海洋鉆井平臺電控系統自動化設計要點分析

胡磊

摘 要：海洋資源是亟待開發的處女地，隨著我國經濟的快速發展對于石油等傳統化石能源的需求在不斷的加強，而我國陸上油氣資源相對稀缺因此做好海洋油氣資源的開發就成為了現今乃至今后一段時間我國油氣資源開發的重要方向。海洋平臺鉆井作業是實現海洋油氣資源開采的重要途徑，我國自實現對于海洋平臺鉆井作業自主研發以來積極推進海洋平臺鉆井作業的自動化和信息化建設，加強海洋平臺鉆井作業中的自動化水平，提高海洋平臺鉆井作業效率和開采能力。文章在分析海洋平臺鉆井作業特點的基礎上對海洋平臺鉆井電控的設計進行分析闡述。

關鍵詞：海洋平臺鉆井作業；電控；設計

前言

新世紀以來我國對于油氣資源的需求在不斷的增加，為滿足國內日益高漲的石油需求，我國加強對于我國海域內油氣資源的勘探與開采.新世紀以來，我國海洋油氣資源開采量在全國油氣開采量的比重在不斷的增加。這一趨勢為海洋平臺鉆井設備的發展提供了良好的機遇。海洋鉆井平臺是大型化、復雜化的大型成套設備，其內部包含有起升系統、旋轉系統、鉆井液循環系統以及傳動系統等，是各種系統的有機結合體。為實現各系統功能海洋鉆井平臺需要一套安全、高效、可靠的電控系統。相比于陸地鉆井作業系統，海洋鉆井平臺的電控系統在設計、制造方面有其特殊性，其對于安全性、可靠性有著更高的要求。本文將以海洋鉆井平臺中使用較為廣泛的70DBF鉆機為例對海洋鉆井平臺的電控系統設計中的要點進行探討。

1 海洋鉆井平臺電控系統的組成

海洋鉆井平臺是各系統組成的復雜集合體，在海洋鉆井平臺電氣傳動控制系統的組成中其主要分為3大部分。以柴油發電機組或是高壓電網所組成的海洋鉆井平臺動力控制系統、以直流或是交流調速所構成的海洋鉆井平臺各系統設備的傳動控制系統、以照明等所組成的MCC控制系統，上述3大系統是海洋鉆井平臺的電控系統的主要組成部分，其對于海洋鉆井平臺的正常運行起著極為重要的作用。

1.1 海洋鉆井平臺電控系統中的動力控制系統

海洋鉆井平臺中的動力系統中多數采用的是多臺柴油交流發電機組所組成的。在海洋鉆井平臺柴油發電機組的控制中，需要完成對于柴油發電機組的調速、調壓以及繼電保護、功率限制等多項功能，海洋鉆井平臺動力系統所輸出的電壓為600V，電網的頻率為50Hz或是60Hz，在海洋鉆井平臺的電控系統中，對于海洋鉆井平臺中的柴油發電機組進行調速時主要采用的是電液型或是電動型的柴油機組電子調速器，通過電控系統的控制完成對于海洋鉆井平臺中所使用的柴油發電機組進行調節控制。在對海洋鉆井平臺所采用的發電機組進行調壓時其主要采用的是無刷勵磁調壓方法，這一調壓方法中的調節器采用的是晶閘管，通過晶閘管的整流使用集成電路完成脈沖觸發并通過PID的控制方式完成對于海洋鉆井平臺所使用的發電機組的電壓調節，在PID控制中形成了對于電壓、勵磁電流和無功分量等的3個閉環控制電路，從而有效的實現對于海洋鉆井平臺所采用的柴油發電機電壓恒定以及無功的比例分配。

1.2 海洋鉆井平臺電控系統中的電氣傳動控制系統

在海洋鉆井平臺中的電氣傳動控制系統中，通過將海洋鉆井平臺中柴油發電機組所發出的AC600V電源輸送至電氣控制柜中，通過SCR晶閘管組件的變壓將其變換為0-750V的直流電，依靠直流電來對海洋鉆井平臺中所采用的泥漿泵車、絞車、轉盤等進行驅動。對于SCR晶閘管的控制依靠海洋鉆井平臺電控系統中所采用的計算機和PLC來實現。海洋鉆井平臺電氣驅動控制系統采用的是速度閉環控制方式，在海洋鉆井平臺電氣傳動控制系統中設置有相應的故障監控模塊，能夠對海洋鉆井平臺電氣傳動控制系統中出現的故障進行實時的監控。海洋鉆井平臺電氣傳動控制系統中所采用的交流調速傳動控制方式與直流控制不同的是其對SCR晶閘管整流后的直流電采用IGBT逆變后采用AC600V頻率5-60Hz的交流電來完成對于海洋鉆井平臺中的泥漿泵、絞車、轉盤等進行控制。在這一控制方式中，對于整流環節中可以通過計算機或是PLC來完成控制，對于IGBT逆變后使用PWM方式來進行調制，通過引入頻率閉環控制方式，實現變頻變壓調速。在對整流和逆變兩個環節都采用計算機來對其進行控制，當需要進行反轉驅動時僅通過改變相序即可完成，而無需對主電路進行切換。

1.3 海洋鉆井平臺電控系統中的MCC系統及低壓配電系統

海洋鉆井平臺中的鉆機模塊和鉆井支持模塊所采用的正常電源和應急電源都需要配置足夠的電容和交流電機啟動供電回路。

2 海洋鉆井平臺電控系統自動化設計要點分析

海洋鉆井平臺電控系統自動化設計能夠有效的增強海洋鉆井平臺的自動化控制水平，提高海洋鉆井平臺的工作效率及工作的可靠性。在海洋鉆井平臺電控系統自動化設計中，對于海洋鉆井平臺中的自動送鉆采用的是基于自適應FuzzyPID控制算法，結合西門子S7-300PLC和變頻器的控制方式，對海洋鉆井平臺中的自動送鉆在多數情況下都處于10Hz以下的低速，為了有效增強海洋鉆井平臺自動送鉆系統的控制精度，需要使用帶有速度傳感器的矢量控制。在海洋鉆井平臺自動送鉆的控制方案中，通過氣壓環、速度環和鉆壓環等三個環節實現對于自動送鉆過程中的控制。在海洋鉆井平臺軟扭矩控制中，通過利用自動化技術實施檢測電機的扭矩和速度，從而對海洋鉆井平臺工作中井下部件的運行趨勢進行提前的預測，根據預測的趨勢系統來判斷是否需要進行補償及補償量的大小，用以實現對于海洋鉆井平臺鉆頭扭矩的補償。對于海洋鉆井平臺中所使用軟泵的自動化控制中，由于需要對多臺井泵的泵速進行獨立調節控制，一旦控制不當導致各泵的活塞運動不協調，泵壓疊加升高將會使得海洋鉆井平臺管路中的鉆井液產生較大的壓力波動，從而會對泵本身造成較大的沖擊增加了高壓鉆井泄露的危險性。此外，鉆井液壓力波動加劇將會對信號的傳輸造成極大的影響，會造成隨鉆技術的控制失誤及偏差，從而對海洋鉆井平臺的鉆井造成極大的影響。此外，海洋鉆井平臺鉆井過程中鉆井液劇烈沖擊會使得松軟地層產生掉塊或是塌方從而造成嚴重的井下事故。

為做好對于海洋鉆井平臺電控系統自動化控制，在海洋鉆井平臺電控系統中采用諧波治理技術，用以抑制海洋鉆井平臺發電系統中所產生的大量諧波，提高海洋鉆井平臺電控系統的供電質量。在諧波抑制中可以通過采用有源濾波器瞬時無功功率法與數據處理器相結合的方式形成相應的電子諧波抑制裝置，從而對海洋鉆井平臺發電系統中所產生的諧波進行消除和抑制。海洋鉆井平臺在海面上會受到海浪、海風的作用而產生一定的升沉運動，這一升沉運動會對海底鉆頭位置和鉆井的鉆壓產生極大的影響。主動式升沉補償技術能夠有效的對海洋鉆井平臺的升沉動作進行補償，這一系統在動作的過程中通過鉆絞車上的動力系統來實現對于絞車滾筒轉速的控制，來實現對于鋼絲繩的運動控制，從而實現海洋鉆井平臺的升沉補償。海洋鉆井平臺電控系統自動化控制中依靠傳感器對平臺運動進行檢測并將檢測到的信息反饋到船體控制系統中計算出海洋鉆井平臺的升沉量以及升沉的速度，并根據這一數據來控制海洋鉆井平臺升沉補償。

3 結束語

海洋鉆井平臺電控系統自動化對于提高海洋鉆井平臺的自動化控制水平有著極為重要的意義。上文中所介紹的海洋鉆井平臺電控系統自動化控制已經逐漸地應用于海洋鉆井平臺中并取得了良好的應用效果，隨著電子技術的不斷進步應當積極加強海洋鉆井平臺電控系統的研究，從而最大限度地提高海洋鉆井平臺的運行效率和運行安全。

參考文獻

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