浅析ABB变频器在石油钻机中的应用

／中海油能源发展股份有限公司 郭剑／

1 ABB变频器基本概述

ABB变频器属于交流变频器，是ABB集团研发的一种设备，处于行业领先地位。在三相异步交流电机工作的时候，主要依据转矩和速度来进行控制和驱动，ABB变频器可合理控制转矩和速度，以便交流电机能够处于良好的驱动状态。此变频器具有丰富的组合功能、比较强的稳定性以及矢量控制等特点[1]。

在使用ABB变频器以前，需合理设置工作原理，首先需要利用整流滤波功能，把380V交流电压合理变为510V的直流电压，然后利用逆变器再把510V直流电压变为交流电压，可适当控制交流电压的频率和电压范围，从而达到对电机实行无机调速的目的。ABB变频器可以适当地扩大电机转速范围，可以在一定程度上提高生产效率。在安装和使用设备的时候，ABB变频器十分简单，应用比较广泛，因此，也被称做标准变频器。

2 ABB变频器的优越性

ABB变频器具有很多的特点和优势，在石油钻机的过程中应用ABB变频器具有很大的优越性，能够有效地满足石油钻机的工艺需求。在ABB变频器控制电机的时候，一般来说使用的都是数字控制方式，这是ABB变频器的主要优势。在不同控制单元情况下，都可以精确控制，可以达到并联驱动多台电机的目的。在进行驱动的时候，需要控制每台电机功率差都处于1%，此时，绞车进行工作的时候，一旦出现超重荷载的情况，就会继续进行工作。但是没有使用上述变频器的设备中就需要设置一定的制动固定时间，以及相应的刹车装置，而在应用这种变频器以后，可以随意设置制动，电机在动态的时候，能够进行自动刹车，可以适当增加安全性，此外，能够有效地改善谐波污染问题[2]。

3 钻机操作中的特殊要求

钻机设备包括绞车、转盘、泥浆泵三部分。绞车主要是通过齿轮箱、电机、离合器、控制设备、滚筒以及制动器组成。一般来说都是用来提升和放下钻杆、套管以及起落井架。每一节杆长都是有限的，因此，需要在每一次大约进入9m的时候，就需要进行下放提升钻机，增加钻杆长度。由于钻井深度越来越大，在进行绞车的时候会增加工作时间，所以，想要增加绞车的效率就需要不断缩短工期，从而降低成本。转盘主要是用来带动钻具旋转，保证能够在深处进行钻井，主要是通过转盘压力和速度来调节钻井速度。卡钻时是反转，钻进时为正转。一旦出现比较大的转矩波动，十分容易在正转的时候出现折断钻杆或者反转的时候出现脱落钻杆的问题[3]。所以，影响钻井顺利完成的重要影响因素就是保证可以顺利地输出平稳的转矩。泥浆泵主要是用来输出泥浆的，在钻杆商户输入泥浆。在泥浆经过钻头以后能够从井壁和钻具的缝隙流出。钻头和泥浆可以一起冲击地壳，适当冷却钻具，带出碎屑，保持具有一定井下压力，避免喷浆。主要用钻具速度来决定泥浆泵压力和冲数，并且能够与电机输出转矩速度成正比，所以，依据具体设备情况来合理的调节和设置泥浆泵输出参数，保证可以顺利地进行钻井以及保护钻具。总之，钻井工艺对于设备具有以下几方面要求：第一，要求绞车电机具有比较大的负荷变化范围，拥有正反方向转动的无极变速以及比较强的过载能力。第二，转盘电机需要能够精确设置转矩，保证平衡输出转矩，正反转无极变速，出现短期过载并需要调节灵活。

4 ABB变频器的选型

（1）整流单元

ABB变频器整流单元需要利用并联两种型号，来达到为交流母线提供600V的交流电，主要包括3×D4结构整流单元以及（DSU）ACS800-704-2721-7二级管整理单元。

（2）逆变单元

ABB变频器逆变单元一般都是选择R8i型号，经过整流单元以后，电源就是直流电源，所以，通过逆变器进行逆变的时候，能够适当变为电压交流电源和可调节频率，以便于可以有效控制电机。逆变柜包括预充电回路、刀熔开关、逆变控制回路以及逆变模块四部分[4]。刀熔开关为了能够达到与R8i逆变模块进行通讯，适当使用光纤分配器，然后就能够合理的控制逆变器，此外，能够保护和检测运行参数。在绞车电机进行驱动的过程中，需要适当的安装两个900kW的R8i模块，在驱动泥浆泵电机以后，需要安装三个功率为1400kW的R8i模块。使用这种设备主要的优势就是收纳箱逆变器具有很大的独立性，如果一台出现故障，能够以最短的停工时间进行运行。

5 能耗制动单元

耗能制动单元主要包括斩波器和房外制动电阻两部分构成。一是斩波器两组，合理安置在两组逆变柜内，数量是六个，会限制一定的直流回路电压值，一旦超过界限，就能够适当的连接耗能电路，然后合理释放回路中过多的能量。二是，房外制动电阻，具有四组电阻。能耗制动单元可以通过制动电阻和斩波器之间的配合，来达到耗能制动的目的[5]。

6 结束语

总而言之，由于科学技术的进步和提高，使得智能化越来越受欢迎，传统设备已经逐渐不能满足社会发展需要，所以，ABB变频器逐渐开始应用在石油钻机中。这是ABB集团研发的一种高效交流变频器，具有很大的优越性，进行合理应用，可以在一定程度上控制电机电压和频率，提高石油钻机性能。

[1]刘爱群,卫枫,薛明浩，等.ABB变频器在石油钻机中的应用[J].科技资讯,2011(1):91.

[2]马炳文.变频器在石油钻机中的应用[A].第五届全国石油和化学工业电气技术交流研讨会论文集[C].2014:167-170.

[3]张伟.ABB变频器在石油钻机中的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2013(2):156.

[4]杨阳.ABB变频器在石油钻机中的应用研究[J].科技与企业,2015(12):79-79.

[5]侯利军,王卓,王珍涛等.ABB变频器在KY-310钻机中的应用[A].2010年全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C].2010:175-176.