機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)控制

1、電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)控制第一節(jié) 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)一、鉆機(jī)簡(jiǎn)介1石油鉆機(jī)的組成 起升系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 循環(huán)系統(tǒng) 動(dòng)力系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 輔助系統(tǒng) 鉆機(jī)底座1 2鉆機(jī)分類（1）按鉆井深度分 淺井鉆機(jī)：鉆井深度1500m；中深井鉆機(jī)：鉆井深度為15003000m；深井鉆機(jī)：鉆井深度為30005000m；超深井鉆機(jī)：鉆井深度5000m。（2）按使用地區(qū)和用途分 海洋鉆機(jī)；淺海鉆機(jī)（適用與05 m水深或沼澤地區(qū)）；陸地常規(guī)鉆機(jī)；叢式井鉆機(jī)；沙漠鉆機(jī)；直升機(jī)吊運(yùn)鉆機(jī)；小井眼鉆機(jī)；連續(xù)柔管鉆機(jī)等。 2（3）按驅(qū)動(dòng)設(shè)備類型分 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。其中電驅(qū)動(dòng)又分為：交流電驅(qū)動(dòng)、直流電驅(qū)動(dòng)、交流變頻電驅(qū)動(dòng)。（4）按

2、傳動(dòng)形式分 鏈條并車傳動(dòng)的鏈條鉆機(jī)；V型帶并車傳動(dòng)的皮帶鉆機(jī)；圓錐齒輪一萬(wàn)向軸并車傳動(dòng)的齒輪鉆機(jī)。（5）按移動(dòng)方式分 塊裝式鉆機(jī)、自行式鉆機(jī)和拖掛式鉆機(jī)。3 3. 鉆機(jī)特點(diǎn) 石油鉆機(jī)的主要特點(diǎn)是： （1）功率大，動(dòng)力傳遞復(fù)雜。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)鉆柱帶動(dòng)鉆頭破巖，循環(huán)系統(tǒng)要驅(qū)動(dòng)鉆井泵以提供高壓液體，起升系統(tǒng)則需要起升幾千kN的井下載荷。 （2）鉆井過(guò)程不連續(xù)，功率要求也不相同。 （3）工作地區(qū)廣闊（平原、山地、沙漠、沼澤、海洋），自然環(huán)境惡劣（風(fēng)、沙、雨、雪），野外流動(dòng)作業(yè)，要求鉆機(jī)有很強(qiáng)的適應(yīng)地區(qū)、環(huán)境的能力和便捷的移運(yùn)性能。44.中國(guó)鉆機(jī)的發(fā)展皮帶鉆機(jī) 大慶I-130、ZJ45

3、J鏈條鉆機(jī) ZJ45（ZJ45L）直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) ZJ45D、ZJ60DS交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) ZJ70DB5皮帶鉆機(jī)大慶I-1306皮帶鉆機(jī)ZJ45J7鏈條鉆機(jī)ZJ45（ZJ45L）8直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)ZJ45D叢式井鉆機(jī)9直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)ZJ60DS10交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)ZJ70/4500DB11二、發(fā)展歷史1926年DCDC直流電傳動(dòng)開(kāi)始用于多種工業(yè)領(lǐng)域，如電車、輪船、造紙業(yè)等，它可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速，一直引領(lǐng)機(jī)械調(diào)速領(lǐng)域半個(gè)多世紀(jì)。1955年直流電傳動(dòng)開(kāi)始用于海洋鉆機(jī)1967年，ACSCRDC開(kāi)始用于海洋鉆機(jī)1976年，逐漸用于陸地鉆機(jī) 性能日趨完善，逐步取代部分機(jī)械鉆機(jī) 12 AC-VFD-AC驅(qū)動(dòng)交流變

4、頻電動(dòng)鉆機(jī)面世比較晚，21世紀(jì)初，多電平逆變器交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)及其能耗制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展成熟，能與直流電動(dòng)鉆機(jī)的性能相抗衡并取而代之。GE公司（通用電氣公司，general electric，美國(guó)）生產(chǎn)的鉆井專用交流變頻電動(dòng)機(jī)，如GEBAC型變頻異步電動(dòng)機(jī)(850 kW)其恒功率調(diào)速范圍達(dá)2.8，它的尺寸和GE752直流電動(dòng)機(jī)的完全相同，可以互換。至今，海洋平臺(tái)上的直流電動(dòng)鉆機(jī)已基本改裝成VFD驅(qū)動(dòng)的。 13我國(guó)一直以機(jī)械鉆機(jī)為主 1986年蘭石廠生產(chǎn)了第1臺(tái)SCR驅(qū)動(dòng)的ZJ60D型鉆機(jī) 1996年蘭石廠生產(chǎn)了第1臺(tái)VFD驅(qū)動(dòng)的ZJ40DB型鉆機(jī)1997-2005年，蘭石廠和寶石廠生產(chǎn)了多臺(tái)ZJ50

5、DZ，ZJ70DZ型直流電動(dòng)鉆機(jī)2000年，四川宏華公司生產(chǎn)了ZJ40DBS、ZJ50DBS、ZJ70DBS型交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)2007年，寶石廠研制成功9000m交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)，配套北京石油機(jī)械廠制造的頂驅(qū)1415 （1） AC-AC驅(qū)動(dòng)16 （2） DC-DC驅(qū)動(dòng) DC-DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是指多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出直流電，供給直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。17 （3） AC-SCR-DC驅(qū)動(dòng) AC-SCR-DC驅(qū)動(dòng)是指數(shù)臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出交流電并網(wǎng)輸?shù)酵荒妇€電纜上（或由工業(yè)電網(wǎng)供電），經(jīng)晶閘管整流裝置整流后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵。18 （4） AC變頻驅(qū)動(dòng) AC變頻驅(qū)動(dòng)是指

6、將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到鉆機(jī)的電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)上，使AC-SCR-DC驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)中的直流驅(qū)動(dòng)裝置換成交流驅(qū)動(dòng)裝置，直流電動(dòng)機(jī)變成交流電動(dòng)機(jī) 19第二節(jié) 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性一、直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 采用直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組或可控硅整流電源供電的直流電動(dòng)機(jī)可聯(lián)合應(yīng)用降壓法與弱磁法，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。20絞車提升曲線 21轉(zhuǎn)盤M-n曲線 鉆井泵傳動(dòng)軸扭矩沖數(shù)曲線 22二、交流變頻鉆機(jī) 交流變頻驅(qū)動(dòng)絞車的特性 23頂驅(qū)特性24第三節(jié) 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的控制系統(tǒng) 一、柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)電動(dòng)鉆機(jī)的“交流控制系統(tǒng)”包括柴油發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制、發(fā)電機(jī)輸出電壓控制、柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)保護(hù)、功率限制等有關(guān)輔助控制裝置及控制

7、電路。交流控制系統(tǒng)的功能是控制柴油發(fā)電機(jī)組，使其輸出電壓穩(wěn)定在600V、輸出頻率穩(wěn)定在50HZ。25 柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)主要包括同步裝置、功率限制單元、接地故障檢測(cè)單元、交流控制單元等，還包括發(fā)電機(jī)斷路器、電流互感器、電源變壓器等檢測(cè)控制元器件。 1 發(fā)電機(jī)斷路器 發(fā)電機(jī)斷路器的作用是將發(fā)電機(jī)輸出與交流母線隔離。斷路器裝有過(guò)電流時(shí)自動(dòng)分?jǐn)嗟拇琶摽垩b置，還裝有一個(gè)欠電壓（UV）脫扣線圈。它同柴油發(fā)電機(jī)組控制電路中的保護(hù)電路相聯(lián)鎖，當(dāng)電路發(fā)生欠頻、超頻、過(guò)壓和逆功率等故障狀態(tài)時(shí)，保護(hù)電路使欠壓脫扣線圈自動(dòng)脫扣，斷路器跳閘，保護(hù)發(fā)電機(jī)組 26 2. 同步裝置27 3. 功率限制功率限制盒 功率限制

8、盒的作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)的有功功率或總電流ITOYAL達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行限制，以防柴油機(jī)關(guān)機(jī)或發(fā)電機(jī)斷路器脫扣；當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí)，使柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)載逐漸增加，保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)組；機(jī)組欠頻或逆功率時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行限制。2829 4 柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率電路3031 二、AC-SCR-DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的控制系統(tǒng)AC-SCR-DC驅(qū)動(dòng)將數(shù)臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出交流電并網(wǎng)輸?shù)酵荒妇€電纜上，經(jīng)晶閘管整流裝置整流后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵。32 1直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)33工況指配開(kāi)關(guān) 在司鉆控制臺(tái)上裝有一個(gè)工況指配開(kāi)關(guān)SI（ASSIGNMENT SW），由這個(gè)指配開(kāi)關(guān)組合各種供電線路和控制線路，以適應(yīng)鉆進(jìn)、起下鉆等各種鉆井工藝要求。 34工況指配關(guān)系圖 35 2 絞車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)36能耗制動(dòng) 373 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 38 4 鉆井泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)39 三、AC變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的控制系統(tǒng)40 1交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)41 2絞車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 42 3轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)43 4鉆井泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)44 5自動(dòng)送鉆驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 送鉆變頻柜將400V、50Hz恒壓、恒頻交流電壓