500 HP泥漿泵電驅動系統的研制

李金霞，劉 珀，丁小寧，李 敏，程興民

（中車永濟電機有限公司，山西 永濟 044502）

引言

泥漿泵是指在鉆探過程中向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機械，泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分[1]。針對傳統柴油發動機驅動泥漿泵成本高、噪音大、污染嚴重等缺點，提出一種新型500 HP泥漿泵電驅動系統，該系統主要由高壓開關系統、變頻調速系統、驅動電機等部分構成，如圖1所示。電網取電通過整流器、變頻器和濾波器輸出三相可變電壓交流電，驅動電機旋轉帶動泥漿泵工作[2-4]。

1 電驅動系統的設計選型

1.1 VFD房房體

電控房房體采用耐低溫鋼結構，室內安裝照明應急燈、溫濕度檢測、煙火探測及滅火器，電控房內部地板敷設絕緣膠皮。

1.2 高壓開關柜

用戶井場提供400 V、50 Hz電源，經開關柜給400 V母線供電，開關柜配電有4路HOA回路，包括灌注泵、電機風機、潤滑油泵及噴淋泵。

1.3 變頻調速系統

變頻器改變交流電機400 V供電電壓的頻率和幅值，平滑控制電機轉速，可編程邏輯控制器采用西門子S7-1200系列PLC，配西門子工業IPC 477D，整套系統采用PROFINET通訊。

1.4 驅動電機

根據泥漿泵的排量和最大輸入功率，并結合實際使用工況，得出驅動電機的設計參數，用以設計電機，其中電機的額定功率為400 kW，額定電壓為400 VAC，額定轉速為709 r/min，額定轉矩為5 388 N·m，冷卻方式是強迫風冷。

2 電驅系統集成及調試

2.1 系統總裝

2.1.1 開關柜、變頻柜及PLC柜安裝

在房體落位檢查無誤后，首先安裝開關柜，開關柜進入房體前，需拆除側板及右后側小側板，并在電控房外完成進、出線電纜安裝。在安裝過程中，需將開關柜用叉車叉入房體擺正、落位并固定。變頻柜安裝前需拆除底部過線板、左側板、頂部風道，將變頻器柜用叉車叉入房體擺正、落位并固定。安裝PLC柜時，頂部采用自攻釘固定，將底部過線孔進行防護。

2.1.2 動力線、控制線及通訊線連接

動力線連接需嚴格按照電氣原理圖及配線表等，完成開關柜、變頻器柜、輸出柜之間的動力線連接，連接時需注意動力線折損。將PLC柜與輸出柜之間通訊線進行連接。在所有連接線按照接線圖連接完成后，需用萬用表至少一次進行電纜校線，以保證接線無誤。

2.1.3 輸出接線板裝配及掃尾工作

電纜連接器端頭未處理的進行處理，處理后將各連接安裝板和連接器的插座裝好。最后進行開關柜、變頻器、PLC柜頂部風道及銘牌安裝等掃尾工作，房體內部的清潔完成后鋪設橡膠墊，局部外觀缺陷的進行修整，最后裝車發運。

2.2 問題及解決措施

2.2.1 房體結構

鋪設動力線需在空調底座下進行布置，但由于空調底座焊接固定無法布線，因而將空調底座切割出來，待動力線、控制線及通訊線全部布線完成后，將空調底座改為螺絲固定。另外在布線過程中發現過線孔尺寸不足，所有線未能全部穿過過線孔，因而在不影響房體結構的基礎上，將過線孔切割至兩倍大。

2.2.2 MCC柜及變頻柜安裝

由于高壓開關柜及變頻柜的銅排位于柜體背部，在柜體放置于房體內部后，無法進行動力線的連接工作，因此需將動力線在連接完成后，與開關柜及變頻器柜同步進行安裝。

2.2.3 通訊干擾

在進行布線時，通訊電纜應避開動力電纜，以免產生通訊干擾問題，但本系統結構緊湊，布線槽呈一字型，無法回避，因而將動力線U、V、W呈品字形捆扎敷設，三相電纜品字形捆扎后，相互間距離基本相等，由于單個通電導線會在空間形成環形的電力線，三相電纜成品字形布置，在空間上三相電流的矢量和為零，因此空間上的電磁環流也為零，使電纜接近于純電阻，有效降低線路感抗，防止干擾通訊。

3 電驅系統試制成功與交付

2021年6月，我公司為四川科德孚石化裝備有限公司研制的首臺500 HP新型泥漿泵電驅系統，于6月底進行系統聯調試驗，實現泥漿泵的穩定運行，充分證實了本次研發的電驅動設備的可靠性和穩定性。首臺500 HP新型泥漿泵電驅系統現場聯調試驗如圖2所示。我公司于7月底成功交付6臺500 HP泥漿泵電驅動系統。

4 結語

本文從500 HP泥漿泵電驅動系統的設計選型出發，在無技術經驗可借鑒的前提下，成功完成了公司首臺泥漿泵電驅動系統的試制，并解決試制與調試過程中所遇到的關鍵技術問題，最終實現6臺電驅動系統的成功交付。不僅拓寬了電驅動系統的應用領域，豐富了油田電驅系統產品規格，滿足客戶和市場的多種需求，而且提高了公司的核心競爭力。