zhuǎn)盤運行過程中易贿，發(fā)生扭矩超限時變頻器具有扭矩緩釋功能。

早期修井機方案采用的液力變矩器烦租，本身有較大的傳動損失延赌，效率較低叉橱，配備必要的供油、冷卻等輔助系統(tǒng)窃祝，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每年都需要進行檢修粪小。采用匯川變頻器的扭矩限幅靈活、電子無級調(diào)速功能完全可以省去液力變矩器探膊，從而提高能源利用率杠愧，降低系統(tǒng)故障率逞壁，減少維修成本流济。

5侄侨、 閉環(huán)矢量控制優(yōu)勢

采用匯川變頻器，驅(qū)動絞車電機時的數(shù)據(jù)可使內(nèi)部進行高速气凫、數(shù)字化，無錯誤的進行數(shù)據(jù)交換昭仓，抗干擾能力強，同步精度高瞬芒。在低頻時能產(chǎn)生高的啟動轉(zhuǎn)矩并改善啟動及低速時轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)絞車采用單軸電機驅(qū)動凯辆，PLC 通過DP總線采集變頻器的運行數(shù)據(jù)和滾筒的轉(zhuǎn)數(shù)信號掸栋，判斷游車起下鉆工況，自動計算出游車的位置宜裂、速度浑季，通過PLC 控制程序發(fā)出控制信號，使絞車驅(qū)動電機以給定的速度驅(qū)動滾筒掀哎，實現(xiàn)絞車起下鉆功率的合理利用和提高鉆井時效。利用交流變頻調(diào)速范圍寬的優(yōu)勢乔遮，游車速度為0-1.2m/s,滿足鉆井的工藝要求，絞車速度的閉環(huán)控制和游車高度位置閉環(huán)控制的有機結(jié)合蹋肮，不僅可大幅度的提高鉆井時效，而且增強了設(shè)備運行的安全性和可靠性坯辩。

絞車驅(qū)動變頻器由于采用了矢量控制方案，使的絞車驅(qū)動電機在零轉(zhuǎn)速時也能輸出額定扭矩(懸停狀態(tài))濒翻，這是直流電驅(qū)動鉆機不能比擬的。

6有送、故障分級處理

系統(tǒng)出現(xiàn)警告類故障淌喻，四鉆臺遠程復(fù)位即可繼續(xù)使用；如出現(xiàn)嚴重故障雀摘，變頻器會斷開進線柜斷路器并提示故障宜柱。例如，在高速情況下緊急抱閘剎車编喊，變頻器會檢測到電流瞬間很大輸出功率瞬間很大，發(fā)電機瞬間輸出電壓會降低當?shù)陀谇穳狐c時變頻器報欠壓故障緊急停車校搀。

故障級別分為：

級別一:故障自由停車；

級別二:故障減速停車号找；

級別三:故障降額繼續(xù)運行；

級別四:繼續(xù)運行泥碳，限制上限頻率；

級別五:繼續(xù)運行，不可以再啟動锭测；

級別六:繼續(xù)運行，可以在啟動侦铜；

級別七:屏蔽故障

7、維護便利

熔斷式隔離開關(guān)钉稍，隔離和保護一體，支持本組逆變柜在線維護嫁盲，柜外操作烈掠，安全可靠。高分斷能力左敌，快速熔斷器，可快速安全保護矫限，提高產(chǎn)品可靠性。迅速切除故障部件并投入冗余備件叼风，大大提高了維護的便利性，縮短了故障停機時間威众。

變頻器采用單管為單元的模塊化設(shè)計，使之在高振動場合機械應(yīng)力得以分散课枉。功率模塊自重小于25kg,單人即可維護兆瓦級別大功率逆變器。采用低漏感的busbar技術(shù)杆赃，使系統(tǒng)的驅(qū)動性能達到最佳恃定。

四宣忧、總結(jié)

本系統(tǒng)選擇了業(yè)界知名品牌匯川技術(shù)生產(chǎn)的HE300工程型變頻器產(chǎn)品把鹊。通過我司和中海油通力合作，定制化開發(fā)，滿足了客戶現(xiàn)場高鹽霧尉尾、高濕氣等惡劣工況與特殊需求，至今運行穩(wěn)定可靠沙咏，已經(jīng)無故障完井班套、修井多口肢藐，深得業(yè)主及井隊的一致好評吱韭。

相較進口品牌，快速的交貨周期理盆，客戶工程進度的有效配合，為建設(shè)節(jié)省了時間成本猿规；更低的投資費用及運行備件費用，為建設(shè)節(jié)省了資金成本么缴，提高客戶的經(jīng)濟效益30%以上；針對性的定制化開發(fā)劈警，成套系統(tǒng)解決方案提供，為產(chǎn)品環(huán)境椿啦、工況適應(yīng)性得到了滿足。使得系統(tǒng)可靠性估董、易用性贪类、經(jīng)濟效益等大幅提高胃愉。

該系統(tǒng)項目的成功應(yīng)用暑尝，將加快海洋石油鉆/修井平臺變頻驅(qū)動系統(tǒng)國產(chǎn)化的步伐，推動海洋平臺行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級襟雷。

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