電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉廷鵬

【摘 要】我國屬于資源消耗大國，雖然國內(nèi)資源儲(chǔ)備量較為豐富，但是和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求相比，目前的資源量仍然相形見拙。為了提高我國的資源利用率，也為了進(jìn)一步緩解國內(nèi)的資源緊張程度，我國國內(nèi)的資源開采技術(shù)也在不斷提升。石油鉆井機(jī)是石油開采過程中的主要工具，對(duì)于其電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的完善和改進(jìn)能夠提高鉆井的開采效率，進(jìn)而提高石油資源的開采量。本文即是對(duì)電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，首先論述了這一控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并闡述了該系統(tǒng)的控制形式，并針對(duì)于動(dòng)力、電氣傳動(dòng)兩方面的控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期能為相關(guān)工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】電驅(qū)動(dòng) 石油鉆機(jī) 電氣傳動(dòng) 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

我國的國土面積較大，在國內(nèi)所蘊(yùn)含的各類資源較為豐富，其中也包括石油資源。但就目前我國石油開采進(jìn)度而言，其開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。因此，必須要對(duì)石油開采時(shí)的鉆機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高石油開采的效率。

1電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

1.1動(dòng)力控制系統(tǒng)

一般情況下，石油鉆機(jī)的動(dòng)力控制系統(tǒng)是由多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組成的。該動(dòng)力控制系統(tǒng)主要是對(duì)石油鉆機(jī)的鉆速、電壓、做功分配、功率限制以及繼電保護(hù)等進(jìn)行控制，這樣就能夠保證石油鉆機(jī)的整體運(yùn)行效率。通常將石油鉆機(jī)的電壓設(shè)定在600伏，供電頻率為50-60赫茲，總功率能夠達(dá)到5000千瓦，在實(shí)際應(yīng)用過程中功率峰值能夠達(dá)到7500千瓦。在這種大功率的輸出情況下，如果不能夠起到有效的控制作用就會(huì)造成設(shè)備的損傷或電能的損失。

1.2電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)

這一控制系統(tǒng)主要是將600伏的交流電傳入到傳動(dòng)柜當(dāng)中，并轉(zhuǎn)換為750伏的直流電，這樣就能夠控制絞車、泥漿泵以及頂驅(qū)等結(jié)構(gòu)的主電機(jī)，并且通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)、注油泵等的控制。該控制系統(tǒng)采用的閉環(huán)控制模式，對(duì)于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)能夠獲得更好的速度信號(hào)。

2電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式

2.1一對(duì)一和一對(duì)二控制模式

一對(duì)一控制模式主要通過一臺(tái)傳動(dòng)柜對(duì)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，該模式下要求鉆機(jī)配備8臺(tái)傳動(dòng)柜，并且還需要為單獨(dú)轉(zhuǎn)盤配備一個(gè)傳動(dòng)柜，傳動(dòng)柜本身與電機(jī)直接相連，單獨(dú)的傳動(dòng)柜對(duì)于其控制的電機(jī)具有單獨(dú)過載保護(hù)和控制，無法對(duì)其它的電機(jī)形成控制。

一對(duì)二控制模式指的是一臺(tái)傳動(dòng)柜對(duì)兩臺(tái)直流電機(jī)進(jìn)行控制，這種模式下就必然會(huì)使傳動(dòng)柜的容量加倍，但是能夠減少傳動(dòng)柜的數(shù)量，可利用5臺(tái)傳動(dòng)柜對(duì)8臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制，通過電力切換的方式來對(duì)不同的電機(jī)進(jìn)行控制。

2.2串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)

利用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)能夠設(shè)計(jì)一對(duì)二的控制模式，使得一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載就是另外一臺(tái)的負(fù)載，并且不需要安裝單獨(dú)勵(lì)磁裝置，電動(dòng)機(jī)的輸出功率與傳動(dòng)柜的負(fù)載電流的平方成正比，這樣就使得鉆機(jī)的效率提高。利用這種模式下的電動(dòng)機(jī)能夠使一對(duì)二控制模式發(fā)揮最大的功效，提高泥漿泵、絞車等主要設(shè)備的功率。

而利用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一對(duì)一的控制模式則能夠使電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流與設(shè)備的電樞電流相同，并且能夠使電機(jī)上的負(fù)荷達(dá)到最佳的平衡狀態(tài)，提高了絞車轉(zhuǎn)動(dòng)過程轉(zhuǎn)矩的合理性，節(jié)省了電能的消耗。

由他勵(lì)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一對(duì)一控制模式是基于磁場恒定理論下建立的，這一控制系統(tǒng)下的輸出轉(zhuǎn)矩和電樞電流之間是正相關(guān)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與輸出電壓之間也是成正相關(guān)，這樣在控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度時(shí)就會(huì)更加的簡便，降低控制成本。

3電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1動(dòng)力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在對(duì)動(dòng)力控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，其首先考慮的是電動(dòng)機(jī)的輸出效率，一般采用四臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，總功率能夠達(dá)到4800千瓦，轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到每分鐘1500轉(zhuǎn)。同時(shí)利用現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)，對(duì)于電路和發(fā)電機(jī)能夠形成更加有效的控制，能夠幫助電路以過載保護(hù)、瞬時(shí)跳閘等保護(hù)措施保證電力輸出的穩(wěn)定性。同時(shí)，在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)計(jì)功率限制電路能夠有效保證電路運(yùn)行的可靠性，避免出現(xiàn)電路損壞情況。

3.2電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是石油鉆井設(shè)備當(dāng)中的主要傳動(dòng)系統(tǒng)，一般采用三臺(tái)傳動(dòng)柜并網(wǎng)的方法，將600伏和交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?50伏的直流電壓，然后再利用逆變柜將電能的頻率轉(zhuǎn)化為50赫茲。在此控制系統(tǒng)當(dāng)中，三臺(tái)交流變頻電機(jī)是一對(duì)一的方式進(jìn)行控制。同時(shí)采用全數(shù)字直流控制技術(shù)、全數(shù)字交流變頻調(diào)速控制技術(shù)等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。這樣就能夠提高系統(tǒng)的功率，并且提高控制時(shí)的精準(zhǔn)度，使得整體控制操作更加便捷，對(duì)于故障的分析和診斷更加準(zhǔn)確。

4結(jié)語

石油鉆機(jī)是石油資源開采過程中重要設(shè)備，其工作效率直接影響了石油開采工作整體的效率。因此，在現(xiàn)代科技技術(shù)之下，必須對(duì)石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)開采地區(qū)不同的地理環(huán)境和設(shè)備要求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，加大對(duì)智能控制系統(tǒng)的使用，并同時(shí)深化現(xiàn)代高新科技的運(yùn)用，例如觸屏操作界面、全數(shù)字化控制系統(tǒng)等，這樣就能夠提升工作效率，增加控制的精準(zhǔn)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王代華，萬曉宏，李國孝，康濤.電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)控制系統(tǒng)配置方案探討[J].石油機(jī)械，2011（09）：102-103.

[2]楊越勝.人工智能在電氣傳動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011（11）：28-31.

[3]陳波，張旭偉，李冬屹，張嘉新.淺談我國石油鉆機(jī)司鉆控制系統(tǒng)存在的問題[J].石油礦場機(jī)械，2012（04）：102-103.

[4]王建軍，李耀杰.淺談石油鉆機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2013（05）：85-86.