一种用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统的制作方法

本实用新型属于石油电动钻机动力系统技术领域，具体涉及一种用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统。

背景技术：

在日常钻井工作中，由于钻井工况功率变化很大，为了满足脉冲式的功率需要(如:起钻工况)，不得不增加一台发电机组在网运行，以满足钻井工况的需求，在钻机运行的大部分时间内，为钻井设备提供动力的柴油发电机组经常处于“大马拉小车”的运行情况，通常只有10–30％的额定功率却产生高指数的燃料消耗、额外排放，造成低效和高成本，这种情况伴随整个钻井周期，增加的机组不仅增加购置成本，并且在空载或轻载时，造成大量燃油浪费；钻机在作业过程中经常出现负载功率突加、突减现象，对动力系统具有较大的冲击性，功率突变引发柴油发电机组燃油燃烧不充分，导致所谓“柴油机冒黑烟”现象，不仅大量浪费燃油,而且造成环境污染，同时导致发电机母线电压和机组频率发生较大波动，对电气设备造成危害；钻井作业过程中存在大量势能，目前没有进行回收利用，而是通过能耗制动变成热量释放，造成能量浪费。

为了解决传统电动钻机由于电网管理技术手段落后而造成的固定资产投入高、燃油利用率低、大气污染严重等问题成为用户迫切的需求；电动钻机实现智能管理，提高能源使用效率的微电网系统已经成为电动钻机动力系统的发展方向；目前存在的技术方案是将储能装置通过增加一台调峰电机实现与机械钻机的结合，达到节能效果，但其无法与600VAC母排或交流电动钻机结合使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，解决了传统电动钻机由于电网管理手段技术落后而造成的固定资产投入高、燃油利用率低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，包括动力系统，动力系统依次连接有第一变流器和负载系统，动力系统和第一变流器通过600VAC母排连接，600VAC母排上还依次连接有第二变流器和飞轮储能装置，还包括与飞轮储能装置连接的微电网管理系统,飞轮储能装置包括柜体，柜体内部底面分别设置有隔离变压器、真空泵和真空容器，真空容器位于隔离变压器和真空泵的中间，空容器内部设置有转轴，转轴从上至下依次套接设置有第一径向磁轴承、电机、第一轴向磁轴承、飞轮、第二轴向磁轴承和第二径向磁轴承，柜体内侧壁还分别固定设置有磁轴承控制器、电机接口、磁轴承直流电源、磁轴承UPS电源和辅助系统控制开关，柜体内部顶面还设置有风扇，第一径向磁轴承、第一轴向磁轴承、第二轴向磁轴承和第二径向磁轴承均分别与磁轴承直流电源连接，第一径向磁轴承、第一轴向磁轴承、第二轴向磁轴承和第二径向磁轴承还分别与磁轴承UPS电源连接，第一径向磁轴承、第一轴向磁轴承、第二轴向磁轴承和第二径向磁轴承还分别与磁轴承控制器连接，辅助系统控制开关与隔离变压器、真空泵、磁轴承控制器、磁轴承直流电源、磁轴承UPS电源、风扇均分别连接，电机接口分别与电机和微电网管理系统连接。

本实用新型的特点还在于：

微电网管理系统包括依次连接的操作显示终端、微电网PLC，所述微电网PLC与电机接口连接。

转轴的两端还分别设置有保护轴承。

第二变流器为双向变流器。

动力系统包括多个柴油发电机组。

负载系统为电动钻机、直流钻机或修井机中的任意一种。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，通过双向变流器完成600VAC母排和飞轮储能装置之间的能量转换，达到稳定电网，减少对柴油发电机组冲击的作用；本系统结构简单，使用方便，不需要对原有电控系统作过多改动，将微电网管理系统和飞轮储能装置结合进行能源综合管理和智能调控，便可达到了电动钻机微电网节能最优控制模式，从而提高燃油利用率，减少了额外排放。

附图说明

图1是本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统原理图；

图2是本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统中飞轮储能装置的结构示意图；

图3是本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统中飞轮储能装置中飞轮电池的结构示意图。

图中，1.动力系统，2. 600VAC母排，3.第一变流器，4.第二变流器，5.飞轮储能装置，6.微电网管理系统，7.负载系统，8.柴油发电机组，9.柜体，10.隔离变压器，11.保护轴承，12.真空泵，13.磁轴承 UPS电源，14.磁轴承控制器，15.电机接口，16.磁轴承直流电源， 17.辅助系统控制开关，18.风扇，19.真空容器，20.转轴，21.第一径向磁州轴承，22.电机，23.第一轴向磁轴承，24.飞轮，25.第二轴向磁轴承，26.第二径向磁轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，如图1所示，包括动力系统1，动力系统1依次连接有第一变流器3和负载系统7，动力系统1和第一变流器3通过600VAC母排2连接，600VAC母排2上还依次连接有第二变流器4和飞轮储能装置5，还包括与飞轮储能装置5 连接的微电网管理系统6；微电网管理系统6包括依次连接的操作显示终端、微电网PLC，微电网PLC与所述飞轮储能装置5连接。如图2所示，飞轮储能装置5包括柜体9，柜体9内部底面分别设置有隔离变压器10、真空泵12和真空容器19，真空容器19位于隔离变压器10和真空泵12的中间，如图3所示，空容器19内部设置有转轴20，转轴20从上至下依次套接设置有第一径向磁轴承21、电机22、第一轴向磁轴承23、飞轮24、第二轴向磁轴承25和第二径向磁轴承26，柜体9内侧壁还分别固定设置有磁轴承控制器14、电机接口15、磁轴承直流电源16、磁轴承UPS电源13和辅助系统控制开关17，柜体9内部顶面还设置有风扇18，第一径向磁轴承21、第一轴向磁轴承23、第二轴向磁轴承25 和第二径向磁轴承26均分别与磁轴承直流电源16连接，第一径向磁轴承21、第一轴向磁轴承23、第二轴向磁轴承25和第二径向磁轴承26 还分别与磁轴承UPS电源13连接，第一径向磁轴承21、第一轴向磁轴承23、第二轴向磁轴承25和第二径向磁轴承26还分别与磁轴承控制器 14连接，辅助系统控制开关17与隔离变压器10、真空泵12、磁轴承控制器14、磁轴承直流电源16、磁轴承UPS电源13、风扇18均分别连接，电机接口15分别与电机22和微电网PLC连接；转轴20的两端还分别设置有保护轴承11。

第二变流器4为双向变流器。

动力系统1包括多个柴油发电机组8。

负载系统7为电动钻机或直流钻机设备中的任意一种。

本实用新型一种用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，适用于SCR600VAC母排电动钻机和VFD变频电动钻机，飞轮储能装置5的电能输入或输出连接在柴油发电机组8与第一变流器3之间的600VAC母排2上，柴油发电机组8输出的电能经过第一变流器3后，驱动钻井设备的600VAC母排电机(DW、RT、MP)或经1250kvA、 600/400VAC变化后供交流电机(MCC)运行；当柴油发电机组8处于轻载状态下，微电网管理系统6检测出飞轮储能装置5正常、钻井工况时处于可充电状态，飞轮储能装置5开始储存充电；当飞轮储能装置控制电路检测到能量储满，保持此状态不变；当负载系统7的功率需求突然增大时，飞轮储能装置控制电路检测出飞轮储能装置5正常、钻井工况处于起钻工况、600VAC母排2电压突然降低、电流突然增大等条件时，飞轮储能装置控制电路向飞轮储能装置5发出放电指令，飞轮储能装置5开始释能，将储存能量输出到600VAC母排2 上，与柴油发电机组8共同供电，以应对负载系统7功率的变化。

本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，其中微电网管理系统6主要具有以下功能：(1)实时显示、监控在网柴油发电机组8的运行参数(功率、电压、电流等)；(2)实时显示、监控 SCR600VAC母排负载(泥浆泵、绞车、转盘)及MCC交流负载运行参数(功率、电压、电流等)；(3)根据在网柴油发电机组8的总功率，飞轮储能装置5的状态及负载侧要求功率，对飞轮储能装置5 的充放电进行动态平衡调节，减少SCR600VAC母排电动钻机和VFD 变频电动钻机脉冲负载对电网的冲击，提高柴油发电机组8的燃油效率；(4)对SCR600VAC母排电动钻机和VFD变频电动钻机能量系统进行统计、记录、分析等智能化管理。

通过上述方式，本实用新型用飞轮储能的电动钻机/修井机微电网系统，通过双向变流器完成600VAC母排2和飞轮储能装置5之间的能量转换，达到稳定电网，减少了对柴油发电机组8冲击的作用；本系统结构简单，使用方便，不需要对原有电控系统作过多改动，飞轮储能装置5储存的电能回馈到电网，可以减少柴油发电机组8的运行台数；从而实现了用电动钻机用微电网管理系统6将柴油发电机组动力系统1、飞轮储能装置5以及电动钻机负载系统7进行能源综合管理和智能调控，达到了电动钻机微电网节能最优控制模式，从而提高燃油利用率，减少了额外排放。