变频电动钻机控制系统简述

变频电动钻机电器控制系统由发电系统(发电机、控制柜)、交流传动系统(变频柜、制动柜、)控制网络(PLC柜、司钻操作台、工控机、远程计算机、AS-i总线系统)、交流电机控制中心组成。

1) 动力发电系统

该控制装置共有4个发电控制柜组成，其主要功能是：控制柴油机的转速与发电机的励磁电流，得到600V、50HZ稳频、稳压电流，作为全井场的动力电源;发电机控制柜内还设有并网控制电路，控制多台发电机的并网以达到同期合闸操作。发电机可按工况需要，全部或任意两台以上在线运行时，负荷都能均衡分配，负荷转移平稳，能承受钻机的负荷特性和电动机起动时的冲击。发电机控制装置还具有功率限制、自起动电源电路、接地检测相序保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过频保护、逆功保护、短路保护、柜内故障自检等功能。

2)交流传动系统

a 变频驱动控制

变频主驱动系统由若干变频柜组成，分别将600V、50HZ恒压、恒频的交流电压变成0～800V连续可调的交流电压，以一拖一的驱动方式分别驱动钻井泵、绞车、转盘。绞车和转盘电动机具有反转功能，扭矩限制0%～100%范围内任意调节。绞车有两台电动机驱动，运行时负荷均衡，转速同步：绞车控制装置有制动单元，使绞车具有快速启、停的功能：绞车电动机具有四象限运行的特性，在下钻作业中能够提供持续的电磁制动转矩。

在石油钻机中应用较多时Simens变频器。SIMOVERTmasterDRIVE 矢量控制变频器采用IGBT元件、全数字技术的电压源型变频器。

b 自动送钻

送钻变频柜将400V、50HZ恒压、恒频的交流电压变流成0～400V变压、变频连续可调的交流电压，以一拖一的驱动方式驱动送钻电动机。恒压方式可以实现恒压自动送钻。送钻电动机在恒速方式时具有正反转的功能，可以起到应急起放井架和钻具的功能，也可以恒速送钻。送钻变频柜内设有制动单元与外部制动电阻构成的能耗制动装置。

3)司钻控制台

司钻控制台通过高性能的可编程控制器与总线控制，供司钻在钻井作业进行各项操作，同时可以通过触摸屏和显示屏对控制系统的主要设备运行状态进行监控。司钻控制台为内压防爆式，并有减压装置

4)触摸屏和显示屏

触摸屏和显示屏除显示钻机系统相关的运行与监控参数外，同时具有参数设定功能：、

A 设定自动送钻参数、游车防碰系统参数等

B 查看所有在网络中的设备的实时状态

C 报警信息提示司钻关注提示到的设备状况

D 故障信息提示司钻关注已产生故障的设备

E 显示钻井参数：悬重、钻压、井深等参数

F 安全防卫信息

G 故障诊断信息

5)制动控制

制动柜内的制动单元和房外的制动电阻的主要功能是：在绞车需要制动时，控制电动机进入发电运行状态，使电动机产生于旋转方向相反的制动力矩，负载侧的机械能转化为电能通过逆变器传道变频柜直流母线上。当直流母线电压高于最高阀值时，制动控制单元自动将制动电阻接通，使中间直流母线之间电容器储存的多余电能以热能形式由制动电阻消耗，以维持直流母线上的电压保持恒定。这种制动方式称为回馈制动。自动送钻系统的制动单元也采用回馈制动。

6) 主控制系统

A 可编程控制器运行状态总线控制系统

系统采用西门子的S7-300可编程控制器和PROFIBUS现场总线技术实现数据的快速传输，并可通过触摸屏、工控机、远程计算机实现监控、故障报警、参量修改诊断、存储记录等功能。

可以监控的主要参数有：1 发电机运行状态及参数2 变频器运行状态及参数3 系统操作与运行状态 4 系统故障与报警信息5 MCC运行状态6 游车运行状态7 一体化钻井仪表

B 游车防碰系统

可编程控制器通过总线采集主电动机的运行参数和滚筒编码器的数字信号，计算出当前的游车位置和速度，当游车到达减速点时，通过程序指支柱电动机减速到安全速度;当游车到达停车点位置时，主电动机悬停。若当游车超过停车点仍未停车，则系统自动停止变频柜运行并安全抱闸。

C 一体化仪表系统

通过数据采集单元(现场传感器、编码器、变送器等)，可编程控制器经过计算处理，在触摸屏、显示屏、远程计算机显示以下钻机参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲泵压、泥浆池液位、出口返回量、游车位置等参数。

7)MCC配电控制系统

交流电动机控制中心的主要功能是对井场的钻台、钻井液循环罐区、油罐区、压气机房和水罐区的交流电动机进行控制，并给井场提供照明电源。交流电动机控制中心系统对30KW以上采用软起方式，通过AS-i总线操作与监控，同时保留手动软起和手动直接启动的功能。MCC柜采用分装式结构，以便维修更换。交流电动机控制中心的电源来自主变压器，一台变比为6