专利名称：用于钻机规格升级的专用变频驱动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统。
背景技术：
石油钻采设备是油田最重要的设备之一，石油钻机又是最重要的石油钻采设备。钻机是一种重型装备，体积庞大、结构复杂、负载大、工况差、电源系统复杂、驱动控制困难、固控设备多样、安全要求极高，正因为如此，钻机也是一种昂贵的钻采设备。石油钻采公司或油服公司最苦恼的问题，是随着原油抽取，油井的钻采深度不断增加，而以前购置的钻机很快不能满足需要。如果重新购置新的大规格钻机，价格相当昂贵，且原有钻机变为一堆废铁。为此，将原有钻机升级改造从而能够钻采更深油井，就成了客户的首选，事实上，无论钻采现场市电供应条件好坏，钻机系统的电源供给均采用双路供电，也就是说，必须采用柴油发电机组备用供电。通常，钻采现场的供电条件不具备，更多时候钻机系统都采用发电机组供电。传统方式是采用星三角启动、工频运行，这样的话发电机组的装机容量要增加30 50%，而且电机工作过程电能消耗很大，大大增加了运行成本。综上所述，传统做法设备投入大、施工难度高、电能和柴油浪费严重。而截止目前，针对石油钻机规格升级改造这一问题，并没有一套行之有效的办法，因此有必要改进。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题提供一种用于钻机规格升级的专用变频驱动系统，采用“智能协控装置+变频器”的组合模式，不但可以大幅度减小柴油发电机组的装机容量，节省大量油耗，而且在工作过程中还具有显著的节能效果；另外，通过智能型集中控制，动态地自适应调节电能分配，使电能利用达到最佳状态，还可方便地操作和协调转盘及其他固控设备的运行，整套系统体现了自动化程度高、节能效果好、控制灵活、安全性高、技术水平高的优点。本实用新型采用的技术方案用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，具有智能协控装置，所述智能协控装置的控制输出端分别接转盘变频器和多个固控变频器的控制输入端，所述转盘变频器的输出端接转盘电机的输入端，所述多个固控变频器的输出端分别接固控设备电机的输入端，其中转盘变频器和多个固控变频器均接三相380VAC电源，且380VAC的三相电源线上均套装有电流互感器，三相380VAC电源的每相和零线之间接同步变压器，所述电流互感器和同步变压器将电信号传递给智能协控装置。优选地，所述智能协控装置设有10组控制端口，其中一组控制端口控制转盘变频器，其余控制端口控制其他多个固控变频器。优选地，所述多个固控变频器包括一号固控变频器、二号固控变频器和三号固控变频器，所述一号固控变频器输出端接一号固控设备电机输入端，所述二号固控变频器输出端接二号固控设备电机输入端，所述三号固控变频器输出端接三号固控设备电机输入端。[0007]进一步地，三相380VAC电源均通过电抗器接到转盘变频器和多个固控变频器的电源输入端子R、S、T上。进一步地，所述转盘变频器内置制动单元，并外接制动电阻。进一步地，所述三号固控变频器内置制动单元，并外接制动电阻。本实用新型与现有技术相比的优点1、采用“智能协控装置+变频器”的组合模式，彻底解决了钻机升级改造过程的电源配置问题；2、大幅度减小柴油发电机组装机容量，大大降低了油耗；3、通过智能协控装置动态自适应调节电能分配，使用电状态最佳；4、通过变频器解决了转盘电机和其他固控设备电机的软启动、无级调速和过程节能问题；5、采用异网共母线技术，进一步提高了固控设备节能效果；6、采用集中控制，数字显示，数字和模拟双通道操作；7、全部采用弱电控制，电气安全性高；8、整体节能效果优异,节电率可达40%以上。
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1描述本实用新型的一种实施例。用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，具有智能协控装置3，所述智能协控装置3的控制输出端分别接转盘变频器10和多个固控变频器的控制输入端，其中，所述智能协控装置3可以设有10组控制端口，其中一组控制端口控制转盘变频器10，其余控制端口控制其他多个固控变频器；优选地，所述多个固控变频器包括一号固控变频器9、二号固控变频器6和三号固控变频器4，所述一号固控变频器9输出端接一号固控设备电机13输入端，所述二号固控变频器6输出端接二号固控设备电机14输入端，所述三号固控变频器4输出端接三号固控设备电机15输入端。所述转盘变频器10的输出端接转盘电机12的输入端，其中转盘变频器10和多个固控变频器均接三相380VAC电源，且380VAC的三相电源线上均套装有电流互感器1，三相380VAC电源的每相和零线之间接同步变压器2，所述电流互感器10和同步变压器2将电信号传递给智能协控装置3。三相380VAC电源通过电抗器I 11接到转盘变频器10的电源输入端子R、S、T上，三相380VAC电源通过电抗器II 8接到一号固控变频器9的电源输入端子R、S、T上，三相380VAC电源通过电抗器III 7接到二号固控变频器6的电源输入端子R、S、T上，三相380VAC电源通过电抗器IV 5接到三号固控变频器4的电源输入端子R、S、T上，其中，所述转盘变频器10和三号固控变频器4内置制动单元，并外接制动电阻16。本实用新型的技术要点在于，可对多台(两台、三台最多至9台)其他固控设备进行集中控制，智能协控装置3具有10个控制端口，其中一个用于转盘变频器10的控制，其他控制端口(P2 P10)用来控制其他固控设备，智能协控装置3的控制端口包括输入信号和输出信号，输入信号包括故障报警，输出信号包括变频器启动停止、模拟量调速信号、复位信号等。固控设备包括砂泵和离心机，智能协控装置3通过程序可设置固控设备类型。由于转盘和离心机均属于惯性设备，因此其对应的变频器必须内置制动单元，外接制动电阻16。制动电阻16接在变频器的P和Pb端子上。本实用新型的技术要点还在于，智能协控装置3是系统的控制核心，通过电流互感器I检测转盘变频器10输入侧的电流，经同步变压器2检测电压和相位等信号，实时计算转盘变频器10功率、功率因数和谐波系数，动态显示这些参数，并根据设定值实时自适应调节电能分配，从而控制其他固控设备的投用。由于该系统是一个典型的多输入多输出系统，建模时采用状态空间法，计算过程则采用时域的矩阵计算法求解参数，使得系统控制更加及时和精确。本实用新型的技术要点还在于，一号固控变频器9、二号固控变频器6和三号固控变频器4等具有柔性启动、无级调速和操控简便等优点，还具有诸如过压保护、欠压保护、过流保护、过载保护、短路保护、接地保护、缺相保护、母线扰动保护等丰富的保护功能。本实用新型的技术要点还在于，采用了异网共母线技术，使得一号固控变频器9、二号固控变频器6和三号固控变频器4等可以共联母线，使得节能效果更加显著，并减轻制动单元压力。本实用新型的输入电源为三相380VAC和单相220VAC，三相380VAC分别经过电抗器I 11、电抗器II 8、电抗器III7、电抗器IV 5，送给转盘变频器10和一号固控变频器9、二号固控变频器6和三号固控变频器4的输入端子R、S、T，变频器得电即可进入待机状态。所有变频器的运行和调速都受控于智能协控装置3，智能协控装置3具有异地操作调速功能，控制变频器的启停和输出频率，同时可显示每台变频器的故障和运行状态。变频器的输出端子U、V、W分别接对应设备电机的输入端。转盘变频器10的输入侧接电流互感器1，动态监测转盘变频器10的输入电流；转盘变频器10的输入侧还接了同步变压器，可实时监测输入电压和相位角，从而可由智能协控装置3计算出实时功率、功率因数和谐波含量，进行动态自适应调节电能分配，同时改变整流侧的斩波频率和随机数据，将谐波抑制到最小。转盘电机12随着负载变化其电流会发生变化，系统根据转盘变频器10输入功率变化，控制固控设备的投用或零投用。也就是说，在动态显示各参数变化的同时，还实时监控固控设备，当转盘负载功率大于某一规定值时，切断一切固控设备；而当转盘功率降低到某一值时，固控设备可按确定的顺序投用。智能协控装置3电源输入端接单相电源220VAC，控制输出具有9个固控设备控制端口，最多可控制9台固控设备。固控设备可接成共母线形式，即可将某台或某几台设备的再生能量合理使用、节约电能，也大大减轻了制动单元的压力。本实用新型另一个优势在于使用成本低、操作控制灵活方便。其所用的电线可以反复使用，尤其是转移工地时，以其体积小、重量轻、移动自用方便的特点，大大降低管理费用和使用成本；而且，相对于传统的一次性使用的输气管道，该系统有更明显的优势。另一方面，整套系统供气始终跟着工作面推进，而且配合PLC及PID，使压缩机工作在最佳状态，使系统具有显著的节能效果。本实用新型操作性强、经济性好、电气安全性高、操作使用方便、可靠性和稳定性好、节能效果显著，作为用于石油钻机规格升级改造的专用变频驱动控制系统，具有技术先进性和市场前瞻性的双重优势。上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。
权利要求1.用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，具有智能协控装置(3)，其特征在于 所述智能协控装置(3)的控制输出端分别接转盘变频器(10)和多个固控变频器的控制输入端，所述转盘变频器(10)的输出端接转盘电机(12)的输入端，所述多个固控变频器的输出端分别接固控设备电机的输入端，其中转盘变频器(10)和多个固控变频器均接三相 380VAC电源，380VAC的三相电源线上均套装有电流互感器(I )，三相380VAC每相和零线之间分别接一个同步变压器(2)，所述电流互感器(I)和同步变压器(2)将电信号传递给智能协控装置(3)。
2.根据权利要求1所述的用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，其特征在于 所述智能协控装置(3 )设有10组控制端口，其中一组控制端口控制转盘变频器(10 )，其余控制端口控制其他多个固控变频器。
3.根据权利要求1所述的用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，其特征在于 所述多个固控变频器包括一号固控变频器(9)、二号固控变频器(6)和三号固控变频器(4)，所述一号固控变频器(9)输出端接一号固控设备电机(13)输入端，所述二号固控变频器(6)输出端接二号固控设备电机(14)输入端，所述三号固控变频器(4)输出端接三号固控设备电机(15)输入端。
4.根据权利要求3所述的用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，其特征在于 三相380VAC电源均通过电抗器接到转盘变频器(10)和多个固控变频器的电源输入端子R、S、T 上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统， 其特征在于所述转盘变频器(10)内置制动单元，并外接制动电阻(16)。
6.根据权利要求3或4所述的用于石油钻机规格升级的专用变频驱动系统，其特征在于所述三号固控变频器(4)内置制动单元，并外接制动电阻(16)。
专利摘要提供一种用于钻机规格升级的专用变频驱动系统，具有智能协控装置，所述智能协控装置的控制输出端分别接转盘变频器和多个固控变频器的控制输入端，所述转盘变频器的输出端接转盘电机的输入端，所述多个固控变频器的输出端分别接固控设备电机的输入端，其中转盘变频器和多个固控变频器均接三相380VAC电源，且380VAC的三相电源线上均套装有电流互感器，三相380VAC电源的每相和零线之间接同步变压器，所述电流互感器和同步变压器将电信号传递给智能协控装置。本实用新型整体体现了自动化程度高、节能效果好、控制灵活、安全性高、技术水平高的优点。
文档编号E21B44/00GK202882878SQ20122060080
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者任兴乾, 任虎奎, 刘安才 申请人:宝鸡赫尔克电子有限公司