专利名称：用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房。
背景技术：
钻井勘探作为油田开发的ー个重要组成部分，打造绿色钻井、节能、清洁、高效的生产成为钻井行业发展的新目标，对钻机的节能和环保性能提出了更高要求。网电钻井是钻井勘探行业节能减排的ー个重要举措，也是钻井行业节约成本增加效益的ー个重要举
措。 目前，作为井队供电的主要设备是主发电机和备用发电机，采用柴油机驱动，柴油消耗量大，定期维护工作量较大。大批主力型钻机，由于设备老化，消耗柴油、机油逐年增カロ，钻井成本居高不下。相同エ况下，网电钻机的能耗成本至少可以节约40%，7000米电动钻机使用柴油发电机做动カ每月消耗柴油约140吨，改用网电后，电耗约为每月66. 70万千瓦时，这样一来，每台网电钻机毎月可节约费用50多万元。油改电项目电传控制系统由I座电控房、I套司钻操作箱、2套电机操作箱、2台三相交流变频电动机(包括水箱及其安装基座)、若干电缆及其附件构成。电控房用于接收来自高压房的AC600V、50Hz的电能，通过传动及控制系统提供给主驱动系统；接收来自高压房的AC400V、50Hz的电能，为电气传动及控制系统提供AC400V、AC220V、DC24V控制电源。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实时监控，对出现的故障及时进行指示、报警和保护，具有完善的保护功能，具有两套工作组的用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房，包括出线板I、出线板2、传动系统、MCC系统、PLC系统和辅助设备系统,传动系统包括整流单元和逆变单元，PLC系统包括PLC控制系统及一台エ控机，エ控机与PLC控制系统相连，PLC控制系统分别与整流単元、逆变单元、MCC系统和辅助设备系统相连，MCC系统的输出与出线板2相连；出线板I与整流単元相连，整流単元的输出与逆变单元连接，逆变单兀的输出与出线板2相连。辅助设备系统包括空调、插座、烟雾报警器、温湿度传感器和荧光灯，空调、烟雾报警器和温湿度传感器分别与PLC控制系统相连。本发明的优点在于
I.整流单元采用ニ极管桥式结构，模块化设计，并配有预充电回路，为系统提供超温保护，过压保护，过流保护，缺相保护等完善的保护。2.逆变单元采用模块化、数字化的设计，逆变器具备完善的故障自诊断和保护功能，包括过流保护，过压保护，过载保护，熔断保护，最大输出电流限制，失风保护，以及数字调节系统的其他保护等。
3.整套设备分成两套工作组，一用ー备，采用冷备冗余的形式，当ー组出现问题是，启动备用组继续工作。4.温湿度传感 器可实时检测房内的温度和湿度，并将采集数据传送到控制单元，及时调节房内的參数，避免环境变化对设备造成损坏。如图说明
图I为发明的系统结构框 图2为本发明的整流单元电路图。
具体实施例方式下面结合附图
进ー步说明本发明的技术方案，但本发明的保护内容不局限于以下所述。如图I所示，用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房，包括出线板I、出线板
2、传动系统、MCC系统、PLC系统和辅助设备系统，
传动系统包括整流单元和逆变单元，PLC系统包括PLC控制系统及一台エ控机，エ控机与PLC控制系统相连，PLC控制系统分别与整流単元、逆变单元、MCC系统和辅助设备系统相连，MCC系统的输出与出线板2相连；出线板I与整流单元相连，整流单元的输出与逆变单元连接，逆变单元的输出与出线板2相连。辅助设备系统包括空调、插座、烟雾报警器、温湿度传感器和荧光灯，空调、烟雾报警器和温湿度传感器分别与PLC控制系统相连，空调通过強制吹风把房内传动系统等产生的热量带走，保持传动和电控系统能在正常的温度范围内正常工作，通过温湿度传感器实时采集电控房内的温度和湿度，并传送到控制单元，对房内的温湿度进行调节，当超过设定的范围时，发出警报，同志工作人员及时检查房内的设备情况，以免设备损坏。传动系列整流装置采用模块化及高性能系统单元组成，主要用于为电压型逆变器提供稳定可靠的直流电压，包括一台开关柜、两台整流柜、两台逆变柜，其主要功能是把600VAC的交流电源经过开关总断路器，传输至两台6脉波整流柜转化成直流电源，再由逆变单元把整流出来的直流电源逆变为频率、电压可控的交流电源去驱动交流变频电机。如图2所示，整流単元的直流输出端可连接ー个或多个逆变単元和制动单元，形成多传动系统，安装的逆变单元额定电流之和可以超过整流装置的额定输出电流，但设计时应确保瞬时负载直流电流之和不要大于整流装置的额定输出电流；
该整流装置的功率部分采用ニ极管组成的6脉波整流桥，不能向到电网回馈再生能量。但当多个逆变单元连接在ー个公共直流电压母排上时，可以在电动和发电运行传动之间进行能量交換，从而节省了能量；
输入端配置有“预充电回路”，启动整流时，先为中间回路电容器充电，充电完成后实现自动切換，预充电回路断开，主断路器合闸，为传动系统运行时提供过载和短路保护；
输入侧配有专用的电抗器。整流装置功率単元部分采用两组三联装的ニ极管组件(简称“整流组件”)组成，模块化设计，结构简単，安全性能高，安装维护方便。逆变单元的作用是把直流电源转换成交流电源去驱动变频电机，从而控制电机转速和扭矩。逆变单元采用SIEMENS SINAMICS S120逆变装置，包括2个逆变柜。PLC系统安装在综合柜内，综合柜内还包括了 MCC系统和配电回路。
(I)PLC系统为冷备冗余双通道PLC系统。PLC系统包括SIEMENS的S7-300系列CPU及I/O模块，Nodka公司的TPC7000系列エ控机，UPS持续电源I个、微型断路器及继电器、端子等。UPS以及各个微型断路器综合柜柜内控制系统的配电；S7-300系列CPU及I/O模块保证了系统的逻辑处理控制；エ控机通过友好的人机界面，提供了钻井数据及其他重要參数的显示、记录、查询和储存。(2)MCC系统安装有4个MCC回路。回路安装方式并非抽屉式，而是固定式安装。该柜MCC回路的控制方式均为FVNR+H0A回路，回路具有FVNR功能和PLC程序自动控制的功能。(3)配电回路配电回路分别为逆变柜风机400VAC电源、逆变柜220VAC控制电源、PLC柜220VAC控制电源、房内空调供电回路、房内照明电源、检修插座电源。
电控房还包括一个开关拒，开关柜内包括了 I个框架断路器Q1、600VAC接地检测回路
(I)Ql断路器用于接受来自接受高压房的600VAC电源输出，为两台6脉波整流柜提供600VAC电源。Ql断路器的一对动合触点接通面板上的“运行”，一对动合触点将24VDC电源信号输至PLC。在本柜柜门上，安装有红色电源指示灯、白色储能指示灯、绿色运行指示灯，显示断路器的各个动作状态，并安装有红色分闸按钮，緑色合闸按钮，实现远程分合闸功能。(2) 600VAC接地检测回路对于ー个对地是绝缘的不接地电网系统，例如本系统为IT电网，都存在对地绝缘电阻的监控问题，以确保其安全运行，而且这种监控须是连续不断的，井能在超过了允许值时就发生警报，以提醒操作者妥善处理，避免由于绝缘电阻下降而可能引发的事故。在开关柜内，安装有DJY-I绝缘检测仪，用于监测600VAC绝缘状态。绝缘检测仪表为指针式显示，显示实际绝缘阻值，另外，在面板上的测试按钮TEST，用于功能检测，通过它可对仪器的功能进行检测，能很方便地通过测试电阻Rt对仪器的工作状况进行校验。该绝缘检测仪的一对动合触点将24VDC电源信号输至PLC。出线板分为出线板I及出线板2。电流大于200A的分支线采用母线接线，小于或者等于200A的分支线采用接插件。动カ系统接插件采用四芯或五芯灰色接插件，照明系统采用三芯灰色接插件，控制系统采用蓝色接插件。(I)出线板I包括来自高压房的电源输入，分别为600VAC电源输入、400VAC电源输入。600VAC电源输入的电流大于200A，因此采用母线接线方式，而400VAC电源输入则采用200A快速接插件。(2)出线板2包括电机电源、电机编码器、电机辅助信号、电机风机、电机加热器、电机操作箱控制、司钻操作箱控制、司钻操作箱通讯、故障输出。电机电源采用母线接线方式，电缆通过铜排与电控房进行连接，该电缆使用螺栓固定在铜排上。其余均采用接插件，电机风机采用四芯灰色接插件，电机加热器采用三芯灰色接插件，电机辅助信号采用六芯蓝色接插件，故障及通讯采用四芯蓝色接插件，电机编码器采用十芯蓝色接插件，电机操作箱控制及司钻操作箱控制采用20芯蓝色接插件。
权利要求
1.用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房，其特征在于它包括出线板(I)、出线板(2)、传动系统、MCC系统、PLC系统和辅助设备系统； 传动系统包括整流单元和逆变单元 ，PLC系统包括PLC控制系统及一台工控机，工控机与PLC控制系统相连，PLC控制系统分别与整流单元、逆变单元、MCC系统和辅助设备系统相连，MCC系统的输出与出线板2相连；出线板I与整流单元相连，整流单元的输出与逆变单元连接，逆变单元的输出与出线板2相连。
2.根据权利要求I所述的用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房，其特征在于所述的辅助设备系统包括空调、插座、烟雾报警器、温湿度传感器和荧光灯，空调、烟雾报警器和温湿度传感器分别与PLC控制系统相连。
全文摘要
本发明公开了一种用于石油钻井设备的油改电驱动系统电控房，包括出线板1、出线板2、传动系统、MCC系统、PLC系统和辅助设备系统，传动系统包括整流单元和逆变单元，PLC系统包括PLC控制系统及一台工控机，工控机与PLC控制系统相连，PLC控制系统分别与整流单元、逆变单元、MCC系统和辅助设备系统相连，MCC系统的输出与出线板2相连；出线板1与整流单元相连，整流单元的输出与逆变单元连接，逆变单元的输出与出线板2相连。本发明采用全数字控制技术，能够实时监控，对出现故障及时进行指示、报警和保护，内部器件的布置采有可快速拆卸及安装的模块化结构，可完全替代柴油机应用于石油钻井设备。
文档编号E21B44/00GK102953720SQ201210461399
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者王江阳, 车明者, 谢伟, 王亮 申请人:成都宏天电传工程有限公司