60Hz电力电动钻机网电应用研究

卫瑞　刘天文

摘 要：随着钻井市场竞争的加剧、节能减排压力的加大，能源成本日益突显。中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的还有3部60 Hz电力系统的电动钻机，因此对其进行改造升级很有必要，论述了60 Hz钻机电气系统改造方案，并对变频变压电源进行了设计，取得了良好的效果，达到了节能减排目的。

关键词：钻机 电力 频率

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（b）-0106-01

20世纪90年代从国外进口的60 Hz电力系统的电动钻机由于其高可靠性与稳定性，目前还有一定数量在使用。随着钻井市场竞争的加剧、节能减排压力的加大，能源成本日益突显，但由于国内电网都是50 Hz，60 Hz电力系统电动钻机的网电应用受到根本限制，因此对其进行改造升级很有必要。

1 存在问题

中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的还有3部60 Hz电力系统的电动钻机。该类钻机主动力是由4台600 V 60 Hz柴油发电机组供电，辅助动力由两套400 V 50 Hz VOLVO TAD1641GE柴油发电机组提供，4套可控硅整流装置把600 V 60 Hz电力整流后驱动泥浆泵、绞车与转盘，1套60 Hz MCC控制中心驱动交流电动机，1套400 V 50Hz配电中心为井场、营房生活用电、50 Hz电动机提供电力。

因主动力系统为600 V 60 Hz，其发电控制系统，泥浆泵、绞车与转盘直流控制系统都是为60 Hz设计，而我国工频为50 Hz，因此这些钻机的网电应用因制式不同，不能有效实施。另一方面，由于钻井队生活用电、井场50 Hz工频电机用电等，在60 Hz柴油发电机主动力运行的同时，还需要400 V 50 Hz柴油发电机提供辅助电力，且随着这些钻机服役时间加长，50 Hz的电机逐渐增多，负荷大时，需2台400 kW VOLVO发电机并网发电，而60 HZ主动力富余，造成极大的能源浪费，而且还增加了辅助发电机的维护保养费用。

2 60 Hz钻机电气系统改造

2.1 改造方案

兼顾原电控系统的完整性与改造的经济性，保留泥浆泵、绞车与转盘的直流控制系统不变，必要时对直流控制模块进行参数调整，加装制作一套600 V/400 V 60 Hz/50 Hz变压变频系统。改造后的电控系统可有两种工作方式。

（1）工作方式一。

当系统使用网电时，电网变换后的600 V 50 HZ电力经柴油发电机接入窗口引入系统，QF1、QF3、QF4闭合，QF2断开，600 V 50 Hz的电力一路经变频器变换为600 V 60 Hz输送至系统60 Hz的MCC，另一路经600 V/400 V变压器输出400 V 50 Hz电源。

（2）工作方式二。

当不具备网电使用条件，系统使用600 V 60 Hz柴油发电机组提供动力时，QF1、QF4断开，QF2、QF3闭合，变频器把600 V 60 Hz的电源转换为600 V 50 Hz电源，然后经变压器转换为400 V 50 Hz电源，省去辅助发电机额外消耗。

2.2 变频变压电源设计

（1）变频器选型[1]。

因为变频电源要输出50 Hz电源供生活等单相用电，对谐波抑制要求较高，兼顾经济性、实用性、通用性、可靠性，选择了石油钻井常用的ABB ACS800-07系列变频器，并加装正弦波滤波器（E206），并考虑井场总功率，最终选定为ABB ACS800-07-1060-7+V992+E206。

（2）变频器参数设置。

该变频变压电源系统有两种工作方式，即在有网电时，系统把600 V/50 Hz电源转换成两种制式电源输出：一种为600 V/60 Hz电源；另一种为400/50 Hz；在没有网电时，系统把柴油发电机的600 V/60 Hz电源转换成400 V/50 Hz电源输出。为实现这点，我们设置两组参数通过接入DI3（X22：3）的旋纽开关切换用户宏，在DI3的下降沿USER1被调用，在DI3的上升沿USER2被调用。因为该变频电源拖动多台电机，且提供单相电源和其它三相不平衡用电，所以控制模式不能采用直接转矩控制模式（DTC），只能采用标量控制模式（SCALAR）。另外变频器启动是通过自复位旋纽来启动与停止，10.01设置为DI1P，DI2P，DI1的上升沿启动变频器，DI2的下降沿停止变频器。输出电源相序固定为单一顺序FORWARD。ACS800变频器的外部控制连接图如图1。

3 结论

制作了2套变频变压电源，分别在塔里木分公司的70136队、90151队的两套60 Hz电力系统的钻机投产使用，90151队使用网电的600 V/50 Hz的电源，变频变压电源分别输出600 V/60 Hz、400 V/50 Hz电源，70136队使用1200 kW的CAT3512CHD柴油发电机组，变频变压电源把600 V/60 Hz的主动力转换成400 V/50 Hz供生产生活用电，省掉2台400 V/50 Hz的VOLVO TAD1641GE柴油发电机的运行。两套现场使用稳定，达到节能减耗的目的。

参考文献

[1] 张怀.超深井钻机网电改造技术及推广应用[J].石油矿场机械，2011，40（7）：77-80.

[2] 万广伟，朱红蕾.ZJ70D钻机配套柴油发电机组控制电路调整方法[J].石油矿场机械，2011，40（11）：89-91.endprint