電動鉆機直流驅動與交流驅動的對比分析

曾志偉

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司物資裝備科，新疆 克拉瑪依 834000）

電動鉆機直流驅動與交流驅動的對比分析

曾志偉

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司物資裝備科，新疆 克拉瑪依 834000）

本文主要通過對電氣自動化控制技術應用比較廣泛的直流電動鉆機驅動與交流鉆機驅動的對比，分析了石油鉆機應用這兩種電氣控制技術的主要特點、組成、控制方式、投資成本、現場應用現狀，探討了電動鉆機電氣自動化控制技術在石油鉆上的應用發展趨勢和方向。

石油電動鉆機；直流驅動；交流驅動；對比分析；應用發展

一、電動鉆機交流、直流驅動主要特點對比

AC-SCR-DC驅動是指數臺柴油發電機組發出交流電，并網輸出到同一交流母線電纜上（或者使用工業電網供電），經過晶閘管整流裝置整流后驅動直流電動機，帶動轉盤、絞車、泥漿泵等主要工作機。交流母線同時給交流變壓器供電，提供鉆井現場輔助設備及照明用交流電。該類型鉆機一般配備一臺輔助交流發電機組，作為鉆前和應急使用。

該類型鉆機出現在20世紀90年代，是第一代真正現代意義上的電氣自動化控制電動鉆機，基本具備智能化、數字化，一般說這種方式驅動的鉆機屬于直流鉆機，主要是因為具備DC-DC直流直接驅動鉆機的全部優點外，還具備以下特點：

（1）通過交流母線對柴油發電機、電動機采用并聯運行方式，動力使用與分配合理，機動性、靈活性好，功率有效利用率得到提高。

在實際鉆井作業過程中，可以按照實際工況需要功率來確定開動投用幾臺動力機組并網，合理有效利用功率，比DC-DC 驅動鉆機節約柴油7%～9%。

（2）采用柴油機電子調速器、晶閘管整流裝置、交流母線技術，鉆機可靠性得到很大提高，特別是隨著電氣控制技術理論、各種監測系統理論技術的應用、元器件質量的的進步，該類型鉆機發展到今天，鉆機的整體性能相對比較完善、可靠，鉆機功能擴大，經濟性增強。

（3）由于直流電動機的轉速變化是通過控制晶閘管整流裝置來達到的，交流母線上的功率因素相對較低，為提高功率因素，最近幾年，美國研制試用了一種調節功率因素的裝置，可以進一步提高鉆機的整體經濟效益。目前國內石油鉆機電控廠家與各油田用戶，正在試制試用一種功率補償裝置，需要進一步完善和改進、穩定性能等。

總體而言，目前這種AC-SCR-DC電氣控制技術模式，在石油鉆機上發展應用相對比較成熟、可靠、穩定和經濟，很受鉆井現場使用者和管理者的認可，并且已經被掌握，能夠保證石油鉆井的連續可靠。因此，原新疆石油管理局鉆井公司，現西部鉆探克拉瑪依鉆井公司改造更新的大多數電動鉆機都屬于該類型：1998年投產的國際50107鉆機，2001年投產的50200鉆機，2004年投產的70145鉆機、及2009年以后投產更新的50029、50047、50223、50592、70114、70203、70207、70209等。

二、 交流、直流驅動電動鉆機現場應用對比

在前面介紹分析直流鉆機和交流鉆機的特點、系統組成原理過程中，已經進行了一些對比。我們已經知道，原新疆石油管理局鉆井公司，現西部鉆探克拉瑪依鉆井公司1998年投產的國際50107鉆機，2001年投產的50200鉆機，2004年投產的70145鉆機、2009年后投產的50029等鉆機，都是屬于AC-SCRDC直流電動鉆機。2000年開始與廠家合作研制投產的40019，后來陸續投產的70037、30617、30618、30619、70151、50217、90001等，以及改造鉆機32950、70514、50608，均使用AC交流變頻技術控制。

根據我公司使用的直流、交流鉆機對比而言，在同級別的鉆機中，比如70145就是直流驅動，70151就是交流驅動，或者50107是屬于直流鉆機，50217就是交流變頻驅動鉆機。根據我們現場使用情況，對比這兩種鉆機的主要部分，即動力系統、電動機系統和控制系統的表現，更能夠說明。

三、 交直流鉆機電控系統投資成本對比

我公司投產使用的直流鉆機和交流鉆機，由于本身結構性能的不一樣，投資制造成本也差距較大，主要就是體現在電器自動控制系統方面。包括電動機的購置配套，系統安裝調試，現場服務及培訓等，按照同級別，相同的動機機組、相同的工作機組、同歷史時期投資對比，70145屬于直流鉆機，其直流電控系統價格在800萬左右，而70151屬于交流驅動，增加了逆變控制系統，投資成本在1000萬～1050萬，顯然交流鉆機比直流鉆機投資成本高。

結語

通過以上對比分析可以看出，直流鉆機相對交流鉆機而言，控制操作維護簡便、投資成本相對低廉，現場更容易掌握，但是由于直流電機本身結構性能原因，沒有交流電機安全，控制系統也沒有交流系統先進，交流系統更能滿足石油鉆井的需要。因此，隨著交流元器件、組件質量的提高，價格的下降，交流控制是今后鉆機的發展方向。目前，綜合考慮到現場維護技術的掌握，制造成本的承擔能力，以及鉆井安全級別的要求，出現了泥漿泵區域使用直流驅動，絞車、轉盤靠近井口區域使用交流驅動，結合二者優勢的交直流混合電動鉆機，如鉆井公司2006年更新服役的90001鉆機。這只是交直流驅動鉆機發展歷程上的權益之計，從長遠看，交流控制驅動鉆機是必然的發展趨勢和方向。

[1]李育良.電動鉆機電氣控制系統[M].西安：西北工業大學出版社，1994.

[2] W.L麥克奈爾電動鉆機手冊[M].北京：石油工業出版社，1988.

TE922

A