ABB变频器在石油钻机中的应用研究

杨阳

【摘要】随着科学技术的发展，石油钻机也发生了很大的进步，逐渐变得数字化和智能化，在传统的石油钻机中应用的是直流电机，但是在社会及技术发展的过程中，直流电机已经无法满足高质量的要求，因此，石油钻机应用了交流变频器。ABB变频器以其良好的优越性能广泛的应用到了石油钻机中，通过对标准感应电机的速度和转矩进行控制，提高石油钻机的工作效率。本文中介绍了ABB变频器及其优越性，并分析了ABB变频器在具体应用时的选型。

【关键词】ABB变频器；石油钻机；应用

前言：传统的石油钻机在工作时采用的是直流电机，但是在半导体技术及动控制理论得到了快速的发展之后，石油钻机的驱动方式变为交流变频电，而且，随着应用的加深，交流变频电已基本取代了直流电机。在工业领域中，最主要的一个设备就是标准感应电机，ABB变频器就是对该设备进行控制，主要是控制速度和转矩，通过ABB变频器的控制，石油钻机实现了更好的驱动，同时，交流变频电驱动系统也成为石油钻机驱动的发展趋势。

一、ABB变频器简介及其优越性

（一）ABB变频器简介

ABB变频器是一种交流变频器，由ABB集团研发生产，在全球市场上都具有举足轻重的地位，是同行业的领导者。三相交流异步电机在工作时，主要依靠速度和转矩来驱动，而ABB变频器就是对其速度和转矩进行控制，从而实现优良的驱动，ABB变频器具有稳定性强、组合功能丰富、矢量控制技术性能优异等方面的特点。ABB变频器在进行研发时，设定了固定的工作原理：首先通过整流滤波的功能，变380V交流电压为510V直流电压，接着通过逆变器，将510V直流电压变为交流电流电压，这个交流电压的频率及电压都可以在一定的范围内进行调节，最终实现电动机无极调速。通过ABB变频器。电机的转速范围得到了扩大，这样一来，生产效率就得到了有效的提高。在安装、设置及使用方面，ABB变频器都非常的简单，而且具有非常广泛的应用范围，所以，ABB变频器也被叫做标准变频器。

（二）ABB变频器的优越性

ABB变频器具有非常多的优异的特点，而这些特点也使得其在石油钻机中应用时，具有非常好的优越性，对于石油钻机的钻井工艺要求，ABB变频器能够极大的满足。ABB变频器在对标准感应电机进行控制时，采用的控制方式为数字控制，这是ABB变频器最大的优点。在不同的控制单元中，都可以通过精确的设置执行控制，从而实现了多台电机并联驱动，而且在驱动的过程中，每台电机的功率差都控制在1%之内，这样一来，当绞车在工作时，如果出现载荷超重的现象，系统依然会继续工作。未应用ABB变频器的电动机需要设置固定的制动时间，同时还需要专门的刹车装置，而应用了ABB变频器之后，制动之间可以任意设置，而且当电机处于动态的情况时，可以实现自动刹车，从而有效地提高了安全性。另外，对于直流电机的谐波污染问题，ABB变频器也很好的进行改善，不会出现污染问题。

二、ABB变频器的选型

（一）整流单元

在整流单元，通过两种型号并联，来实现发电机为交流母线提供600V交流，这两种型号分为为（DSU）ACS800-704-2721-7二级管整理单元和3*D4结构整流单元。

（二）逆变单元

逆变单元所选的ABB变频器型为R8i，通过整流单元的整理之后，电源为直流电源，因此要利用逆变器对其进行逆变，变为可调节频率和电压的交流电源，从而对电机进行有效的控制。逆变柜主要包括四个部分：刀熔开关、预充电回路、逆变模块、逆变控制回路。在刀熔开关中，为了实现与R8i逆变模块通讯，利用了光纤分配器，通讯之后，就可以有效的控制逆变器，同时，检测和保护运行参数。在实现绞车电机的驱动时，需要安装2个功率为900kW的R8i模块；当驱动泥浆泵电机时，R8i模块的安装数量为三个，而功率则变为1400kW。逆变单位采用R8i型ABB变频器的优点是每台三相逆变器都具有独立性，一旦其中一台发生故障，可以以较少的停工时间来保持继续进行。

（三）能耗制动单元

在能耗制动单元，由两大部分组成：一是两组斩波器，分别安装在两台逆变柜中，数量为6个，直流回路的电压值具有一定的限制，当超出该限制时，斩波器就可以与耗能电路相接通，将直流回路中过多的能量予以释放；二是房外的制动电阻，在其内部包含四组电阻。能耗制动单元通过斩波器与制动电阻的相互配合，有效的实现了能耗制动。

（四）自动送钻单元

在这个单元中，所选用的ABB变频器为400V、550kW，在对变频电动机进行控制时，自动送钻单元需要与能耗制动单元相互配合，从而有效地实现调速控制，并将控制单位有效的增大。在该单元中，通过简单的操作实现了安全使用的目的。在自动送钻系统中，主要有四种模式，一是恒壓送钻模式，二是恒速送钻模式，三是恒泵压模式，四是恒扭矩模式，通过这四种模式的运转，有效的实现了系统钻压、钻速等功能。在实际的工作过程中，钻压、钻速等都会设置合理的上限值，当超出这个上限值时，该系统就会自动的发出警报，同时，将转盘变频柜的输出予以降低，以避免卡钻现象的出现，最终实现保护系统安全。

结论

随着科学技术的发展，石油钻机变得越来越智能化，传统石油钻机应用的直流电机已经无法满足其驱动的要求，因此，在石油钻机中应用了ABB变频器，这是ABB集团研发生产的高效的交流电变频器，具有无可比拟的优越性能，通过ABB变频器的应用，标准感应电机的频率及电压都可以在一定的范围内进行调节，从而有效的提升了石油钻机的性能。

参考文献

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