淺析ABB變頻器在石油鉆機中的應用

／中海油能源發展股份有限公司 郭劍／

1 ABB變頻器基本概述

ABB變頻器屬于交流變頻器，是ABB集團研發的一種設備，處于行業領先地位。在三相異步交流電機工作的時候，主要依據轉矩和速度來進行控制和驅動，ABB變頻器可合理控制轉矩和速度，以便交流電機能夠處于良好的驅動狀態。此變頻器具有豐富的組合功能、比較強的穩定性以及矢量控制等特點[1]。

在使用ABB變頻器以前，需合理設置工作原理，首先需要利用整流濾波功能，把380V交流電壓合理變為510V的直流電壓，然后利用逆變器再把510V直流電壓變為交流電壓，可適當控制交流電壓的頻率和電壓范圍，從而達到對電機實行無機調速的目的。ABB變頻器可以適當地擴大電機轉速范圍，可以在一定程度上提高生產效率。在安裝和使用設備的時候，ABB變頻器十分簡單，應用比較廣泛，因此，也被稱做標準變頻器。

2 ABB變頻器的優越性

ABB變頻器具有很多的特點和優勢，在石油鉆機的過程中應用ABB變頻器具有很大的優越性，能夠有效地滿足石油鉆機的工藝需求。在ABB變頻器控制電機的時候，一般來說使用的都是數字控制方式，這是ABB變頻器的主要優勢。在不同控制單元情況下，都可以精確控制，可以達到并聯驅動多臺電機的目的。在進行驅動的時候，需要控制每臺電機功率差都處于1%，此時，絞車進行工作的時候，一旦出現超重荷載的情況，就會繼續進行工作。但是沒有使用上述變頻器的設備中就需要設置一定的制動固定時間，以及相應的剎車裝置，而在應用這種變頻器以后，可以隨意設置制動，電機在動態的時候，能夠進行自動剎車，可以適當增加安全性，此外，能夠有效地改善諧波污染問題[2]。

3 鉆機操作中的特殊要求

鉆機設備包括絞車、轉盤、泥漿泵三部分。絞車主要是通過齒輪箱、電機、離合器、控制設備、滾筒以及制動器組成。一般來說都是用來提升和放下鉆桿、套管以及起落井架。每一節桿長都是有限的，因此，需要在每一次大約進入9m的時候，就需要進行下放提升鉆機，增加鉆桿長度。由于鉆井深度越來越大，在進行絞車的時候會增加工作時間，所以，想要增加絞車的效率就需要不斷縮短工期，從而降低成本。轉盤主要是用來帶動鉆具旋轉，保證能夠在深處進行鉆井，主要是通過轉盤壓力和速度來調節鉆井速度。卡鉆時是反轉，鉆進時為正轉。一旦出現比較大的轉矩波動，十分容易在正轉的時候出現折斷鉆桿或者反轉的時候出現脫落鉆桿的問題[3]。所以，影響鉆井順利完成的重要影響因素就是保證可以順利地輸出平穩的轉矩。泥漿泵主要是用來輸出泥漿的，在鉆桿商戶輸入泥漿。在泥漿經過鉆頭以后能夠從井壁和鉆具的縫隙流出。鉆頭和泥漿可以一起沖擊地殼，適當冷卻鉆具，帶出碎屑，保持具有一定井下壓力，避免噴漿。主要用鉆具速度來決定泥漿泵壓力和沖數，并且能夠與電機輸出轉矩速度成正比，所以，依據具體設備情況來合理的調節和設置泥漿泵輸出參數，保證可以順利地進行鉆井以及保護鉆具。總之，鉆井工藝對于設備具有以下幾方面要求：第一，要求絞車電機具有比較大的負荷變化范圍，擁有正反方向轉動的無極變速以及比較強的過載能力。第二，轉盤電機需要能夠精確設置轉矩，保證平衡輸出轉矩，正反轉無極變速，出現短期過載并需要調節靈活。

4 ABB變頻器的選型

（1）整流單元

ABB變頻器整流單元需要利用并聯兩種型號，來達到為交流母線提供600V的交流電，主要包括3×D4結構整流單元以及（DSU）ACS800-704-2721-7二級管整理單元。

（2）逆變單元

ABB變頻器逆變單元一般都是選擇R8i型號，經過整流單元以后，電源就是直流電源，所以，通過逆變器進行逆變的時候，能夠適當變為電壓交流電源和可調節頻率，以便于可以有效控制電機。逆變柜包括預充電回路、刀熔開關、逆變控制回路以及逆變模塊四部分[4]。刀熔開關為了能夠達到與R8i逆變模塊進行通訊，適當使用光纖分配器，然后就能夠合理的控制逆變器，此外，能夠保護和檢測運行參數。在絞車電機進行驅動的過程中，需要適當的安裝兩個900kW的R8i模塊，在驅動泥漿泵電機以后，需要安裝三個功率為1400kW的R8i模塊。使用這種設備主要的優勢就是收納箱逆變器具有很大的獨立性，如果一臺出現故障，能夠以最短的停工時間進行運行。

5 能耗制動單元

耗能制動單元主要包括斬波器和房外制動電阻兩部分構成。一是斬波器兩組，合理安置在兩組逆變柜內，數量是六個，會限制一定的直流回路電壓值，一旦超過界限，就能夠適當的連接耗能電路，然后合理釋放回路中過多的能量。二是，房外制動電阻，具有四組電阻。能耗制動單元可以通過制動電阻和斬波器之間的配合，來達到耗能制動的目的[5]。

6 結束語

總而言之，由于科學技術的進步和提高，使得智能化越來越受歡迎，傳統設備已經逐漸不能滿足社會發展需要，所以，ABB變頻器逐漸開始應用在石油鉆機中。這是ABB集團研發的一種高效交流變頻器，具有很大的優越性，進行合理應用，可以在一定程度上控制電機電壓和頻率，提高石油鉆機性能。

[1]劉愛群,衛楓,薛明浩，等.ABB變頻器在石油鉆機中的應用[J].科技資訊,2011(1):91.

[2]馬炳文.變頻器在石油鉆機中的應用[A].第五屆全國石油和化學工業電氣技術交流研討會論文集[C].2014:167-170.

[3]張偉.ABB變頻器在石油鉆機中的應用研究[J].中國石油和化工標準與質量,2013(2):156.

[4]楊陽.ABB變頻器在石油鉆機中的應用研究[J].科技與企業,2015(12):79-79.

[5]侯利軍,王卓,王珍濤等.ABB變頻器在KY-310鉆機中的應用[A].2010年全國采礦科學技術高峰論壇論文集[C].2010:175-176.