摘要：本文以大慶油田石油管理局井下作業(yè)分公司配備的我公司生產(chǎn)的 JD-BP32-500 型石油鉆機(jī)變頻器為例，介紹了石油鉆機(jī)進(jìn)行變頻改造的意義、應(yīng)用效果及使用價(jià)值。由于石油鉆機(jī)的特殊的應(yīng)用環(huán)境，在變頻器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面注意到了相關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)，為該類產(chǎn)品的開發(fā)提供了相關(guān)的依據(jù)。 關(guān)鍵詞：石油鉆機(jī) 變頻改造 應(yīng)用 Abstract: The paper changes Model JD-BP32-500 petroleum rig inverter that our company produces and allocates for borehole operation branch company of petroleum administration of taching oilfield into example, has introduced it‘s meaning, application effect and value in use that the oil rigs carry on the frequency conversion transforming 。 Because of the special application environment of the oil rig ,we had noticed relevant technological nodus in product design of inverters, thus have offered relevant bases for development of this kind of product. Keywords: oil rig Frequency conversion transforming Application 引言：隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器作為一種現(xiàn)代工業(yè)革命的產(chǎn)物，已越來越多地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從低壓到高壓，從普通到特殊，變頻器在調(diào)速和節(jié)能等方面都發(fā)揮著無可替代的作用，并正在逐步地向縱深拓展?，F(xiàn)在我們應(yīng)大慶油田石油管理局井下作業(yè)分公司的要求，對(duì)其鉆井設(shè)備—石油鉆機(jī)又進(jìn)行了變頻改造，并收到了較好的效果。 一、石油鉆機(jī)的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 石油鉆機(jī)是油田生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，隨著生產(chǎn)效率的不斷提高，對(duì)鉆井系統(tǒng)的要求也越來越高。鉆井過程中鉆桿需要頻繁的提放，由于鉆具重，要求提放要穩(wěn)，到位準(zhǔn)確，這是對(duì)鉆機(jī)控制系統(tǒng)的總體要求。 現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)力系統(tǒng)是有兩臺(tái) 500KW 的發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，供一臺(tái)鉆機(jī)及其他幾臺(tái) 37KW 的電機(jī)使用，用來驅(qū)動(dòng)鉆井用鉆盤和提放鉆桿及起放井架的絞車。打井深度為 3000m （稱 30 鉆機(jī)）。所配置的電機(jī)，型號(hào)為 Y423-6-500BPR ，其主要參數(shù)如下表： 其工作過程為變頻電機(jī)通過變速箱和轉(zhuǎn)盤同滾筒相連接，來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和絞車，采用氣動(dòng)離合器，以保證可靠性和安全性。且絞車剎車系統(tǒng)為盤式剎車，減少了原系統(tǒng)帶來的不穩(wěn)定性。并且整套系統(tǒng)配有緊急制動(dòng)剎車，緊急情況下使用增強(qiáng)了安全性和可靠性。 二、變頻器的配置情況 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特殊情況，我們選用了本公司生產(chǎn)的 JD-BP32-500 型 500KW/380V 的變頻器。 其基本的參數(shù)為： 輸入：三相， 380V ， 50HZ 輸出：三相， 0-380V ， 0-50HZ 頻率范圍： 0-50HZ 最高頻率： 33.5—50HZ 任意設(shè)定 基本頻率： 0—33.5HZ 之間任意設(shè)定 啟動(dòng)頻率 : 0—5HZ 轉(zhuǎn)矩提升：根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)整到最佳 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特殊要求，經(jīng)常用在低頻 2—5HZ ，并且提升量大，所以變頻器在額定頻率 0—33.5HZ 采用恒轉(zhuǎn)矩輸出， 33.5HZ 以上采用恒功率輸出。為適應(yīng)大功率輸出，以及負(fù)載根據(jù)地質(zhì)情況的頻繁波動(dòng)，并且電流變化大，而且有頻繁的周期性波動(dòng)，以及現(xiàn)場(chǎng)安裝空間的限制，使變頻器體積盡量的小。我們采用兩單元并聯(lián)輸出，每個(gè)單元四個(gè)功率模塊直接并聯(lián)的特殊結(jié)構(gòu)，模塊并聯(lián)中產(chǎn)生的均流問題，我們采用均流電抗和強(qiáng)制均流兩種方式，使每個(gè)模塊都能正常工作。由于變頻器輸出電流大（接近 2KA ），為防止強(qiáng)電流磁場(chǎng)造成的干擾，傳輸信號(hào)采用光纖通訊，并且控制電路也增加相應(yīng)的抗干擾措施，從而增加了變頻器工作的安全性，收到了較好的效果。 由于在工作過程中負(fù)載波動(dòng)頻繁，電流變化大，電機(jī)有時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，為處理好這部分能量，保證變頻器的安全，增加了能耗制動(dòng)單元。這類負(fù)載周期性變化大，我們采用較大余量的功率器件，主電路采用電流傳感器取樣及 IGBT 結(jié)壓降保護(hù)和負(fù)載過流保護(hù)三級(jí)措施，來確保變頻器及電機(jī)能夠長(zhǎng)期的無故障運(yùn)行。其主回路電路如圖示： [ALIGN=CENTER] 圖一、變頻器主電路原理圖 圖二、制動(dòng)單元圖[/ALIGN] 三、應(yīng)用效果 經(jīng)過兩個(gè)月的試運(yùn)行，該系統(tǒng)呈現(xiàn)出明顯的效果： 1、沒有使用變頻器前，起放井架是在工頻 50HZ 通過變速箱直接加上負(fù)載，速度不易控制，井架自身約為 40 噸，大的鉆機(jī)還要重，起放很不平穩(wěn)，沖擊大，不易于控制。安放二成平臺(tái)時(shí)十分煩瑣，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。使用變頻器后可以在低頻 2—5HZ 啟動(dòng)，速度慢，很容易操作控制起放位置，并且低頻起重量大，安全可靠。 2、打井時(shí)原來就有四個(gè)檔位，沒有其他速度選擇。工頻 50HZ 時(shí)，合轉(zhuǎn)盤離合，這樣對(duì)鉆桿及電機(jī)、變速箱都有很大的機(jī)械沖擊。特別是在打到巖層時(shí)，地下的地質(zhì)情況復(fù)雜多變，負(fù)載有時(shí)輕，有時(shí)重，這樣使得發(fā)電機(jī)要丟頻丟壓，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速時(shí)快時(shí)慢。在打定向井時(shí)就會(huì)偏離設(shè)計(jì)傾斜度。使用變頻后，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，減少了頻繁換檔，根據(jù)地形可以靈活掌握其速度，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)桿時(shí)可以零頻啟動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)盤的扭力就大大減少了，變頻器還采用了較大的儲(chǔ)能元件，以保證復(fù)雜多變的地質(zhì)情況下負(fù)載的變化。 3、隨著大量的石油開采，鉆井深度越來越深，這樣的情況下每 9 米就要提放一次轉(zhuǎn)具，頻凡的提升和下放，提升的重量越來越重原來提升要頻繁的換檔，才能適應(yīng)越來越重的鉆具，由于 提升速度不可控制，井卡鉆具時(shí)對(duì)其沖擊很大，有可能把鉆桿拉斷，造成事故。使用變頻器可以低速提升，并且提重量大，對(duì)于鉆具沖擊力小，易于控制提放位置、速度，適于頻繁的提放鉆具。 4、使用變頻器后對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的的機(jī)械損耗也減少了，原來經(jīng)常損壞的變速箱及剎車系統(tǒng)能夠減少維修次數(shù)，減少大量的維修費(fèi)用。在鉆井情況下電機(jī)可以處于停止?fàn)顟B(tài)，而原來在工頻運(yùn)行時(shí)直接啟動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)電流大容易損壞發(fā)電機(jī)，運(yùn)行后電機(jī)一直在運(yùn)行狀態(tài)，耗費(fèi)大量能源。而變頻器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，對(duì)發(fā)電機(jī)組沒有沖擊，原來每天用油 3 噸以上，而現(xiàn)在用油在 2 噸左右，所以也大大節(jié)約了能源。并且我們還配有電力變壓器一套，以便有條件時(shí)直接接入高壓網(wǎng)電運(yùn)行。 四、結(jié)語 石油鉆機(jī)采用變頻控制，是新興的變頻高科技技術(shù)在油田上的又一次成功應(yīng)用。通過這一實(shí)踐，證明了變頻器的應(yīng)用是十分廣泛的。我們應(yīng)該抓住這一機(jī)遇，努力完善這一類產(chǎn)品的工藝及性能，使之更能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的要求，為變頻器更新領(lǐng)域的拓展付出更大的努力。 參考文獻(xiàn)： 1、高成海 變頻器在石油鉆機(jī)的應(yīng)用及分析 變頻器世界 2005、3 2、王鵬飛 變頻器的諧波干擾及防止對(duì)策 變頻器世界 2005、4 作者簡(jiǎn)介： 吳海濤（ 1976- ） 男 工程師 1996 畢業(yè)于曲阜大學(xué)，現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子有限公司從事變頻器的研發(fā)工作。