石油钻机电气介绍
1钻机电气控制系统的基础知识资料
功率半导体器件的发展
功率半导体器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电 气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的 离子变流器进入由功率半导体器件构成的变流器时代。功率半导体器件的发展经历了以下阶段：
功率半导体器件
电力电子装置的输入电功率经功率变换器变换后输出至负载。功率变换 器即为通常所说的电力电子电路（也称主电路），它由电力电子器件构 成。 一个理想的功率半导体器件、应该具有好的静态和动态特性，在截止状 态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时，能流过大电流和很低 的管压降；在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗 和开关损耗均要小。同时能承受高的di/dt和du/dt以及具有全控功能。
直流钻机采用不可逆调速方案，绞车正反转要通过接触器切换，制动时又需要操 作电磁刹车。而Fra Baidu bibliotek交流调速系统中，通过外接制动单元进行能耗制动，制动功能 非常可靠，而且是自动投入工作：钻具下放使绞车电机工作在发电状态，钻具下 放能量经逆变系统、制动单元和制动电阻转化为热能消耗掉，从而实现钻具平稳 下放。电机可以四象限运行，绞车正、反转由转速的正负给定平滑实现，无需接 触器切换；同时原先在直流系统中广泛使用的电磁刹车无需再配备。
V6 V
2
Control Electronics control, monitoring and communication
2023年钻机电控系统行业市场分析现状
2023年钻机电控系统行业市场分析现状
钻机电控系统行业市场分析现状:
钻机电控系统是指用于控制钻机操作的一套电气设备系统，它通过控制钻机的驱动、转速、方向等参数，实现钻井作业的自动化和智能化。随着石油工业的发展和需求的增加，钻机电控系统行业市场不断扩大，目前处于快速发展阶段。
一、市场规模
据统计，截至2020年，全球钻机电控系统市场规模约为25亿美元，预计到2025年将达到47亿美元，年均增长率达到13%。其中，亚太地区是全球钻机电控系统市场最大的地区，占据了市场总份额的30%以上。
二、市场需求
1.技术升级需求：随着钻井作业的复杂化和自动化水平的提高，钻机电控系统需要不断升级和更新，以满足更高效、安全、环保的需求。
2.能源需求：全球对石油和天然气的需求依然较大，钻机电控系统作为钻井作业的重要设备，需求量也相应较高。
3.环保需求：近年来，全球对环境保护要求越来越高，钻机电控系统在节能减排、废气处理等方面的技术创新和应用也受到越来越多的关注。
三、市场竞争
目前，全球钻机电控系统市场竞争较为激烈，主要竞争者包括国内外知名企业如沃尔沃、卡特彼勒、美国艾默生等。其中，中国是全球钻机电控系统制造业的重要生产和出口国家，国内龙头企业在技术研发、产品质量和价格等方面具有竞争优势。
四、市场趋势
1.智能化趋势：随着人工智能和物联网技术的快速发展，智能化钻机电控系统将成为
市场的主流，能够实现远程监控、自动化操作和智能故障诊断等功能。
2.节能环保趋势：钻机电控系统在节能和环保方面的技术创新将受到更多关注。例如，采用高效电机、变频调速等技术，降低能耗和废气排放。
石油钻机电气系统分析
石油钻机电气系统分析
作者：黄松
来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第04期
【摘要】由于电气石油钻机在石油钻井作业上具有明显优势，所以石油钻机电气系统在石油开采应用中越来越广泛。为满足石油钻井工艺的作业需求，本文对石油钻机电气系统的组成和工作现状进行深入研究，对电气系统在作业中遇到的问题作具体分析，并给出相应的解决方案，从实际的角度出发，为石油钻机电气系统的发展趋势做简单介绍。
【关键词】石油钻机电气系统自动化
1 前言
随着经济的快速发展，整个世界的石油需求量也在迅速增长，因此石油开采工艺的要求也随之提高。目前是电子信息发展迅猛的时代，各个行业都在利用高新科技来提高生产工艺水平。在石油生产中，每个国家都在想方设法提高石油开采的效率来增加石油产量，电气系统的机械化管理功能无疑是给这一关键的技术带来革命性的突破。
2 石油钻机系统构成
石油钻机是钻井工作设备中不可缺少的机械设备，钻机必须能给钻井工具提供足够转速和转矩的工作性能下，还能保持一定的钻压，为能够满足更换钻头、下套管、钻具设备的送进以及井下事故的处理需求，钻机电气系统还应具备有高举重能力和提升迅速的速度，同时还能确保泵压和排量的正常作业，维护石油开采的正常工作。在此，主要介绍石油钻机电气系统的构成。
石油钻机是套性组合的重型机组设备，由传动机组、动力机组和多工作机组等组成。而它的工作系统包括钻井悬挂、泥浆循环、动力装置传动、旋转钻井、控制、底座和其他辅助设备。由于电力驱动钻机具有良好的性能，所以是大型钻机设备发展的方向。石油井的生产场地分为动力区、泥浆泵区、钻台区、固控区等，这些区域设备的工作都要依赖电气系统带动。
石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统
石油钻井工程中钻机的智能电气液控制系统
摘要：智能的电气液控制系统具有适应性、可靠性和安全性、先进行的特点，反应的速度身十分快捷，有着安装快捷方便、维护和操作十分容易的特点，能够满足石油钻机在野外作业的需求。本文阐述了智能的电气液控制系统的基础原理和基础结构，并且分析了其在石油钻机上的可靠性应用和先进性应用，同时对适用性做出了分析比较，最终进行推广使用。
关键词：智能的电气液控制系统石油钻井工程钻机
随着钻机市场的不断发展，石油钻机开发和研制的市场有广大的前景，随着HSE管理的规范化和系统化，具有自动化性能高的石油钻机被广泛的使用。传统的石油钻机的控制系统存在着铺设的管线拆卸繁琐、维护安装复杂、危险性大、生产效率低的问题，气动阀件联系着各个逻辑控件，生产的效率很差，已经不能满足现代石油钻机的规范化布局、集中化控制、安全高效和快捷操作的需求。
1、智能的电气液控制系统的设计和结构原理
智能的电气液控制系统在进行设计的过程之中，要保持执行元件、工作介质和动力结构的特征的平稳性，主要对发令结构、控制元件、控制元件的工作方式和传令结构做出了更改。转而将通气开关、换向阀、溢流阀、继气器、调压阀，使用电控旋钮和电控换向阀等装置取代。在控制方式上采用PLC系统，对开关量、模拟量进行控制，同时实现定时、计算、逻辑运算、控制顺序、联锁保护、过程控制、计数、联网和算术运算的功能。智能的电气液控制系统的硬件主要由触摸屏、DDL、PCL和司钻房控制系统组成。智能的电气液控制系统中的CPU 硬件可以完成对数据的处理，对逻辑运算进行控制，实现与触摸屏和DDL的无线通讯功能。其中，触摸屏可以对钻进的参数和钻进的操作参数进行显示，智能控制系统中得控制元件都存在于阀导箱p
石油电驱动钻机供电方式探析
石油电驱动钻机供电方式探析
作者：刘丽娜
来源：《新西部下半月》2008年第11期
【摘要】石油钻机系统是一个复杂的小电网系统，它既有作为动力源的发电系统，又有驱动动力系统，三相交流用电设备、照明设备。由于其野外作业、频繁移动的特点，要根据设备的主要使用地域，合理的设计供电方式和漏电保护器，同时辅助绝缘监视仪，提高系统的安全性和完善保护功能。在现代石油钻机设备中，IT、TN-C、TN-S的复合供电方式已经成为主要供电模式。
【关键词】钻机；供电方式；漏电保护
一、概述
目前石油钻井行业正在逐步与国际接轨，国内外对石油钻井的要求也越来越高，性能先进、安全可靠、运移方便、运行经济、满足HSE要求成为现代钻井设备的基本追求目标，而石油钻机电驱动系统作为石油钻机的动力心脏主要由三部分组成，一为柴油发电机组或高压电网构成的动力控制系统；二为直流调速或交流调速构成的泥桨泵、绞车/转盘、顶驱主设备传动控制系统；三为固控辅助电动机、照明、井场各区域供电等组成的MCC控制系统。它不但支撑着钻机电气方面的可靠运转，同时还要为防止人身间接触电以及配电线路、设备由于各种原因而遭损坏，引起火灾等事故，进行有效、及时的保护。为此目的，本文将对石油钻机电驱动系统的供电方式的选用进行探讨分析。
二、电驱动系统供电方式的选择
石油钻机作为能源开采的设备，其范围涉及海洋、沙漠和陆地，一般所处环境远离城市而且移动频繁、系统运行时谐波大，依靠公共电网供电就必须进行必要的谐波处理，增加相应的处理设备，其性价比很低；所以一般的供电系统采用多台柴油机组和发电机组并联运行作为真正的动力之源。所以石油钻机电驱动系统必然是一个比较复杂、完整的控制系统。
关于钻井电气设备的现场应用
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ２ ２ １钻 井 电气 设备 安装 要求 １ ． １钻 台设备 和机 泵房 设备 底座一 起 放底 座人 字架 一 起 放 钻 机 爬 坡 电缆槽 架 一 绞 车前 、 后梁一 转 盘梁 一 绞 车一 转盘 一 钻 台铺板 一 井 口机 械 化工 具一 司钻偏 房一 起 放井 架人 字梁 一 井架 一 天 车一 钻 井泵 一 循环 罐一 高 压管汇 一 柴 油 发 电机 组 一 Ｓ Ｃ Ｒ （ ＭＣ Ｃ ） 房一 油罐一 爬犁一 材料房一 值班房一 野 营房 。 钻机 安装 及 操作 人员 应先 仔 细阅读 使用说明书 ， 明确 要 求 和 规 定 ， 熟 悉 钻 机 总体 、 配 套 及各 部 件结 构 特性 、 质量 、 尺寸 等， 做好 前期 的各 项 准备 Ｔ作 。 底座 一 钻机 爬坡 电 缆槽 架～ 绞 苇转 盘一 井架一 天车 一 游 车一 大钩一 穿大绳一 起 升 井 架一 柴 油发 电机 组 一 Ｓ Ｃ Ｒ（ Ｍｃ ｃ ）房一 钻 井 泵一 起 升底 座 一 坡道 ～ 猫 头一 滑道一 提 升 机一 固控循 环 系统 一 油罐一 爬 犁一 材料房一 值 班 房一 野营房一 其 它 。绞 车 ： 按 钻 机 电气 传 动 的要 求 连接 绞车 各部 位 电缆 。 特 别说 明 的 是： 在绞 车的 司钻 房 内有 一个 电机 惯性 刹 车 控 制 电 磁 阀 和 一个 转 盘惯 性 刹 车控 制 电磁 阀 ， 应 同相应 的 Ｓ Ｃ Ｒ控制 电缆 连接 。 １ 。 ２ 电控 制 系统 和动 力 系统 钻 机 传 动 系统 的基 本 功用 是 将 动 力 机 发 出 的动力 分 别传 送 给 各工 作 机 ， 即 绞 车、 转 盘、 钻井泵等 ， 主要 解 决 增 矩 减 速 、 变矩变速 、 并车 、 正 倒 车 以及 传 动 脱 离 或 挂合 问题 。由动力机到工作 机的传 动系 统， 有的很简单 ， 有的则比较复杂。 不可调 速的动力机不能满足绞车或转盘的要求 ， 传 动系统就是 要解决 变速变矩 的问题 。 Ｓ Ｃ Ｒ房 摆 放平 整 ， 动力线 、 控 制线 走 向 合 理， 各 种 仪 表 齐 全灵 敏 可 靠 ， 各 种 元 件 齐 全、 无松动和损坏 ， 控 制 柜 检 修 维 护 挂 牌 标 识 。 司钻控 制 房应 该 按 标 准摆 放 ， 四周 固定牢 固 ， 不摇 摆晃 动 。 发 电 机组 按 标 准安 装 、固定 牢靠 ， 护 罩及零部件齐全 ， 各种仪表齐全 、 灵 敏 可 靠， 停 机 维 护保 养 检查 挂 牌 标 识 ， 油 气 路 管 线 无 渗 漏 。柴 油 发 电机 组 所 加 的 润 滑
石油钻机电气控制系统研究
电气控制 系统是 电动机钻机 的重要组 成部分。该系统 主要包 括柴油发电机组控制系统 、 电气传动控制 系统 、 司钻 控制台等三个部分 。 ２ ． １ 柴油发电机组控制系统 动力系统由柴油机或柴油发 电机 、 电动机组成 ， 其 主要 作用是 为绞车 、 转 盘、 钻井泵提供 动力 。 动力系统 典型 的配 置是 由多套柴油 发 电机组组成 ， 其 中每套 柴油发电机组又 由柴油机 、发 电机及其控制单元 组 成。其控制单元包括两部分 ： 柴油机 的转速控制和电机的输 出电压控制。通过控制柴油机 的燃油 供应量来保证发 电机 供电频率 的稳 定及并 网发 电机 之间有 功功率 的均衡分 配 ； 通过控制发电机的励磁 电流来保证 发电机 电压 的稳定及 并 网发电机之 间无功功率 的均衡分配。通常情况下 ， 柴油机调
速 和发 电机 调压 均采 用闭环控制 ，这样 可以使其主要性 能 指标满 足系统的控制要求 ，还可 以保证井 场 电力供应 的可 靠稳定 。 ２ ． ２电气传动控制系统 电气传 动控 制系统是 以电动机 的转矩 、转速及位置 为 控 制对象 ， 按生产机械工艺要求 进行 电动机转 速控 制 、 位 置 控 制。其分为直流传动控制系统 和交流传动控制系统。 ２ ． ２ ． １ 直流传动控制系统 （ １ ） 直流调速 系统 直 流电机具 有 良好的起 、 制动性能 ， 通过控制 电机 的电 流可以十分方便 的控制 电机 的转矩 ，增加速度传感器 以后 可以满足高精度 、 高动态性 能 、 宽调速 范围等高性能调速 的 要求。直流调速系统分为模拟调速 系统和全数字直 流调 速 系统。 模 拟直流调速系统 由电阻 、 电容 、 二极 管 、 三极 管 、 运算 放大器等分离元器件组成 ，这些元件 组成不 同的控制单 元 （ 如速度调节 、电流调 节等 ） ，再将各 控制单元进行合理 匹 配， 组成符合不同要求 的调速系统 。 全数 字 直流 调速 系统采 用 高性 能 的微 处 理器 实现 操 作、 监控 、 保护及电动机 的调速 和制动功能 。该 系统具 备完 善的本机 自动诊断功能和保护功 能 ，可 以显示运行参数 和 故障代码 ， 同时可 以方便 的调整各个环节 的控制参数 ， 方便 操作和维护 。 （ ２ ） 直流 电驱动钻 机驱动系统 直流电驱动钻机驱动采用 Ａ Ｃ — Ｓ Ｃ Ｒ — Ｄ Ｃ电驱动方式 ， 由 几 台发动 机组并联后 统一 向电压等级为 ６ ０ ０ Ｖ的交流母 线 供 电， 几个 可控硅 整流柜分别控制泥浆泵 电机 、 绞车电机和 转盘 电机 。绞车辅助刹车采用 电磁 涡流刹车 ， 设置断点 、 断 水保护及高温报警保护 。Ｓ Ｃ Ｒ驱动系统采用一 对一方式驱 动。 保证 了绞车和泥浆泵满 负荷工况 的功率需求 。 转盘 的扭 矩限制可以从 ０ —１ ０ ０ ％ 范围 内任意调节。采用 Ｓ Ｃ Ｒ驱动系 统实现 了对绞车 、 转盘和泥浆泵 的无 极调速 ， 获得 良好 的钻 井特性 ， 系统 的传动效率增高。 ２ ． ２ ． ２交流传动控制系统 、 （ １ ） 交流变频调速系统 交流变频调速 系统 的控制柜可 以是单 柜方式 ，也可 以 是多传动系统和共用直流母线方式 。 利用变频技术的特性 ， 实现 了以下功 能 ： １ 、使 绞车系统在零转 速时实现最大转矩 输出， 保证钻机提升 系统 的悬持功能 ； ２ 、 由变频调速 系统按 照设 定恒力扭 矩反拖滚 筒 ， 速度 自动 跟随 ， 自动送 钻 目的 ； ３ 、 利用钻具下 放使绞车 电机工作 在发 电状态 ， 形成 制动 力 矩， 实现钻具平稳下放 。 （ ２ ） 矢量 控制 系统 矢量控制使交 流电动机实现转矩 、磁场独立控制 的内 在本质 。矢量控制的基本点是控制转子磁链 ， 以转子磁通定 向， 然后分解定 子电流 ， 使之成 为转矩 和磁场 两个分 量 ， 经
ZJDB钻机井场电气系统技术协议
3.3独立运输单元之间采用密封式防爆安全插接件进行联接。
3.4系统布局合理、规范、安全、可靠，便于搬迁、吊装、运输、拆接快速。
3.5井场防爆区域内的电器设备按防爆规定选用，线路按防爆要求敷设，规范、整齐。
ZJ40LDB钻机井场电气系统技术协议
为保证ZJ40LDB的整机性能，明确井电系统供货范围，渤海钻探工程有限公司（以下简称需方）与南阳二机石油装备（集团）有限公司（以下简称供方）就ZJ40LDB井电系统的技术要求、配套范围、质量控制与责任、监造、技术文件、技术服务、验收方式等问题进行了充分协商，达成如下协议：
6.3照明系统
6.3.1钻台下适当位置安装4盏400W防爆投光灯供钻台底部以及防喷器照明，在钻台的前坡道处安装2盏400W防爆投光灯供钻井前场照明，搬家时不拆卸，固定牢固可靠，检修方便。
6.3.2在钻台的右偏房上安装4盏400W防爆投光灯供井场照明/逃生滑道和梯子。
6.3.4天车顶部设1盏红色防爆闪烁障碍灯用于示高和警示。
1.6接地极接地电阻≤4Ω。
2设计制造依据标准
1.1 API RP 500B《石油设施电力装置场所分类推荐作法》。
1.2 GB 3836.1—2000《爆炸性气体环境用电气设备》第一部分:通用要求eqv IEC 60079—0:1998
国际油气50L钻机 MCC柜说明书
ZJ50/3150L钻机 MCC柜使用说明书
二O一O年四月
国际油气50L钻机MCC柜
国际油气50L钻机 MCC（XHZB）柜是专门为石油钻机等野外作业市电不能直接供电的场所专门设计的配电设备。该设备主要用于柴油发电机组供电电源的接入，根据井场设备的用电功率和分布情况合理布置空气断路器、接触器、软启动器、防爆插接件等电器设备，柜门上设有发电机工作指示和三相电压表、电流表、频率表显示电源主要参数。进线柜后部设有进线孔，用于发电机电源进线的连接；出线柜后部采用防爆接插件接线方式，主要用于固控区、钻台区、其他区域的电缆连接。
一、使用环境
海拔高度不超过2000米；
环境温度不高于40℃，不低于-5℃；
相对湿度不大于95%；
无爆炸危险介质环境；
无雨雪侵害环境；
无振动冲击的地方；
二、用途
MCC（XHZB）柜工作频率交流50赫兹，额定工作电压AC400V，额定电流最大至720A，用于不频繁接通与分断电路。
三、性能参数
四、操作程序
1、发电机主开关操作
国际油气50L钻机MCC（XHZB）柜进线总开关分别选用施耐德NS-1000A 、NSE-630A、NSX-160A产品。
（1）、电动控制
国际油气50L钻机MCC（XHZB）柜进线柜用于400KW发电机电路接通与分断的总开关为电动控制方式，通过进线柜面板上的G1总开关分合闸按钮可实现G1总开关的电动分合闸操作。
（2）、手动控制
国际油气50L钻机MCC（XHZB）柜进线柜用于300KW、50KW发电机电路接通与分断的总开关为手动操作方式，通过在进线柜面板上拨动G2、G3总开关分合闸手柄可实现发电机电路的接通与分断。
石油钻机电控系统标准
石油钻机电控系统标准
一、通用要求
电控系统应符合国家相关标准及行业规范，满足石油钻井工况要求，具备可靠性高、维护性好、抗干扰能力强等特点。
电控系统应具备手动/自动控制模式，并能实现远程控制。
电控系统应具备过载、缺相、短路等保护功能，并能在异常情况下自动切断电源并报警。
电控系统应具备故障诊断与维护功能，能实时监测系统运行状态，发现故障时能快速定位并提示维修人员进行处理。
电控系统应采用模块化设计，方便扩展和维护。
二、电源系统
电源系统应采用稳定可靠的电源，能够提供满足钻机需求的电压和电流。
电源系统应具备过载保护功能，防止设备损坏。
电源系统应具备防雷击、防浪涌等保护功能，确保设备安全。
电源系统应具备滤波功能，减少电源干扰对设备的影响。
电源系统应具备隔离功能，避免设备间相互干扰。
三、电机控制
电控系统应具备电机控制功能，包括启动、停止、正反转等操作。
电控系统应具备电机过载保护功能，防止电机过载损坏。
电控系统应具备电机缺相、短路等保护功能，提高设备安全性。
电控系统应具备电机温度检测功能，防止电机过热损坏。
电控系统应具备电机运行状态监测功能，方便维护人员及时发现故障进行处理。
四、司钻控制台
司钻控制台应具备远程控制功能，方便操作人员在不靠近设备的情况下进行操作。
司钻控制台应具备急停按钮，能在紧急情况下快速切断电源并停止设备运行。
司钻控制台应具备各类仪表和指示灯，能实时显示设备运行状态和故障提示等信息。
司钻控制台应具备防爆功能，符合国家相关防爆标准要求。
司钻控制台应具备防水、防尘等功能，适应野外作业环境。
关于海上石油钻井平台电气仪表安全供电系统分析
关于海上石油钻井平台电气仪表安全供
电系统分析
摘要：随着海上石油钻井项目的不断增多，钻井平台的电气仪表种类越来越多，操作形式和工作环境越来越复杂，电气仪表存在的安全隐患也越来越多，不能合理地进行电气仪表安全管理，将会对海上石油钻井平台工作人员的安全造成不利的影响。本文就海上石油钻井平台的电气仪表安全管理进行了探讨，并就如何加强电气仪表安全供电系统提出了一些建议。
关键词：海上石油钻井；平台；电气仪表；安全供电
引言：随着社会经济的发展，科技的进步，石油化工工业的发展速度也越来越快。但是，由于其有毒、有害、腐蚀性、易燃易爆等特点，使得其在工业生产中的使用受到很大的影响，所以，要按照化学制品的生产过程，采取相应的安全措施是非常必要的。随着电气设备的不断改进，只要一个微小的缺陷，就可能造成重大的安全事故，对整个化工企业造成巨大的经济损失。
1.石油电气仪表安全供电系统的特点
1.1石油电气仪表安全供电负荷的类型
按其功能及类型，可分为：DCS分布式测控系统。SIS的安全监测系统和DCS 分布式测控系统一样，都是双回路供电。石油化工工业中各种精密仪器，如：行程仪、流量计、温度仪、在线分析仪等。石油化工行业使用的集中控制操作站、工程师站以及各类辅助测量和控制设备。
1.2电气仪表系统供电特点
在化工生产中，不同的测控装置所具有的供电特性不同，其主要表现为：DCS是整个过程控制的关键，DCS的稳定性对整个装置的运行起着至关重要的作用。在生产中，由于系统的电源问题，导致装置发生工艺控制故障或故障停机的
现象，所以在开发过程中，没有采用单回路的不可靠供电方式，而是全部采用双回路，并添加UPS电源，以保证系统在断电时的稳定性和安全性。SIS的安全设备：SIS是设备的重要保证，同时也是双回路，对电力需求的控制要比DCS严格得多，为了保证系统的稳定性，必须通过SIL认证。为了保证现场仪表的实时监测，防止误操作，通常采用双路并联供电，以改善现场仪表的工作稳定性。PLC 控制系统、220VAC电控阀、以及其它需交流电源的电气仪表，都可以直接采用UPS不间断供电，确保仪表的安全、稳定。
石油钻采装备电气产品常用防爆型式应用分析
石油钻采装备 电气产品常用 防爆 型式应用分析
《 电气防爆》 ２１ ， ０２ｌ
（） ３正压型电动机使用时 ， 要求用户要有风机 （ ： 如 离心式风机、 压缩机等） 输送保护气体至电机 内部 。要求风 机 的电源应 由独 立 电源 供 电。 由于正压型附属设备较多， 所以成本较高 ， 但 其 可靠 性也 高 。对 于大 型 防爆 电动 机 来讲 ， 一 是 种 最安全可靠 的 防爆 型式 。 １３ 防爆 自动控 制 系统 。 随着 自控 系统在 石油钻 采装 备上 越来越 多 的 应用 ， 其控制方式也经历 了从集散控制 （ Ｃ ） Ｄ Ｓ 到 现 场总线 、 以太 网 的发 展 历 程 。人们 一 直 很关 注 在 自动控制系统上防爆型式的应用 ， 也经历了多 种 试验和应用 ， 常见是 正压 、 最 隔爆 和本安 三种 防 爆 型式 。其 中本 安 防爆 技 术 具有 很 多 优 点 ， 如本 质 安全 、 结构 简单 、 当时 可带 电检修 等 ， 过程 适 在 自控系统 中是第一 选择 。 本质安 全型 电气设 备从 限制 电路 中的能量 人 手， 通过可靠地控制电路参数设计 ， 将潜在的电火 花能量降低到可点燃规定 的气体混合物能 量以 下， 导线及 元件 、 体表 面 的发热温 度也 限制在规 壳 定 的气体 混合物 的点燃 温度 之下 。本质 安全 防爆 型式的设备 内部 ， 所有 电路都是 由在标准规定条 件（ 包括正 常工作 和规 定 的故 障条 件 ） ， 生 的 下 产 任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸 性气体环境 的本 质安 全 电路 。本安 防爆 型式 因对 能量有严 格 的限制 ， 因此 只能应用 于弱 电设备 中 ， 其中“ 设备适用于 ０ １２ 而“ ” 、、 区， ｉ 设备适用于 ｂ １２ 、 区。本质安全防爆型式在石油钻采装备的 自 控系统 上有 以下应用 方案 ： １３ １ 点对点 接线方 案 ．． 即传统 Ｄ Ｓ Ｌ ＋ Ｃ ／ Ｃ 安全栅方案 ， Ｐ 见图 １ 。这类 本安防爆接 口以隔离式 和齐纳式安全栅为代表。 应用 特点是本 安 防爆 变送 器 以点对点 的接线 方式 通过电缆接至安全区控制柜内的安全栅 ， 安全栅 再以点对点的接线方式接至控制系统 （ Ｃ／ Ｌ ） Ｄ ＳＰ Ｃ
钻机介绍
电气传动特点
DBS数控变频 电 动 钻 机 机电复合驱 动 钻 机 拖 挂 钻 机 机 械 钻 机
全数字变频控制，实现 四象限运行 变频系统采用共用直流 母线方式
一对一方式控制
能耗制动 恒钻压自动送钻
全数字化操作控制系统
零转速输出最大转矩 预置满足使用交流顶驱的电控接口 总线通讯，远程传输接口
远程I/O 触摸屏
使石油钻机的技术性能进一
步提高。
为适应水平井、多分支井、大 位移井钻井工艺技术的需要，还发 展了随钻测量、地质导向、旋转导 向等系统及大功率串联井下马达、 智能稳定器等先进井下工具。
目前，现代石油钻机正朝着自 动化、数字化、智能化、信息化、 大型化方向；朝着高适应性、高可 靠性、高 效率、高
效益方向
C1
主柴油发电机组
C2
主柴油发电机组
C3
主柴油发电机组
C4
主柴油发电机组
辅助柴油发电机组
C5
PLC
电控元件
司钻控制台
PLC G1 ~
动力及固控系统
FK1
G2 ~
工控机
FK2
G3 ~
FK3
G4 ~
FK4
FK5
G5 ~
打印机
整流器
制 动 单 元 制 动 电 阻
MCC
REC1 REC2 INV3 INV4 INV5 UF6
石油钻机采油设备组成结构系统介绍
深井钻机：4000-5000米井深；超深井钻机：6000米以上井深。
三．按照地域环境分类：
陆地钻机海洋平台钻机低温钻机丛林直升机吊装钻机沙漠钻机
沼泽钻机极地钻机海洋人工岛钻机
四．按移运方式分类：
块装钻机车装钻机拖挂钻机
五．按驱动传动型式分类
在一个钻头周期内，大钩载荷变化分为三个阶段（下钻-钻进-起钻）。
全井周期：
指从开始钻井到完钻的全过程。
大钩载荷与井深成正比。
转盘载荷：
指钻井过程中转盘驱动钻具旋转是承受的扭转振动载荷；
另外，在起下钻过程中，转盘悬挂钻具重量或套管重量承受的静载荷。
特性：不稳定，随井深增加而增大。
钻井泵载荷：
钻井过程中钻井泵的泵压随井深增加而加大；
10．钻台工具和井口机械自动化设备
作用：用于在钻台上起下钻具，排放钻具的专用工具。
组成：三吊一卡（吊环，吊卡，吊钳，卡瓦）
液气大钳（钻杆钳，套管钳）
自动卡瓦，自动吊卡
铁钻工，钻杆排放装置
二层台液压排放装置
钻机类型
一.按钻井方法分类：1.冲击钻机（顿钻钻机）2.地面驱动旋转钻机3.井下驱动钻机
二.按钻井深度分类：决定钻机能力的参数—钻井深度，大沟负荷
在泵压和排量一定时，由于泵的往复运动，曲柄轴的扭矩呈周期性变化。
石油钻机各部件图解及中英文名称对照
Illustrated Glossary词汇说明表
Drilling Rig Components钻机组成
Click on the name below or a number on the graphic to see a definition and a more detailed photo of the object.
点击横线上的名字或者图表中的数字可查看该对象的定义和更详细的图片。
1.Crown 顶点，王冠Block块，组织and Water Table（天车）
2.
3.Drilling Line（钻井大绳）
4.Monkeyboard（二层台）
5.Traveling Block（游车）
6.Top Drive（顶驱）
7.Mast（井架）
8.Drill Pipe（钻杆）
9.Doghouse（司钻偏房）
10.Blowout爆裂，喷出Preventer（防喷器）
11.Water Tank坦克；水槽；池塘（水箱）
12.Electric Cable 电缆Tray托盘（电缆托盘）
13.Engine Generator发电机Sets（发电机组）
14.Fuel 燃料Tank（储油罐）
15.Electrical Control House（电气控制房）
16.Mud Pumps（泥浆泵）
17.Bulk容量Mud Component Tanks（泥浆桶箱）
18.Mud Tanks (Pits)（泥浆罐）
19.Reserve 储备Pit（泥浆池）
20.Mud-Gas Separator（液气分离器）
21.Shale页岩Shakers（振动筛）
石油钻机电气介绍
直流电动机的调速控制
前面已经谈到，直流电动机调速方法有三种。 1）电枢电路中串电阻 该方法一般用于中小功率场合。 若串入有级电阻，则可以实现有级调速； 若串入可变电阻，则可以实现无级调速。 注：该方法通常与启动控制电路同时考虑。
15
2）改变电枢电路的输入电压 该方法需要可调直流电源。
获得可调直流电源的方法有两种： 一是靠直流发电机； 二是利用晶闸管将交流电转化为可调直流电：通过触发电路控制
形成可燃性粉尘与空气混合物和／或可能形成无法控制和极厚的粉 尘与空气混合物和／或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及 容器内部。 21区：在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空 气混合物但未划入20区的场所。 该区域包括，与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘层和正 常情况下可能操作情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气 混合物的场所。 22区在异常条件下．可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可 燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在层并且产生可燃性粉尘空气混合 物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应划分 为21区。 注：0区一般只存在于密闭的容器，贮罐等内部气体空间，在实际设计 过程中1区也很少存在，大多数情况属于2区。
29
电器设备防护与防暴
•
IP防护等级的意义
• 第一位表示防尘指标
• 0．表示没有防护
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
19
A、同步交流电动机——电动机转子转速与定子旋转磁场的 旋转速度完全相同，即：
n 60 f p
（转/分）
f — 交流电源的频率； p — 定子绕组的磁极对数；
注：i、转子是直流电磁铁，转子的磁极对数必须与定子相同，工 作时，从外部向转子线圈输入直流励磁电流；
ii、自身的启动力矩为0，必须采用异步启动或其他方法启动； iii、不属于感应式电动机。
26
3、AC—SCR—DC 电驱动钻机的特点
（1）直流电动机，具有人为的柔特性，调速范围宽，可 实现无级调速，绞车、钻盘只需设少量的机械档；
（2）简化了传动系统，传动效率大大提高，总传动效率 可提高10%以上；
（3）采用电子调速，可使柴油机稳定在最佳运转工况， 寿命延长（大修周期延长80%），燃油消耗降低（降低18〜 20%）；
4
3、动力区的电器设备包括：发电房、电控 房等。
5
4、钻台区的电器设备包括：司钻控制房、 钻台动力箱、液压站、盘刹动力箱等。
6
4、钻台区的电器设备包括：司钻控制房、钻 台动力箱、液压站、盘刹动力箱等。
7
5、机泵房的电器设备包括：机房动力箱、 压风机、电磁刹车、变频调速电机等。
8
6、油水罐区的电器设备包括：油水罐控制 箱、打油（水）泵等。
石油钻机电气介绍
• 1 井场供电方式 • 2 供电制式
1
世界各国岸电、船舶及平台电压频率情况
2
石油井场电器设备
一、按区域划分 1、石油井场一般分为固控区、动力区、机泵房、
钻台区、油水罐区、生活区等六个区域
2、固控区的电器设备包括：泥浆搅拌器、 离心机、除砂（泥）器、灌注泵、加重泵、 真空除气器、振动筛、电机控制柜、电源 转接箱等。
9
7、生活区包括：一般的生活用电。
10
二 按系统划分 1. 视频系统、电话系统、硫化氢检查系 统、MCC系统（电机控制中心）、液位检查系 统、SCR系统或者VFD系统
11
第二章 电动钻机
一、直流电驱动钻机 二、交流电驱动 钻机
12
一、直流电驱动
13
一、直流电驱动工作原理：
利用 “通电导体在磁场中受到电磁力的作用” 这一原理工作。 磁场：大中型直流电动机采用电磁场——给主磁极绕组(定子绕 组)通以直流电，从而产生稳定的磁场。 通电导体：电枢绕组经过换向器导入直流电流。 电磁力矩：通电导体分布在圆形转子周围，相对于转动轴心有一 半径，通电导体受到的电磁力，产生相对于转轴的力矩。 力矩方向恒定：由于换向器的存在，使得电枢绕组旋转到某位置 时，导体内的电流方向恒定，从而电磁力方向恒定，电磁力矩方向 也就恒定了。
14
直流电动机的调速控制
前面已经谈到，直流电动机调速方法有三种。 1）电枢电路中串电阻 该方法一般用于中小功率场合。 若串入有级电阻，则可以实现有级调速； 若串入可变电阻，则可以实现无级调速。 注：该方法通常与启动控制电路同时考虑。
15
2）改变电枢电路的输入电压 该方法需要可调直流电源。
获得可调直流电源的方法有两种： 一是靠直流发电机； 二是利用晶闸管将交流电转化为可调直流电：通过触发电路控制
20
B、异步交流电动机——属于感应式电动机，转子转速低于 旋转磁场转速（同步转速）。
异步交流电动机又有两大类： 饶线式——转子内嵌有线圈绕组，通过滑环和电刷与外
界相通，可以在外部给转子绕组串入电阻，实现各种调节。 鼠笼式——转子为铜制的或铸铝的金属短路环。
注：i、属于感应式电动机，有滑差率是其工作的基本条件； ii、对于饶线式，正常工作时，转子线圈被短接，电刷被抬起； iii、对于鼠笼式，转子是固定的短路环，不能像饶线式那样实现 各种调节。
目前最广泛使用的直流电驱动的钻机是AC—SCR—DC电动钻机。
1、动力分配 由柴油机带动交流发电机发交流电，通过电网实现动力
并车，集中供电。再经可控硅整流装置将交流电变为 直流电，驱动直流电动机，从而带动工作机工作。 典型的动力分配图如下。
24
25
2、动力传递 由于采用了电力并车，省去了机械并车装置，使得传动 系统大为简化。 在AC—SCR—DC电动钻机中，驱动工作机的动力传递 方式主要有两大类： 1）分组驱动——绞车和转盘共用一组直流电机；每台泵 单独用一组直流电机。 2）单独驱动——绞车、转盘、泵各自分别用一组直流电 机。
21
3、交流电动机的变频调速特性
通过可控硅变频器，可以改变交流电的频率。 基本原理： 在可控硅变频器的内部，经历两次电流性质的改变： 首先用晶闸管整流电路将交流电转变为可调电压的直流 电，再用逆变器将可调直流电转变为可调频率的交流电。
（变频电驱动钻机的电力驱动原理见下图）
22
5、交流电动机的调速控制
交流电动机的调速方法： （1）变频调速——改变交流电的频率，实现转速的连续调节。
（2）对于饶线转子电机，在转子电路中串多级电阻，实现有级调 速。
（3）变极调速——通常采用改变定子绕组的接法来改变电机的极 数。极数增多，转速越低。（此法只适用于特制的多速电动机）
23
典型钻机电力驱动与传动
一、直流电驱动钻机
（4）用直流电动机驱动，启动能力强； （5）一次性投资成本高于机械钻机； （6）直流电动机价格高、寿命相对较短、维护较困难。
27
二、变频交流电驱动钻机
随着变频技术的成熟以及大功率变频器的广泛应用，变 频交流电驱动钻机逐步得到推广应用。
1、动力分配
三台G12V190PZLG-3 柴油机机（810kW/1300r/min ） 械并车带动主发电机（1000kw /400V）发交流电，两台辅 助柴油机分别带400kW和100kw的辅助发电机组发交流电。
17
二、交流电驱动
18
二、交流电驱动 1、交流电动机的类型、结构及工作原理
在大功率变频技术未出现以前，在钻机上，交流电动机主要用来驱 动辅助设备。
现在，数字变频钻机已经出现了，使得钻机发展到了一个新的时代， 大功率交流电动机作为主动力机用于驱动三大工作机。
1）类型
A、同步交流电动机 B、异步交流电动机
晶闸管的导通角，从而改变直流电压。（在变流技术一课中讲）。 目前大都采用后者。石油钻机就是这样。
16
3）降低主磁通调速 （a）对于并励和他励直流电动机，通常在励磁电路中串入电阻； （b）对于串励直流电动机，通常在励磁线圈旁并电阻。
若要得到无级调速特性，则采用可调电阻； 若要得到有级调速特性，则ห้องสมุดไป่ตู้用有级电阻。