一种交直流混合动力石油钻机电控系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种交直流混合动力石油钻机电控系统，包括发电系统、泥浆泵用电系统、转盘用电系统、绞车用电系统、整流装置；所述转盘用电系统、绞车用电系统分别与整流装置连接，所述泥浆泵用电系统、整流装置分别与发电系统连接；所述泥浆泵用电系统包括相互连接的直流调速整流器和泥浆泵电机，所述直流调速整流器与发电系统连接；所述转盘用电系统包括相互连接的转盘交流变频器、转盘电机，绞车用电系统包括相互连接的绞车交流变频器、绞车电机，所述转盘交流变频器、绞车交流变频器分别与整流装置连接。本实用新型专利技术与现有技术相比，本实用新型专利技术发电设备和用电设备功率良好匹配，兼顾了性能与价格，实用性和经济性，具备最优化的性价比。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电控系统，尤其是一种交直流混合动力石油钻机电控系统。
技术介绍
由于浅层油井的枯竭，石油开采不得不开采深层油井，因此设备功率就必须加大，而老式的机械钻机效率低下，能源浪费严重。电力驱动由于高效和好的操控性，相对于机械传动显示出云壤之别的性能。由此，石油钻机行业，近二十年来逐步采用先进的全电动钻机替换掉老式的机械钻机。而全电动钻机又分为直流电动钻机和交流电动钻机。然而，不管直流电动钻机还是交流电动钻机都有其缺点。直流电动钻机整体的功率因数比较低，尤其在使用绞车这种冲击负荷时，大扭矩低转速使得功率因数能拉低到0.2。在用柴油机作为发电机设备时，往往需要多加一台柴油机以为系统提供无功，造成了浪费。并且直流驱动的绞车操作时需要与电磁刹车或者盘刹做很好的配合，不然可能造成溜钻或者憋电机的问题。交流电动钻机虽不存在上述缺点，但是其投入太大，同样功率的传动装置，相对于直流的价格贵4~5倍。而且往往控制最简单的泥浆泵是功率最大，数量最多，因而投入也多。因而，在泥浆泵上投入变频器控制不经济。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种优化电动钻机，结合直流电动钻机和交流电动钻机各自的优缺点，取长补短，使得钻机性能价格比达到最优的交直流混合动力石油钻机电控系统。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种交直流混合动力石油钻机电控系统，包括发电系统、泥浆泵用电系统、转盘用电系统、绞车用电系统、整流装置；所述转盘用电系统、绞车用电系统分别与整流装置连接，所述泥浆泵用电系统、整流装置分别与发电系统连接；所述泥浆泵用电系统包括相互连接的直流调速整流器和泥浆泵电机，所述直流调速整流器与发电系统连接；所述转盘用电系统包括相互连接的转盘交流变频器、转盘电机，绞车用电系统包括相互连接的绞车交流变频器、绞车电机，所述转盘交流变频器、绞车交流变频器分别与整流装置连接。进一步的是，所述发电系统包括三个并联的柴油发电机。进一步的是，所述整流装置为整流器。进一步的是，所述整流装置的个数为2个。进一步的是，所述整流装置上还设有制动器，所述制动器与转盘用电系统、绞车用电系统并联。本技术的有益效果：本技术与现有技术相比，本技术发电设备和用电设备功率良好匹配，兼顾了性能与价格，实用性和经济性，具备最优化的性价比。附图说明图1是本技术实施例的结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对技术做进一步详细的说明。一种交直流混合动力石油钻机电控系统，其特征在于，包括发电系统、泥浆泵用电系统、转盘用电系统、绞车用电系统、整流装置；所述转盘用电系统、绞车用电系统分别与整流装置连接，所述泥浆泵用电系统、整流装置分别与发电系统连接；所述泥浆泵用电系统包括相互连接的直流调速整流器和泥浆泵电机，所述直流调速整流器与发电系统连接；所述转盘用电系统包括相互连接的转盘交流变频器、转盘电机，绞车用电系统包括相互连接的绞车交流变频器、绞车电机，所述转盘交流变频器、绞车交流变频器分别与整流装置连接。所述发电系统包括三个并联的柴油发电机。石油钻机需要调速控制的几个负载是绞车、转盘、顶驱和泥浆泵，且这几个负载都是几百上千千瓦的功率。其中，绞车是位能型负载，吊装时，安全非常重要；在本技术中绞车电机用绞车交流变频器驱动，可以实现零位悬停，在起下钻这种频繁启动电机的情况下，可以免去直流驱动时，需要人为控制电机扭矩与刹车之间的平衡的麻烦；而这种平衡如果控制不好，则可能造成安全事故；另外交流变频驱动时，网侧的功率因数比较高，不用发电机额外的无功输出。转盘是反抗型变扭矩负载，随着钻进的深入，地层有可能突变，而钻压的给定也可能突变，因此其扭矩一直处于变动之中，采用交流变频器控制其速度，非常稳定可靠。顶驱与转盘功能相同，为互相备用切换的负载。这几个负载离井口比较近，用交流电机可以做到防爆，而直流电机不防爆，安全性也有保障。泥浆泵负载是泵类负载，其功率比较高，达一千多千瓦，其调速性能要求不高，在给定转速下工作，其转矩也变动不大，其工作的转速比较高。因此用直流调速整流器驱动，性能满足要求，并且不会给电网造成太大无功负担。但如此大功率的负载，用交流变频器驱动的话，成本相当高。为了提高整流效果，优选的实施方式，所述整流装置为整流器，所述整流装置的个数为2个。为了使得提高安全系数，优选的实施方式是，所述整流装置上还设有制动器，所述制动器与转盘用电系统、绞车用电系统并联。实施例如图1所示，一台50式钻机配置的交直流混合动力电动系统。主要由三个柴油发电机、三个交流变频器、两个直流调速整流器、两个整流器、两个绞车电机、一个转盘/顶驱电机、两个泥浆泵电机组成、一个制动器。所述柴油发电机为CAT3512B型，其额定功率因数为0.7，如果将绞车、转盘等负载都用直流电机驱动，则功率因数会很低，造成在有功功率不大的情况下，多开一台柴油发电机组。采用交直流混合动力，则只需开两台发电机组就能满足。所述交流变频器驱动绞车、转盘等调速和操控性要求比较高的负载。采用西门子S1201500KW整流装置为直流目排供电，采用S120900KW变频器为绞车、转盘/顶驱供电。变频器采用编码器速度反馈，实现零位悬停，绞车的操控可以做到随启随停，并且电机防爆，安全性高。所述直流调速整流器拖动两台泥浆泵负载。采用西门子6RA801200KW直流调速器。电机为串励直流电机。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流混合动力石油钻机电控系统，其特征在于，包括发电系统、泥浆泵用电系统、转盘用电系统、绞车用电系统、整流装置；所述转盘用电系统、绞车用电系统分别与整流装置连接，所述泥浆泵用电系统、整流装置分别与发电系统连接；所述泥浆泵用电系统包括相互连接的直流调速整流器和泥浆泵电机，所述直流调速整流器与发电系统连接；所述转盘用电系统包括相互连接的转盘交流变频器、转盘电机，绞车用电系统包括相互连接的绞车交流变频器、绞车电机，所述转盘交流变频器、绞车交流变频器分别与整流装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合动力石油钻机电控系统，其特征在于，包括发电系统、泥浆泵用电系统、转盘用电系统、绞车用电系统、整流装置；
所述转盘用电系统、绞车用电系统分别与整流装置连接，所述泥浆泵用电系统、整流装置分别与发电系统连接；
所述泥浆泵用电系统包括相互连接的直流调速整流器和泥浆泵电机，所述直流调速整流器与发电系统连接；
所述转盘用电系统包括相互连接的转盘交流变频器、转盘电机，绞车用电系统包括相互连接的绞车交流变频器、绞车电机，所述转盘交流变频器、绞车交流变频器分别与整流装置连接。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军民，周翼，刘小明，杨杰，
申请(专利权)人：四川中曼电气工程技术有限公司，中曼石油天然气集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51