RC-阻容吸收電路在頂驅變頻器應用

張坤波 勝利油田海洋鉆井公司，山東 東營 257000

RC-阻容吸收電路在頂驅變頻器應用

張坤波 勝利油田海洋鉆井公司，山東 東營 257000

PTD-500-AC交流變頻頂驅在技術上比較領先，其冷卻風機、液壓泵由vacon變頻器驅動，由于諧波對變頻器影響較大，導致頂驅主電機高溫停機，嚴重影響到鉆井生產，本項目利用RC-阻容吸收電路消除了諧波對vacon變頻器影響，收到了良好效果。

頂驅；諧波；交流變頻；峰值電壓；高溫報警

引言

頂驅驅動鉆井裝置，又被簡稱為頂驅，目前作為一種新型鉆井設備，已經引入石油鉆井領域。它顯著提高了鉆井作業的能力和效率，從而在國內和國際鉆井市場上得到了廣泛的采用和良好的聲譽。目前頂驅的驅動方式已經由液壓、直流驅動向交流變頻驅動的方向發展。

勝利二號鉆井平臺引進的挪威（M H）公司生產的交流變頻頂驅，型號為：PTD-500-AC 、參數如下：

1、PTD-500-AC 頂驅主要技術參數

2、PTD-500-AC 頂驅主要組成部分

PTD-500-AC 交流變頻頂驅主要由外接電源（600 V）、整流裝置、逆變器、變頻器控制系統（該系統包括矢量控制板和通訊板）、數據采集與監視系統、傳動機構、輔助驅動系統等部分組成。它集機械、電氣、液壓于一體，先進和復雜的電氣和液壓系統對現場服務人員提出了較高的要求。

3、PTD-500-AC 頂驅工作原理

PTD-500-AC 頂驅通過交流變頻電機驅動齒輪箱內輸入軸旋轉，再通過齒輪二級減速驅動主軸旋轉，主動軸帶動鉆桿旋轉，以實現鉆井的目的，頂部驅動與以前的轉盤驅動相比，無論是打立柱、循環起鉆處理事故，還是套管鉆井等特殊工藝井施工，頂驅都具有明顯優勢，尤其是深探井井下情況復雜，對頂驅的依賴性更強，因此，維護、使用好頂驅，強化頂驅的技術分析及故障診斷尤為重要。

一、使用中存在問題

PTD-500-AC 型頂驅主電機散熱為強迫風冷式，風機電機參數：功率8.4KW、電壓600V，頻率60Hz。液壓泵電機參數：功率為8.4KW、電壓600V，頻率60Hz。頂驅冷卻風機電機和液壓泵電機共用一套vacon變頻器，主要參數：電壓525～690V功率15/18.5Kw 頻率50/60 Hz。

主電機上接有溫度傳感器和風壓傳感器對電機實施監控保護，在使用時，發現冷卻風機、液壓泵電機時常停機，造成主電機出現高溫（溫度超過155℃），主變頻器關斷，主電機需冷卻20～30分鐘才能恢復工作，而此時頂驅液壓單元也不工作，鉆工無法操作，極易造成井下事故，影響到鉆井生產的正常進行，必須改進。

二、原因分析

當頂驅風機電機停機時，對風機電機進行測量，發現絕緣電阻、線路、風機本身均無問題，是vacon變頻器出現了問題。調出相關數據發現vacon變頻器出現（overvoltage）過電壓故障，交流側電壓峰值634伏，變頻器直流側最高電壓值996伏（正常值應為843伏），超過變頻器容許最高限值保護跳閘。經分析比對是平臺電網諧波污染所致，具體來講就是在鉆機絞車、泥漿泵等直流設備低速運行時，直流可控硅整流器在觸發點產生的毛刺電壓，在變頻器直流側電容累積所致。問題發生后，平臺邀請外方服務人員對vacon變頻器直流側進行檢測，更證明了我們的判斷是正確的，并且建議對平臺電網進行全面治理，平抑諧波，消除電網諧波干擾，改善電網運行質量。但是，若對平臺整個電網改造需上百萬元，經濟和時間都不允許。

三、解決思路及改造過程

從以上分析，我們不難發現造成vacon變頻器關斷的主要原因是直流側峰值電壓過高（實際值比允許值高996-843=153V），只有消除諧波過高的峰值電壓，才能將其控制在額定范圍之內。經理論和實踐證明，采用RC-阻容吸收電路能很好地消除尖鋒電壓，即電容在充放電時，通過電阻將電能轉化為熱能，從而達到部分消除高次諧波尖脈沖的目的，關鍵是選擇合適的時間常數。為此，我們對vacon變頻器直流側的峰值電壓進行測量，經詳細計算，確定了阻容吸收電路的連接方式及電容容量、電阻的阻值，并將RC-阻容吸收電路串接在vacon變頻器直流側，利用R-C 充放電過程將電能轉化為熱能，從而達到消減過高峰值電壓目的，進而消除了諧波干擾，改造后頂驅電機工作正常。

vacon變頻器RC-阻容吸收電路接線原理圖：

四、改造的目的和意義

在對平臺電網諧波進行全面治理前，通過增加RC-阻容吸收電路，以達到消除諧波對vacon變頻器的影響，消除主電機高溫跳閘隱患，最終確保頂驅主電機正常工作。意義在于用較小的投入解決了頂驅運行中的重大問題，較好地滿足了鉆井生產的要求，也為類似設備改造提供了寶貴經驗。

五、取得經濟效益

改造后vacon變頻器直流側峰值電壓始終控制在允許范圍之內，未出現因過電壓關斷現象，頂驅主電機冷卻良好，未再出現高溫跳閘的現象，確保了鉆井生產的正常運行。2009年～2010年，經平臺在渤海灣勝利海區鉆井16口井驗證，無高溫跳閘、變頻器關斷等故障發生，進尺30000余米，取得了顯著的經濟效益。

張坤波 男 1966.2月出生 漢族 籍

貫：河北巨鹿 學歷：大學 職稱：電氣主任工程師 作單位：勝利油田海洋鉆井公司 郵編：257000 工作及研究方向：主管鉆井平臺電氣技術運行工作 研究方向：電氣技術。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.095