AS9/500鉆機電控系統(tǒng)改造與應用

摘要：通過對AS9/500鉆機電控系統(tǒng)改造，使直流調速系統(tǒng)從根本上得以改善，大大降低電控系統(tǒng)故障時間，取得較好效益。

關鍵詞：鉆機電控系統(tǒng)改造應用

1 改造前系統(tǒng)概況與特點

AS9/500鉆機是鉆井法施工主要鉆機之一，制造于上個世紀八十年代初，設計鉆井深度500米，鉆井直徑9米。額定提升能力為300噸，鉆機提升下放依靠滾筒式絞車來完成，鉆機的旋轉依靠安裝于鉆臺車上的轉盤來驅動，絞車和轉盤驅動電機均采用直流電動機，有關參數見表1-1，原電控系統(tǒng)原理如圖1-1所示。

絞車提升和轉盤旋轉電控系統(tǒng)均采用有速度、電流、環(huán)流組成的三閉環(huán)可逆直流無級調速系統(tǒng)，采用回饋制動。根據工藝關系，二套調速系統(tǒng)形成獨立回路但不同時工作，由主令控制開關通過切換控制其中一套系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。電控系統(tǒng)采用二組全控橋反并聯(lián)聯(lián)接，α=β工作制配合控制（實際由于電路存在移相不一致性等原因，調試整定時讓α角稍大于β角，確保系統(tǒng)不存在直流環(huán)流），每組整流橋采用四只額定電流為500A晶閘管并聯(lián)使用。控制部分由信號給定單元、多級運算放大單元、反饋信號單元、狀態(tài)檢測單元、觸發(fā)單元等組成，全部采用模擬電子電路。原系統(tǒng)由于采用模擬電子技術，存在如下不足：

1．1 模擬電子電路在工作中穩(wěn)定性較差，元器件易老化、損壞，放大器存在漂移，系統(tǒng)運行故障率相對較高。

1．2 原功率單元由于由四只晶閘管并聯(lián)運行，一方面要求四只晶閘管一致性要高，另一方面一旦有一只晶閘管損壞，其他三只可能很快損壞。

1.3 鉆機轉場后，需要對系統(tǒng)重新進行調試、整定，工作量大，安裝周期長。

1.4 需要配備專用同步變壓器，用于觸發(fā)脈沖與電源的同步匹配。

1.5 設備體積龐大，占用空間，各柜之間連線繁雜。需要較高水平專業(yè)人員維護。

1.6 調整修改參數必須停電進行，影響鉆井工期。

1.7 系統(tǒng)故障沒有記錄，查找故障困難。

2 調速系統(tǒng)改造重點工作

2.1 隨著電子技術迅速發(fā)展，用數字電子技術取代模擬電子技術是歷史必然。經過認真調研，決定采用西門子數字直流調速裝置6RA70改造原電控系統(tǒng)。6RA70直流調速裝置是專為直流調速開發(fā)的集成裝置，具有方便的輸入、輸出接口和各項保護功能，裝置內集成有輸入、輸出模塊（模擬輸入、輸出接口，數字輸入、輸出接口），各種運算放大器，加、減、乘、除法器，比較器，時間繼電器等等，可方便根據需要在內部進行聯(lián)接組合成不同的直流調速系統(tǒng)，裝置還可以根據不同工作狀態(tài)最多可分四組運行其中一組。

2.2 為節(jié)約資金，系統(tǒng)改造采用了6RA7018-6DV62-

0-Z裝置，其額定電流為30A，額定勵磁電流為5A，遠遠不能滿足實際使用需要。因此，要對裝置作部分改動，如圖2-1所示。

具體為斷開裝置自帶的功率單元與勵磁單元。從功率單元交流輸入側用電流互感器取得電流信號，引入至裝置X3.1、X3.2、X3.3、X3.4。作為電流反饋信號。從裝置引出觸發(fā)脈沖X11~X16、X21~X26至功率柜（功率單元）。勵磁控制信號也由裝置引出至外部勵磁功率單元，從分流器二端取得信號作為磁場反饋信號。電機額定工作電流、額定勵磁電流按相應比例值設定。

2.3 由于采用一套裝置實現絞車提升與轉盤旋轉功能，而提升系統(tǒng)（位能負載）與轉盤系統(tǒng)雖然電機參數一樣，但二個系統(tǒng)機械特性是不一致的，因此系統(tǒng)運行參數是不一樣的（如積分時間、比例倍數、反饋值等），裝置要根據不同需求分組運行，使二套系統(tǒng)獨立工作。通過安裝在操作臺上主令開關控制裝置運行于一組（對應絞車提升）或二組（對應轉盤旋轉）。

2.4 調速系統(tǒng)采用的是他勵直流電動機，絞車提升系統(tǒng)可根據負載不同，運行在不同工作狀態(tài)。當絞車空鉤時（由提升力大小自動判斷），給調速裝置一個信號，裝置自動切換到三組，絞車自動投入弱磁（40%額定勵磁）高速狀態(tài)。

2.5 設置了機電配合延遲時間，并可根據需要調整，如絞車提升時可以讓液壓抱閘延時打開。絞車停止時可以延時鎖零等。

3 傳動原理

傳動系統(tǒng)原理如圖3-1所示。

2端為+10V端，3端為-10V端，5端接地，4端為輸入端（電壓0~10V或電流0~20mA，此次改造采用電壓輸入，信號來自操作臺上給定信號發(fā)生器），正負給定信號均從4端與5端間加入（對應正轉、反轉）。開關SA1用于信號正負切換，SA2控制系統(tǒng)處于本控或遠控狀態(tài)，本控主要是系統(tǒng)調試和維修時使用。103端和104端為速度反饋（模擬量）輸入端（電壓型），電壓范圍為8~270V。36端為故障復位端，37端為裝置啟動停止端，38端為裝置使能端。41端（對應B0020，內部聯(lián)接P676）和42端（對應B0022，內部聯(lián)接P677）為狀態(tài)控制端，控制裝置運行于不同工作狀態(tài)，具體狀態(tài)如表3-1所示。

211端為電機碳刷長度監(jiān)控端，當碳刷過短，安裝于碳刷架微動開關1XJ~4XJ其中之一動作，時間大于10S時，發(fā)出故障信號（對應顯示F025）。212端為電機軸承運行狀態(tài)監(jiān)測端，當軸承運行狀態(tài)差，時間大于2S時，發(fā)出故障信號（對應顯示F026）。213端為電機冷卻風機氣流監(jiān)視端，當氣流停止，時間大于40S時，發(fā)出故障信號（對應顯示F027）。214端為電機過熱監(jiān)控端，當電機過熱，時間大于10S時，發(fā)出故障信號（對應顯示F028）。46端、47端為故障輸出端，用于控制外部設備，如液壓站等。109端、110端為自保接點。有故障時，裝置自動鎖零并停車。

4 改造后調速系統(tǒng)特點

改造后系統(tǒng)采用二組三相全控橋反并聯(lián)聯(lián)接，每組整流橋由六只1200A晶閘管組成。取消了同步專用變電器、硒堆吸收裝置，加裝了壓敏電阻和阻容吸收，絕緣監(jiān)測裝置。二組整流橋嚴格工作在α=β制下，從根本上確保不產生直流環(huán)流，確保系統(tǒng)更安全，更可靠。供電電壓如果采用普通變壓器380v供電，根據Ud=2.34U2×cosα計算，直流電壓為440v時，最小整流角為31度，滿足系統(tǒng)安全要求，不會產生逆變顛覆，但變壓器最好采用△/Y接法，因為，全控橋工作時會產生多次諧波，特別是三次諧波，對電源產生不利影響，采用△/Y接法可使諧波在繞組內部流通，減少對電源影響。改造后系統(tǒng)具有如下特點：

4.1 提升系統(tǒng)和轉盤旋轉電控系統(tǒng)由一套裝置（6RA7018-6DV62-0-Z）來完成控制，根據不同工況分組運行，每組運行參數可根據機械不同特性分別設置，調整至最佳。

4.2 直流控制調速系統(tǒng)設計有針對性，功能完善，各種保護齊全，參數修正方便、快捷，很大一部分參數可在線修改。

4.3 有通訊接口，可實現遠程控制與通訊功能，也可實現計算機仿真等各種現代化管理。

4.4 設備轉場后，無需重新調試整定，通電即可投入運行。

4.5 控制設備體積小，安裝在改制的集裝箱內，有利于拆除搬家、安裝，具有保溫、隔熱和密封性能，使裝置運行在良好工作環(huán)境中，更有利于野外作業(yè)施工。

4.6 當速度反饋發(fā)生故障時，可臨時將系統(tǒng)反饋切換至電勢反饋，待工序轉入下一環(huán)節(jié)，電控系統(tǒng)暫時停用時再作修復，減少電控系統(tǒng)故障時間。

5 結語

經上述改造后，系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠。安裝時間從原來20天縮短至現在4天，電控平均故障時間從原來占故障時間50%降至不到10%。經山東新汶礦業(yè)龍固礦主井、風井，鄆城礦風井等多個井筒施工實踐，證明改造設計方案先進、選型正確，操作簡便，取得了較好經濟效益。

參考文獻：

[1].張永成.鉆井施工手冊[M].煤炭工業(yè)出版社，2010年1月.

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