电动钻机培训课件

第九章 第9节 电动钻机
石油钻井工培训教材
第九章 第9节 电动钻机
3、同步装置连接线路 在发电机的同步控制线路中，S0l为同步选择开关，同步盒(SYNC BOX)中M1 为频率表，M2为同步表，M3为电压表，L1和L2为同步灯。同步盒通过4条线与 外电路连接：其中三条线与同步开关S01相连，一条线接地。 同步开关选择待上线发电机的输出，例如，S01选在GENl时，同步盒便检测 GENl的电压和频率，分别在电压表和频率表上显示，并同母线频率相比较，用同 步表和同步灯显示同步状态。 当交流母线上已有发电机在线运行，若另一发电机要上线时，在闭合发电机 断路器前，使用同步装置将发电机的电压频率与交流母线上的电压频率相匹配。 当面板上的同步开关置于“关断”(0FF)位置时，同步装置上的频率表显示公共母 线频率：当同步开关置于待并发电机序号的位置上时，频率表则指示待并发电机 的频率。当两电压相同时，面板上的同步表和同步灯比较待并发电机和母线的频 率或相位，待上线发电机和母线信号同时送入同步盒，若频率和相位不相同，同 步表指针旋转，同步灯忽暗忽明；若两信号同步以后，同步盒上的同步表指针指 向12点位置，同步灯熄灭。与此同时，待上线发电机的电压送到同步按钮灯LPBl 上，该灯发光。在此瞬时果断按下同步按钮灯(Push to close)，断路器合闸线圈 通电，断路器合闸，将发电机并入母线。
0.8
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发电控制系统
通常电驱动钻机，都有一个自己独立的专用电网。由3～5台柴油发电机组并 网发电，为钻机提供3相600V（或690V）、50HZ或（60HZ）的交流电源。通称 发电系统。 交流控制系统的功能是控制柴油发电机机组，使其输出稳定的600V 50Hz交流 电源。 每套交流控制系统包括发电机断路器、交流控制组件、同步装置、功率限制 电路和接地检测电路等。交流控制组件安装在一个柜中，称GEN柜。 1、发电机断路器 发电机断路器的作用是隔离发电机母线与电网母线。断路器上装有过电流时自 动分断的磁脱扣装置。还装有一个欠电压(UV)脱扣线圈。它同交流组件中的保护 电路相联锁，当电路发生欠频、超频、过压和逆功率等故障状态时，保护电路使 欠压脱扣线圈自动脱扣，断路器跳闸，保护发电机组。操作断路器以前，注意保 护额定值、长延时设定值、瞬时值与发电机额定值之间的关系必须正确设定。 当断路器断开时，储能指示器显示“断开”· (0FF)。要闭合断路器，首先转动 手柄数次，储能指示器显示“储能”(Charged)，再按下柜体面板上的接通按钮 (Push to close)，断路器便接通。要断开断路器，只要按一下“分断”(Push off) 按钮即可
石油钻井工培训教材 •动力机 组
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主柴油发电机组型号及台数 CAT 3512DITA 5台 柴油机功率 1024Kw(1381Hp) 柴油机转速 1500r/min 发电机型号及容量 SR4B 1500KVA 发电机电压 频率 600V 50Hz 功率因数 0.7 辅助发电机组台数及功率 1×300kw 辅助发电机电压 频率 400V/230V 50Hz 功率因数
限制值的设定
由4个开关状态确定设定值大小：4个开关全部 闭合时，设定值为机组额定值信号的80％；4个 开关全部断丌时，则为110％。改变开关状态， 最小可得到2％的设定改变量(80％、82％、84 ％……108％、110％)。
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负荷增加速率的限制
第九章 第9节 电动钻机
限制值设定以后，只要尚未达到设定值，司钻可以任意增加直 流电动机的手轮给定和功率。由于机组不能瞬时达到满功率，必 须经过几秒钟才能达到，但负荷功率往往是快速变化的，因此， 将功率限制电路设计成有一定速率的功率增加线路。这样使得柴 油机有足够的时间去响应增加的负荷。
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SCR可控硅整流系统 直流传动系统的功能就是控制SCR元件， 将恒压、恒频交流电源整流成连续可调的直流 电源。整流装置为三相全控整流桥，整流桥通 过断路器与交流电网隔离。整流桥的输出经指 配接触器对直流电动机供电，实现对钻机绞车、 泥浆泵、转盘速度控制，实现无级调速，满足 传动要求。
电 机 模 块
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柴油发电机组
系统概述 系统动力采用五台性能可靠，技术成熟的CAT3512DITA/SR4B 600V、1500kVA 50Hz柴油发电机组，由 ROSS HILL1400型控制系 统并网运行，采用适应国内外钻井行业的广泛要求和执行的600V电 压标准，具有较强的市场竟争力。
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系统一（ZJ70D系统框图)
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BM-ZJ70DB电气传动系统框图，包括下列子系统：
（1）发电机组控制子系统； （2）交流变频调速子系统； （3）PLC现场总线网络； （4）电机控制中心（MCC）； （5）司钻及过程操作子系统；
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５、励磁机磁场电源电路：这是一个半控整流桥，为发电机励磁机供给可 调的直流电源，以保证发电机输出所需要的电压和无功功率，整流可控 硅的触发脉冲有交流组件中的电压调节器输出。 ６、禁动电路：禁动电路是一个包括正负12V的蓄电池组及其充电的单相 桥式整流电路。蓄电池给柴油机启动电路和交流组件中的脉冲读出电路 供电
功率限制
若在增加手轮给定过程中不能增加泥浆泵的冲程和转盘的转速， 则表明钻机已达到功率限制值，也就是说，进一步增加手轮给定 不会使柴油发电机组提供更大的功率。如果目前钻井作业良好， 就无须增加机组上线。实际上保持机组运行在接近机组最大功率 是最好的运行状态，对保养机组和节省燃料都有好处。功率限制 指示灯亮着对任何设备都不会产生不良影响。 如果此时钻井作业需要更大的功率，那就必须增加上线机组。
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模拟控制直流控制组件(DC MOD)
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直流控制组件是控制直流电动机转速和转矩 的核心部件。既可以控制串励电动机，也可 以控制并励电动机。它能输出强触发脉冲， 确保SCR快速导通，能使同轴驱动同一负荷 的两台电动机负荷均衡分配。每个钻井功能 都有独立的电流限制，转盘电流限制可平滑 调节。电流给定具有渐增特性，可使电动机 转矩平稳增加。所有钻井功能的速度调节器 均与指配接触器相联锁，转盘过电流的封门 阈值设置为最大电流限制值的150%。设有零 位联锁保护装置，以防指配时电动机突然高 速转动。可手动调节组件的电位器，以试验 SCR桥的输出电压。 各柜中的组件均能互相置换。全部器材 已经过老化试验。稳定可靠，故障很少
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2、交流控制组件 交流组件包括检测电路、速度调 节器、电压调节器和保护电路等环 节。交流组件接受从控制面板上来 的速度调节信号和电压调节信号， 从发电机母线来的电压反馈信号和 电流反馈信号，从其他 发电机组 来的主从逻辑信号。交流组件向断 路器输出各种故障信号。向发电机 磁场电源电路输出电压调节信号， 向柴油机调速装置输出速度调节信 号，向功率限制电路输出总电流和 有功电流信号。交流组件是发电机 控制的核心组件
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钻井工程公司
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员工素质提升培训
职工培训中心 王福旺
二O一五年七月
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４、功率限制盒
功率限制盒的作用
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①当发电机的有功功率KW或总电流ITOTAL达到 设定值时，对直流电动机负载进行限制，以防柴 油机关机或发电机断路器脱扣； ②当负载突然增加时，使柴油发电机组的负载逐 渐增加，保护机组。 ③机组欠频或逆功时，对直流电动机负载进行限 制。
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皮带轮防滑电路 当两台串励电动机由同一台SCR并联驱动 时，由于皮带轮故障可能使其中1台或2台电 动机失去负载而超速，泥浆泵驱动属于这种 情况。皮带轮防滑电路的作用就是检测串励 电动机的转速，当转速超过速度限制值时， 断开指配接触器，切断2台电动机电源，同时 控制而板上的皮带轮滑动指示灯亮。 右图是典型的泥浆泵供电线路，两台电动机 MPA和MPB并联运行，由SCR1可SCR2单元 供电。每台电动机的电流由霍尔效应元件 HEDl和HED2测量，霍尔效应元件HED是— 个半导体器件，用来测量直流电流。HED安 装在软磁铁心的气隙中—根被测电流粗导体 (即电动机主电路)通过铁心，在铁心叶产生磁 通，HED还有两个线圈，—个线圈中通入 160mA的控制电流(IH+和IH-)。另一个线圈 的两端输出电压VH，VH的大小与磁感应强 度B成正比，即与被测电流成正比,因此VH的 大小反映电动机电流的数值。
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司钻台PLC（远程子站ＳＬＡＶＥ） 触摸屏MP370
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电控房PLC（主站ＭＡＳＴＥＲ） 电控房监视工控机
现场总线
通讯接口板ＣＢＰ２
整 流 单 元
ຫໍສະໝຸດ Baidu
整 流 单 元
AD
RT
DW
MP3
MP2
电 机 模 块
MP1
电 机 模 块
电 机 模 块
电 机 模 块
电 机 模 块
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CAT柴油发电机组 600V AC
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辅助柴油发电机
600/400V变压器
600V交流母线
整 流 单 元
整 流 单 元 RT DW MP3 MP2 MP1 电 机 模 块 电 机 模 块 电 机 模 块 电 机 模 块 电 机 模 块
MCC电机控制中心 AD 电 机 模 块
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司钻控制台是对钻机各驱动功能 的主要控制和监视装置，其上装有 工况指配开关、选择开关、速度给 定手轮，转盘电流限制旋钮、仪表、 按钮、指示灯、触摸屏和显示屏等 装置。箱体用不锈钢制成，密封， 并配有正压防爆系统。司钻控制台 与PLC柜之间采用双绞屏蔽电缆通 讯，与电控房之间用电缆连接。当 PLC系统出现故障时，仍可用电缆 旁通控制，不影响正常钻井。
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直流驱动柜(SCR柜) 每套直流传动系统包括晶闸管整流桥、浪涌抑制电路、接 触器控制电路、直流控制组件(或称驱动器)、皮带轮防滑保 护和冷却风机等装置。上述装置均安装在一个驱动柜(SCR 柜)中，柜子装在电控房内。根据钻机需要可以在配备三柜、 四柜或五柜。在结构上着重考虑到了操作简便、可靠性高、 性能优越和维修简便。 SCR柜输出可调电压0-750VDC，输出电流可达 2000ADC，柜子的上端—装有1600AF的断路器，具有欠压 脱扣线圈和辅助触点。面板上安装电压表(0—1000VDC)， 电流表(0-2000ADC)和通电指示灯等装置。SCR整流桥下用 风机强制冷却，在主熔断器上附有微动开关，微动开关断标 志着主熔断器损坏，可使断路器脱扣跳闸。柜中安装的浪涌 抑制电路，可减弱危害SCR元件的任何尖脉冲。为了安全、 在控制线路中还装有锁定开关。 每个SCR柜都能驱动泥浆泵、转盘和绞车。所驱动的电 动机可为串励，也可以并励。用串励电动机驱动泥浆泵时配 有皮带轮滑动保护装置。
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现代石油钻机属于大功率多工作机械联合作业型的钻采设备。钻机的 主体工作机械有三类主传动设备：提升机械（絞车），实现钻具和井架 底座提升、下放任务；旋转机械（转盘、顶部驱动），实现钻杆转动； 往复运动机械变成液体压力（钻井泵），实现泥桨循环。 电驱动钻机是由电动机进行驱动，依靠电气传动系统来实现动力的传 递和速度的控制。电气传动系统是由数台柴油发电机组并网而组成的专 用电网、电动机调速系统以及钻井过程自动控制系统组成。电驱动钻机 的电气传动系统有两种类型：一类是的直流调速系统，它是通过发电机 组并网发电，再由SCR装置整流控制直流电动机驱动的模式；还有一类 是交流变频调速系统。