RC-阻容吸收电路在顶驱变频器应用

张坤波 胜利油田海洋钻井公司，山东 东营 257000

RC-阻容吸收电路在顶驱变频器应用

张坤波 胜利油田海洋钻井公司，山东 东营 257000

PTD-500-AC交流变频顶驱在技术上比较领先，其冷却风机、液压泵由vacon变频器驱动，由于谐波对变频器影响较大，导致顶驱主电机高温停机，严重影响到钻井生产，本项目利用RC-阻容吸收电路消除了谐波对vacon变频器影响，收到了良好效果。

顶驱；谐波；交流变频；峰值电压；高温报警

引言

顶驱驱动钻井装置，又被简称为顶驱，目前作为一种新型钻井设备，已经引入石油钻井领域。它显著提高了钻井作业的能力和效率，从而在国内和国际钻井市场上得到了广泛的采用和良好的声誉。目前顶驱的驱动方式已经由液压、直流驱动向交流变频驱动的方向发展。

胜利二号钻井平台引进的挪威（M H）公司生产的交流变频顶驱，型号为：PTD-500-AC 、参数如下：

1、PTD-500-AC 顶驱主要技术参数

2、PTD-500-AC 顶驱主要组成部分

PTD-500-AC 交流变频顶驱主要由外接电源（600 V）、整流装置、逆变器、变频器控制系统（该系统包括矢量控制板和通讯板）、数据采集与监视系统、传动机构、辅助驱动系统等部分组成。它集机械、电气、液压于一体，先进和复杂的电气和液压系统对现场服务人员提出了较高的要求。

3、PTD-500-AC 顶驱工作原理

PTD-500-AC 顶驱通过交流变频电机驱动齿轮箱内输入轴旋转，再通过齿轮二级减速驱动主轴旋转，主动轴带动钻杆旋转，以实现钻井的目的，顶部驱动与以前的转盘驱动相比，无论是打立柱、循环起钻处理事故，还是套管钻井等特殊工艺井施工，顶驱都具有明显优势，尤其是深探井井下情况复杂，对顶驱的依赖性更强，因此，维护、使用好顶驱，强化顶驱的技术分析及故障诊断尤为重要。

一、使用中存在问题

PTD-500-AC 型顶驱主电机散热为强迫风冷式，风机电机参数：功率8.4KW、电压600V，频率60Hz。液压泵电机参数：功率为8.4KW、电压600V，频率60Hz。顶驱冷却风机电机和液压泵电机共用一套vacon变频器，主要参数：电压525～690V功率15/18.5Kw 频率50/60 Hz。

主电机上接有温度传感器和风压传感器对电机实施监控保护，在使用时，发现冷却风机、液压泵电机时常停机，造成主电机出现高温（温度超过155℃），主变频器关断，主电机需冷却20～30分钟才能恢复工作，而此时顶驱液压单元也不工作，钻工无法操作，极易造成井下事故，影响到钻井生产的正常进行，必须改进。

二、原因分析

当顶驱风机电机停机时，对风机电机进行测量，发现绝缘电阻、线路、风机本身均无问题，是vacon变频器出现了问题。调出相关数据发现vacon变频器出现（overvoltage）过电压故障，交流侧电压峰值634伏，变频器直流侧最高电压值996伏（正常值应为843伏），超过变频器容许最高限值保护跳闸。经分析比对是平台电网谐波污染所致，具体来讲就是在钻机绞车、泥浆泵等直流设备低速运行时，直流可控硅整流器在触发点产生的毛刺电压，在变频器直流侧电容累积所致。问题发生后，平台邀请外方服务人员对vacon变频器直流侧进行检测，更证明了我们的判断是正确的，并且建议对平台电网进行全面治理，平抑谐波，消除电网谐波干扰，改善电网运行质量。但是，若对平台整个电网改造需上百万元，经济和时间都不允许。

三、解决思路及改造过程

从以上分析，我们不难发现造成vacon变频器关断的主要原因是直流侧峰值电压过高（实际值比允许值高996-843=153V），只有消除谐波过高的峰值电压，才能将其控制在额定范围之内。经理论和实践证明，采用RC-阻容吸收电路能很好地消除尖锋电压，即电容在充放电时，通过电阻将电能转化为热能，从而达到部分消除高次谐波尖脉冲的目的，关键是选择合适的时间常数。为此，我们对vacon变频器直流侧的峰值电压进行测量，经详细计算，确定了阻容吸收电路的连接方式及电容容量、电阻的阻值，并将RC-阻容吸收电路串接在vacon变频器直流侧，利用R-C 充放电过程将电能转化为热能，从而达到消减过高峰值电压目的，进而消除了谐波干扰，改造后顶驱电机工作正常。

vacon变频器RC-阻容吸收电路接线原理图：

四、改造的目的和意义

在对平台电网谐波进行全面治理前，通过增加RC-阻容吸收电路，以达到消除谐波对vacon变频器的影响，消除主电机高温跳闸隐患，最终确保顶驱主电机正常工作。意义在于用较小的投入解决了顶驱运行中的重大问题，较好地满足了钻井生产的要求，也为类似设备改造提供了宝贵经验。

五、取得经济效益

改造后vacon变频器直流侧峰值电压始终控制在允许范围之内，未出现因过电压关断现象，顶驱主电机冷却良好，未再出现高温跳闸的现象，确保了钻井生产的正常运行。2009年～2010年，经平台在渤海湾胜利海区钻井16口井验证，无高温跳闸、变频器关断等故障发生，进尺30000余米，取得了显著的经济效益。

张坤波 男 1966.2月出生 汉族 籍

贯：河北巨鹿 学历：大学 职称：电气主任工程师 作单位：胜利油田海洋钻井公司 邮编：257000 工作及研究方向：主管钻井平台电气技术运行工作 研究方向：电气技术。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.095