淺談變頻設備在井隊應用的利弊

于冰

摘 要：隨著鉆井設備的不斷更新，變頻器的交流控制技術在鉆井施工也來越廣泛，隨著交流電機自動控制技術在鉆井施工的應用，通過變頻器的整流和逆變能很好的控制鉆機的鉆速和泵壓。變頻調速是一種全新的可編程和高精度的控制系統，它能完成復雜的調速工作，執行可編程的控制指令，并對控制對象的運行狀態進行監控，和最優化運行參數自動識別。由于控制系統采用的是大規模數字電路及微處理器的可編程技術，它的輸入給定和輸出控制與系統內部的設定，在數字信號處理時可獲得很高的精度，隨之也帶來一些干擾問題，有些干擾問題已經嚴重到影響鉆機的電控系統的plc和儀器儀表的正常工作，如果其干擾問題得不到很好的解決，不斷影響鉆井工程的正常施工，還給其他鉆井設備和員工帶來極大的安全隱患。

關鍵詞：變頻設備 石油鉆井 應用 利弊

中圖分類號：TE242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0100-01

變頻技術在油田鉆機上的開發應用，不僅提高了鉆機的水平，改善了鉆機的操作性能，更重要的是加強了鉆機的作業能力，提高了鉆井效率和質量。油田鉆機是油井生產的最主要的設備之一，它的正常運轉和工作效率直接關系到油井的經濟建設和成井率。由于其鉆井工藝的特殊性，對鉆機電控設備要求特別苛刻，特別在變頻器選用上非常謹慎。變頻驅動鉆機的優點主要體現在節能，操作簡單，無級調速，控制精度高，工作效率高。為了保護變頻器，就要減少特殊情況下對模塊的極限沖擊來保護變頻器，提高了整機的安全性和可靠性。

1 變頻器在石油鉆井中干擾問題分析

1.1 石油鉆井線槽的相互干擾

石油鉆機上有兩類線路。模擬信號線路和數字量控制線。這兩類線材應保持間隔10公分以上，才能防止其相互干擾。因此在設計石油鉆機時，要特別注意線槽的設計。模擬信號控制線必須要采用雙絞線或是屏蔽線，并確保一頭接地，一頭懸空。另需特別注意的是：當采用長距離輸線時，數字量控制線路要務必確保中間期間的轉接。

1.2 外部電磁波的干擾

假如變頻器四周存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵進變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器四周所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線間隔，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節間隔應在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器間隔電動機很遠時（超過100 m），這時一方面可加大導線截面面積，保證線路壓降在2%以內，同時應加裝變頻器輸出電抗器，用來補償因長間隔導線產生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應按規定進行接地，必須在專用接地點可靠接地，不能同電焊、動力接地混用；變頻器輸進端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸進高次諧波，從而可降低從電源線 到電子設備的噪聲影響；同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器，以降低整輸出真個線路噪聲。

2石油鉆井變頻設備的優缺點分析

2.1 變頻器的優點

（1）節能。傳統設備調速是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量或給水量，不但輸入功率大，而且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。而使用變頻器調速，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求，從而降低電耗。

（2）提高設備自動化程度。可以根據客戶要求，通過設計靈活地滿足客戶個性化要求、行業性要求，甚至滿足各種高難度高精度的傳動，同時為客戶提供高集成度的一體化解決方案。

（3）延長電機壽命。工頻狀況下馬達采用星三角降壓延時啟動，此時電流是電機額定電流的5倍左右，若多臺大功率的電機同時啟動，將對電網造成很大沖擊。使用變頻器后，馬達在額定電流下就可啟動，電流平滑無沖擊，減少了啟動電流對馬達和電網的沖擊，延長了電機的使用壽命。

（4）操作連續、廣泛。使用原有的常用電源，利用另外的變速設備（減速機、傳動帶等）進行變速。但是只能進行階段性變速、不能進行連續變速。

（5）啟動方便：可以軟啟動和軟關閉，任意調整發動機的加/減速時間。

（6）減低啟動電流：通過軟啟動和軟關閉，能降低啟動電流到電機啟動時額定電流的2倍左右。一般直入啟動時，流動額定電流6倍的啟動電流，因此會給電機的頻繁運轉/停止帶來負荷。

3.2 變頻器的缺點

變頻器的缺點主要體現在兩方面，第一，變頻器在變頻過程中逆變時會產生較多的高次諧波，影響電源質量，并造成較多的干擾諧波影響電氣設備的正常工作，使電機發生機械震動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，使絕緣老化，壽命縮短甚至損壞。第二，變頻器的造價較高，且變頻器的技術要求高，保密性強，所以在變頻器內部發生故障后必須聯系廠家提供技術支持，一般都得將損壞元件或整機發回廠家，由廠家進行維修。

變頻器在多個行業的眾多電氣驅動設備上均有應用，在礦業中，其大部分應用在泥漿泵、傳送帶、提升機、切削機、掘削機、起重機鼓風機、泵、壓縮機等設備的驅動上。針對該廠的實際情況，筆者認為，該廠110 kW以上的電動機驅動均應使用變頻。現在我該廠110 kW以上的電動都是用的是軟啟動器啟動，軟啟動器主要解決電動機啟動時對電網的沖擊和啟動后旁路接觸器工作的問題，對電機有較好的保護作用，在輕載情況下可以實現一定程度的節能（約5%），但是不可以在運行過程中隨負載的變化而調節功率的輸出，所以其節能效果遠遠不如變頻器。

3 結語

隨著變頻器技術的逐漸成熟，其在石油鉆機中的各個系統應用中均發揮著很大的作用。同時，在變頻器的日常工作使用中，應當注意變頻器的安裝技術問題、干擾問題、電網質量等問題，克服以上問題帶來的困難。確保其更好的運轉以為鉆機提供更好的電力保障。如今數十臺鉆機變頻器已經投入運行，鉆機變頻器經受住了惡劣條件的考驗，運行效果良好，使其朝向有利的方向發展，有著廣闊的市場前景和發展潛力。

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