预制舱式智能大功率变频钻机电控系统的制作方法

1.本发明涉及电控系统相关的技术领域，具体来讲涉及的是一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统。


背景技术：

2.交流电动钻机的电控系统选用的变频器，以前多为abb、西门子等国外品牌，价格昂贵，调试周期长，维修周期长。目前也出现了一些结构不同的钻机电控系统。
3.经过检索发现，申请号cn201410003208.9的发明公开了一种能量可回收的交流钻机电控系统，包括动力电部分和控制部分，动力电部分结构是，交流母排通过发电机组并网柜与发电机组连接；交流母排输出端通过变压器及可逆变频器一与自动送钻电机连接；交流母排还通过可逆变频器二与直流母排连接；直流母排分别通过各个驱动器与对应电机连接；直流母排还与蓄能器和断路控制器二分别连接；控制部分的结构是，包括钻机驱动控制机构和能量回收控制机构，钻机驱动控制机构与可逆变频器一、各个驱动器、可逆变频器二分别信号连接；能量回收控制机构一端与发电机组并网柜连接，另一端分别与蓄能器和断路控制器二连接。
4.申请号cn201410003568.9的发明公开了一种带能量平衡的直流钻机电控系统，强电部分是：发电机组通过发电机组并网柜与交流母排连接，交流母排通过变压器与可逆变频器连接，可逆变频器与自动送钻电机连接；交流母排二是通过顶驱变频器与顶驱电机连接；交流母排三是通过三套scr调速装置与绞车电机、泥浆泵电机及转盘电机分别连接；交流母排四是与可逆整流器连接，可逆整流器同时与蓄能器、断路控制器和供电切换控制柜同时连接；控制部分是：钻机驱动控制机构分别与两套scr调速装置、顶驱变频器和可逆变频器连接；能量回收控制机构与发电机组并网柜、可逆整流器、蓄能器、断路控制器和供电切换控制柜控制连接。
5.然而，现有的钻机电控系统难以保障人身安全，使得能源消耗，工作人员劳动强度较大，故在此提供一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统；该大功率变频节能钻机电控系统，把智能变电站技术、模块化预制舱技术、变频调速节能技术有机结合，集成高低压配电设备、干式电力变压器、电机智能控制系统和静止无功发生器(svg)在一个预制舱体内，可实现大功率电机变频调速，保障人身安全，降低能源消耗，减少工作人员劳动强度。


技术实现要素：

6.因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统；该大功率变频节能钻机电控系统，把智能变电站技术、模块化预制舱技术、变频调速节能技术有机结合，集成高低压配电设备、干式电力变压器、电机智能控制系统和静止无功发生器(svg)在一个预制舱体内，可实现大功率电机变频调速，保障人身安全，降低能源消耗，减少工作人员劳动强度。
7.本发明是这样实现的，构造一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征
在于；该系统组成包括变频器柜和plc控制柜两部分；
8.所述变频器柜；该柜用于安装变频器单元，根据被控电机数量和容量，可选择1到多个变频器单元组柜安装，以满足实际控制要求；
9.所述plc控制柜；该柜内主要安装了可编程控制器(plc)、触摸屏、一体式工控机、变频器控制单元、智能远程控制终端、隔离变压器、传感器、继电器。
10.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；所述plc控制柜内还包括静止无功发生器；静止无功发生器(svg)是以igbt为核心的无功补偿系统，兼具滤波功能；静止无功发生器能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效和优质地运行。
11.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；变频器柜对应的舱体采用工厂化生产，外形美观，经久耐用，具有诸多优势特点；舱体底架由型钢焊接而成，舱体骨架为焊装一体式结构，钢材材质选用优质碳素结构钢，屈服强度不小于235mpa，有足够的机械强度和刚度，能保证在起吊、运输和安装时不会产生变形；框架、门板及顶盖均采用优质钢板，框架钢板厚度不小于2.5mm；门和顶盖外表面钢板厚度不小于2mm；
12.所述舱体采用喷砂、吹尘、热喷锌、油漆喷涂(底漆、中涂漆、面漆)等六道防腐工艺，保证舱体在c4环境下达到30年不锈蚀的防腐水平；
13.所述舱体运用冰箱保温措施与工艺，采用双层优质钢板，内部填充物采用建设部许可聚氨酯板或岩棉板防火保温材料，确保整个预制舱的保温和防火性能，门板厚度不低于48mm，保证达到“24墙”保温功效；
14.所述舱体密封采用硅橡胶或三元乙丙材料密封条，密封材料的寿命应大于5年，低压电缆进出线采用集中电缆进出方式，有效防止风沙进入舱体；
15.所述舱体低压室内设置一体化风道，配合空调保证舱内均衡环境；变压器室采用强制通风，风机采用进口、长寿命、免维护轴流式风机并安装防尘网；
16.所述舱体通道门板上设置“推杠式”紧急逃生门锁，满足人员紧急逃生要求；紧急逃生通道设有醒目的安全出口指示，相关通道指示设备均需考虑应急电源，以保证其可靠指示；
17.所述舱体采用等离子感温、感烟火灾探测预警技术，能够对火情进行极早期预警；
18.所述舱内采用led照明灯具，并保证足够的照度，方便箱体内部的检修和试验。舱内检修走廊两端分别设有应急照明，并在全站停电的情况下能够自动启动。
19.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；所述plc控制柜内还包括高低压配电设备，该设备采用拼装组合结构，外壳和隔板采用敷铝锌钢板，经数控钣金加工系统(cnc)加工和折弯，外形美观、强度好、精度高，能保证尺寸统一和高机械强度；
20.所述高压配电设备满足gb3906、gb11022、gb/t7251标准要求，并且具有防止误操作断路器、防止带负荷拉闸、防止带电关合接地开关、防止接地开关在接地位置时送电和防止误入带电隔离的“五防”功能；
21.低压配电设备柜主要安装了断路器、电抗器；该柜按照现代工业产品造型设计的要求，采用黄金分割比的方法设计柜体外形和各部分的分割尺寸，使整柜美观大方，面目一新。
22.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；plc控制柜内还包括干式电力变压器，干式电力变压器的铁芯采用高导磁优质晶粒取向冷轧硅钢片，45
°
全斜步进接缝，铁芯采用特殊的方管拉板结构，芯柱采用绝缘带绑扎，铁芯表面采用特殊树脂涂覆以防潮防锈，有效降低了空载损耗、空载电流和铁芯噪音；干式电力变压器具有阻燃、防爆、无污染、免维修等优点，局部放电量小于10pc，线圈不吸潮，不吸尘，机械强度高，安全可靠；变压器可按用户需要带有温度控制和温度显示系统，可和温控系统配合使用。
23.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；plc控制柜对应的内部采用模块化设计，方便成柜，易于维护，结构紧凑，节省空间；控制单元与功率单元采用光纤通讯，电气隔离，emc性能强，提升产品可靠性，长距离通讯，利于控制单元与主传动回路的分布式安装；丰富的i/o接口，标准i/o能够满足大部分用户需求；多种通讯方式，可与多种现场总线连接；有效隔离故障单元避免故障扩大到整个系统；电机温度检测：实时监控电机温度，保护电机的安全运行，同时优化电机的控制性能；
24.控制电源支持双回路供电：控制单元可选择外部ac 220v电源独立供电或直流母线供电。
25.根据本发明所述预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，其特征在于；所述高低压配电设备、干式电力变压器内具有高压单元、变压器单元、低压单元；其中，高压单元具有工频耐受电压相
‑
地接口、相间/断口接口，以及雷电冲击耐压相
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地接口、和相间/断口接口；
26.所述高低压配电设备还具有功率输入模块、功率输出模块、运行控制模块、保护模块；所述功率输入模块实现额定输入电压、额定输入频率，所述功率输出模块实现额定输出电压、额定输出频率，所述运行控制模块实现电机控制，启动转矩，速度控制精度，转矩控制精度；所述保护模块实现过载保护、过压保护、欠压保护。
27.本发明具有如下优点：本发明通过改进在此提供一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统；该大功率变频节能钻机电控系统，把智能变电站技术、模块化预制舱技术、变频调速节能技术有机结合，集成高低压配电设备、干式电力变压器、电机智能控制系统和静止无功发生器(svg)在一个预制舱体内，可实现大功率电机变频调速，保障人身安全，降低能源消耗，减少工作人员劳动强度。
28.本发明所述的预制舱式智能大功率变频钻机电控系统，将高低压配电设备、干式电力变压器、电机智能控制系统和静止无功发生器(svg)集成在一台耐候性能好、密封性能好、防潮、防凝露、可移动的非金属预制舱体内，可同时实现两台大功率电机变频调速。
29.该系统将西门子的可编程控制器(plc)和高性能大功率工程传动变频器结合，实现了电机变压，变频调速，电机的正反转、加减速以及快速制动等功能，可满足多种应用场合的需求；该系统采用模块化设计，结构紧凑而完整，扩容方便。
30.本发明还具有如下技术特点：
31.(1)该系统结合了智能变电站技术、环保非金属预制件技术、模块化预制舱技术和变频调速节能技术，将各功能组件集成在一台耐候性能好、密封性能好、防尘、防潮、防凝露、可移动的非金属预制舱体内，满足多种应用场合的需求，是一种新型的预制舱式变频钻机电控系统。
32.(2)该系统舱体采用玄武岩纤维复合材料预制件，在工厂内用干式工法拼装成形，舱底座采用撬装式船形设计，船形底座两端面与地面设计成40度夹角，舱内隔室采用“目”字形布局设计。
33.(3)该系统采用1000kw及以上大功率工程传动变频器调节电机转速降低电能损耗，具有响应速度快(闭环矢量<o.lms，开环矢量<20ms)、过载能力强(150％额定电流60s，180％额定电流10s，200％额定电流1s)、保护功能完善等特点；采用静止无功发生器(svg)补偿无功功率降低系统损耗；采用s13级高效能变压器降低空载损耗。
34.(4)该系统采用静止无功发生器(svg)滤除低次谐波，谐波保护器滤除高次谐波，使电压谐波畸变率thdu不超过3％，有效改善母线电能质量。
35.该系统的控制单元与功能组件采用光纤通讯，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征。
36.(5)该系统具有远程监测和历史数据保存功能，应用4g/5g无线通信技术，既可通过手机app或电脑网页查看系统实时信息以及历史记录数据，又可在本地查看全部数据。
37.(6)该系统低压隔室采用环形风道内循环恒温设计，门板加装三元乙丙密封条，增强密封性能，使舱内环境温度控制在20℃左右；在空调口、风扇口安装电动百叶窗，采用迷宫式防护结构，有效增强舱体的防尘、防潮、防凝露性能，舱体防护等级不低于ip54。
38.(7)该系统采用二次接线即插即用技术，缩短接线时间，提高接线质量。该系统具备相序检测功能，通过相序检测继电器对接入电缆相序进行检测，预防电缆相序误接。
39.(8)根据应用场景建立完善的负载模型，采用空载、单双机“对拖”分级加载模式，模拟现场工况，检验带实际负荷能力，实现精准的场景化融合性检测。
附图说明
40.图1是本发明所述变频器柜示意图；
41.图2是本发明所述plc控制柜示意图。
具体实施方式
42.下面将结合附图1
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图2对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.本发明通过改进在此提供一种预制舱式智能大功率变频钻机电控系统；该大功率变频节能钻机电控系统，把智能变电站技术、模块化预制舱技术、变频调速节能技术有机结合，集成高低压配电设备、干式电力变压器、电机智能控制系统和静止无功发生器(svg)在一个预制舱体内，可实现大功率电机变频调速，保障人身安全，降低能源消耗，减少工作人员劳动强度。
44.本发明具有如下特点：
45.(1)就地/远程操控，保障人员安全；
46.(2)机械强度高，抗震性强；
47.(3)防潮性能强，不凝露；
48.(4)隔热性能好，抗暴晒；
49.(5)防腐、抗冻、防风沙，使用寿命长；
50.(6)隔声性能好，设备周围噪音小于40db；
51.(7)防火性能好，达到a1级,耐火3小时以上；
52.(8)雪撬式设计，便于移动；
53.(9)系统模块化设计，便于维护和升级改造；
54.(10)通过手机app，可实现远程监控；
55.(11)运行数据实时保存，历史数据可追溯；
56.(12)采用大功率工程传动变频技术：调速性能好，节能降耗，减少系统冲击，保障系统安全，延长设备使用寿命；
57.(13)经济效益好：降低供电系统运行成本，减轻工作人员劳动成本，降低安全成本。
58.适用标准：大功率变频节能钻机电控系统依据以下标准进行设计与制造
59.gb/t11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》
60.gb50053《35kv及以下变电所设计规范》
61.gb1984《交流高压断路器》
62.gb1985《交流高压隔离开关和接地开关》
63.gb3906《3.6kv～40.5kv交流金属封闭开关设备和控制设备》
64.gb1094《电力变压器》
65.gb/t 17467《高压/低压预装式变电站》
66.gb/t 7251.8《低压成套开关设备和控制设备智能型成套设备通用技术要求》
67.gb/t15576《低压成套无功功率补偿装置》
68.gb50168《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》
69.sy/t 10041《石油设施电气设备的区域分类推荐作法》
70.gb/t 25295《电气设备安全设计导则》
71.gb/t 3797《电气控制设备》
72.gb 7251《低压成套开关设备和控制设备》
73.sy/t 6283《石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南》
74.gb/t3859.1《半导体变流器通用要求和电网换相变流器基本要求规范》
75.gb/t3859.2《半导体变流器通用要求和电网换相变流器应用导则》
76.gb/t3859.3《半导体变流器通用要求和电网换相变流器和电抗器》
77.gb/t12668.1《调速电气传动系统：一般要求低压直流调速电气传动系统额定的规范》
78.gb/t14048.1《低压开关设备和控制设备总则》
79.gb/t 12668.502《调速电气传动系统》
80.gb/t 34123《电力系统变频器保护技术规范》
81.gb/t 23507.2《石油钻机用电气设备规范》
82.gb755《旋转电机定额和性能》
83.gb1032《三相异步电机试验方法》
84.gb10069《旋转电机噪声测定方法及限制》
85.gb10068《旋转电机振动测定方法及限制》
86.tb/t3001《铁路机车车辆用电子变流气供电的交流电机》
87.gb50229《火力发电厂与变电所设计防火规范》
88.适用范围：广泛用于冶金、港机、起重、岸电、石油、石化、市政、化工、电力、建材、矿业、船舶、造纸、测功机等行业。
89.适用环境条件：工作环境温度：
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20℃～45℃；相对湿度：5％～95％；地震烈度：8度；污秽等级：ⅲ级；户外风速：35m/s；海拔高度：2000m，2000m以上降额适用,每升高100m降额1％；超出上述环境条件时，用户应与制造厂协商。本产品在安装、运行、维护时请采取防爆措施。
90.电控箱变舱体：舱体采用工厂化生产，外形美观，经久耐用，具有诸多优势特点。结构强度——舱体底架由型钢焊接而成，舱体骨架为焊装一体式结构，钢材材质选用优质碳素结构钢，屈服强度不小于235mpa，有足够的机械强度和刚度，能保证在起吊、运输和安装时不会产生变形；框架、门板及顶盖均采用优质钢板，框架钢板厚度不小于2.5mm；门和顶盖外表面钢板厚度不小于2mm。
91.防腐——舱体采用喷砂、吹尘、热喷锌、油漆喷涂(底漆、中涂漆、面漆)等六道防腐工艺，保证舱体在c4环境下达到30年不锈蚀的防腐水平。
92.保温——舱体运用“冰箱”保温措施与工艺，采用双层优质钢板(内部填充物采用建设部许可聚氨酯板或岩棉板防火保温材料，确保整个预制舱的保温和防火性能)。门板厚度不低于48mm，保证达到“24墙”保温功效。
93.密封、防尘与防风沙——舱体密封采用硅橡胶或三元乙丙材料密封条，密封材料的寿命应大于5年，低压电缆进出线采用集中电缆进出方式，有效防止风沙进入舱体。
94.通风——舱体低压室内设置一体化风道，配合空调保证舱内均衡环境；变压器室采用强制通风，风机采用进口、长寿命、免维护轴流式风机并安装防尘网。
95.紧急逃生措施——舱体通道门板上设置“推杠式”紧急逃生门锁，满足人员紧急逃生要求。紧急逃生通道设有醒目的安全出口指示，相关通道指示设备均需考虑应急电源，以保证其可靠指示。
96.消防——舱体采用等离子感温、感烟火灾探测预警技术，能够对火情进行极早期预警。
97.照明——舱内采用led照明灯具，并保证足够的照度，方便箱体内部的检修和试验。舱内检修走廊两端分别设有应急照明，并在全站停电的情况下能够自动启动。
98.本系统还涉及高低压配电设备：采用拼装组合结构，外壳和隔板采用敷铝锌钢板，经数控钣金加工系统(cnc)加工和折弯，外形美观、强度好、精度高，能保证尺寸统一和高机械强度。
99.高压配电设备满足gb3906、gb11022、gb/t7251等标准要求，并且具有防止误操作断路器、防止带负荷拉闸、防止带电关合接地开关、防止接地开关在接地位置时送电和防止误入带电隔离的“五防”功能。
100.低压配电设备柜主要安装了断路器、电抗器。该柜按照现代工业产品造型设计的
要求，采用黄金分割比的方法设计柜体外形和各部分的分割尺寸，使整柜美观大方，面目一新。
101.本系统还涉及干式电力变压器；干式电力变压器的铁芯采用高导磁优质晶粒取向冷轧硅钢片，45
°
全斜步进接缝，铁芯采用特殊的方管拉板结构，芯柱采用绝缘带绑扎，铁芯表面采用特殊树脂涂覆以防潮防锈，有效降低了空载损耗、空载电流和铁芯噪音。
102.干式电力变压器具有阻燃、防爆、无污染、免维修等优点，局部放电量小于10pc，线圈不吸潮，不吸尘，机械强度高，安全可靠。变压器可按用户需要带有温度控制和温度显示系统，可和温控系统配合使用。
103.电机智能控制系统是基于plc的变频器调速系统，它将当今应用最广泛的可编程控制器(plc)和变频器综合起来，实现了电机变压、变频调速，电机的正反转、加减速以及快速制动等功能。该系统采用模块化设计，结构紧凑而完整，扩容方便；功能丰富，可满足多种应用场合的需求。
104.技术特点：模块化设计，结构紧凑而完整；(1)模块化设计，方便成柜，易于维护，结构紧凑，节省空间；控制单元与功率单元采用光纤通讯，电气隔离，emc性能强，提升产品可靠性，长距离通讯，利于控制单元与主传动回路的分布式安装。(2)用户界面友好，接口丰富；友好的用户界面，方便用户测试与运行；2丰富的i/o接口，标准i/o能够满足大部分用户需求；多种通讯方式，可与多种现场总线连接。(3)功能丰富，满足多种应用场合需求；宽范围的功率等级：660v:22kw
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12mw；安全功能：提供sto(安全转矩截止)、ss1(安全停车1)、sls(安全限速)和sbc(安全抱闸)安全功能保护；熔断保护：有效隔离故障单元避免故障扩大到整个系统；电机温度检测：实时监控电机温度，保护电机的安全运行，同时优化电机的控制性能；控制电源支持双回路供电：控制单元可选择外部ac 220v电源独立供电或直流母线供电。
105.下面对本发明的硬件组成进行说明：电机智能控制系统由变频器柜和plc控制柜两部分组成。
106.变频器柜：该柜用于安装变频器单元。根据被控电机数量和容量，可选择1到多个变频器单元组柜安装，以满足实际控制要求。
107.plc控制柜：该柜是整个系统的“大脑”。柜内主要安装了可编程控制器(plc)、触摸屏、一体式工控机、变频器控制单元、智能远程控制终端、隔离变压器、各种传感器、继电器等部件。
108.静止无功发生器(svg)是以igbt为核心的无功补偿系统，兼具滤波功能。svg是柔性交流输电技术(flexible ac transmission system，简称facts)的主要装置之一，它代表着现阶段电力系统无功补偿技术新的发展方向。静止无功发生器能够快速连续地提供容性和感性无功功率，实现适当的电压和无功功率控制，保障电力系统稳定、高效和优质地运行。
109.静止无功发生器有以下技术特点：输出容量从感性无功至容性无功连续自动调节；具有滤除低次谐波的功能；装置响应时间短、运行效率高、过载能力强；具有人性化操作界面，操作灵活主便，可靠性高；成套装置具有免维护功能。系统主要参数为；
110.表1为高低压配电设备、干式电力变压器
[0111][0112][0113]
表2为电机智能控制系统
[0114]
[0115][0116]
表3为静止无功发生器(svg)
[0117][0118]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。