500 HP泥漿泵電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制

李金霞，劉 珀，丁小寧，李 敏，程興民

（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司，山西 永濟(jì) 044502）

引言

泥漿泵是指在鉆探過(guò)程中向鉆孔里輸送泥漿或水等沖洗液的機(jī)械，泥漿泵是鉆探設(shè)備的重要組成部分[1]。針對(duì)傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵成本高、噪音大、污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，提出一種新型500 HP泥漿泵電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由高壓開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分構(gòu)成，如圖1所示。電網(wǎng)取電通過(guò)整流器、變頻器和濾波器輸出三相可變電壓交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)泥漿泵工作[2-4]。

1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型

1.1 VFD房房體

電控房房體采用耐低溫鋼結(jié)構(gòu)，室內(nèi)安裝照明應(yīng)急燈、溫濕度檢測(cè)、煙火探測(cè)及滅火器，電控房?jī)?nèi)部地板敷設(shè)絕緣膠皮。

1.2 高壓開(kāi)關(guān)柜

用戶井場(chǎng)提供400 V、50 Hz電源，經(jīng)開(kāi)關(guān)柜給400 V母線供電，開(kāi)關(guān)柜配電有4路HOA回路，包括灌注泵、電機(jī)風(fēng)機(jī)、潤(rùn)滑油泵及噴淋泵。

1.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻器改變交流電機(jī)400 V供電電壓的頻率和幅值，平滑控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，可編程邏輯控制器采用西門子S7-1200系列PLC，配西門子工業(yè)IPC 477D，整套系統(tǒng)采用PROFINET通訊。

1.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

根據(jù)泥漿泵的排量和最大輸入功率，并結(jié)合實(shí)際使用工況，得出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，用以設(shè)計(jì)電機(jī)，其中電機(jī)的額定功率為400 kW，額定電壓為400 VAC，額定轉(zhuǎn)速為709 r/min，額定轉(zhuǎn)矩為5 388 N·m，冷卻方式是強(qiáng)迫風(fēng)冷。

2 電驅(qū)系統(tǒng)集成及調(diào)試

2.1 系統(tǒng)總裝

2.1.1 開(kāi)關(guān)柜、變頻柜及PLC柜安裝

在房體落位檢查無(wú)誤后，首先安裝開(kāi)關(guān)柜，開(kāi)關(guān)柜進(jìn)入房體前，需拆除側(cè)板及右后側(cè)小側(cè)板，并在電控房外完成進(jìn)、出線電纜安裝。在安裝過(guò)程中，需將開(kāi)關(guān)柜用叉車叉入房體擺正、落位并固定。變頻柜安裝前需拆除底部過(guò)線板、左側(cè)板、頂部風(fēng)道，將變頻器柜用叉車叉入房體擺正、落位并固定。安裝PLC柜時(shí)，頂部采用自攻釘固定，將底部過(guò)線孔進(jìn)行防護(hù)。

2.1.2 動(dòng)力線、控制線及通訊線連接

動(dòng)力線連接需嚴(yán)格按照電氣原理圖及配線表等，完成開(kāi)關(guān)柜、變頻器柜、輸出柜之間的動(dòng)力線連接，連接時(shí)需注意動(dòng)力線折損。將PLC柜與輸出柜之間通訊線進(jìn)行連接。在所有連接線按照接線圖連接完成后，需用萬(wàn)用表至少一次進(jìn)行電纜校線，以保證接線無(wú)誤。

2.1.3 輸出接線板裝配及掃尾工作

電纜連接器端頭未處理的進(jìn)行處理，處理后將各連接安裝板和連接器的插座裝好。最后進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜、變頻器、PLC柜頂部風(fēng)道及銘牌安裝等掃尾工作，房體內(nèi)部的清潔完成后鋪設(shè)橡膠墊，局部外觀缺陷的進(jìn)行修整，最后裝車發(fā)運(yùn)。

2.2 問(wèn)題及解決措施

2.2.1 房體結(jié)構(gòu)

鋪設(shè)動(dòng)力線需在空調(diào)底座下進(jìn)行布置，但由于空調(diào)底座焊接固定無(wú)法布線，因而將空調(diào)底座切割出來(lái)，待動(dòng)力線、控制線及通訊線全部布線完成后，將空調(diào)底座改為螺絲固定。另外在布線過(guò)程中發(fā)現(xiàn)過(guò)線孔尺寸不足，所有線未能全部穿過(guò)過(guò)線孔，因而在不影響房體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將過(guò)線孔切割至兩倍大。

2.2.2 MCC柜及變頻柜安裝

由于高壓開(kāi)關(guān)柜及變頻柜的銅排位于柜體背部，在柜體放置于房體內(nèi)部后，無(wú)法進(jìn)行動(dòng)力線的連接工作，因此需將動(dòng)力線在連接完成后，與開(kāi)關(guān)柜及變頻器柜同步進(jìn)行安裝。

2.2.3 通訊干擾

在進(jìn)行布線時(shí)，通訊電纜應(yīng)避開(kāi)動(dòng)力電纜，以免產(chǎn)生通訊干擾問(wèn)題，但本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，布線槽呈一字型，無(wú)法回避，因而將動(dòng)力線U、V、W呈品字形捆扎敷設(shè)，三相電纜品字形捆扎后，相互間距離基本相等，由于單個(gè)通電導(dǎo)線會(huì)在空間形成環(huán)形的電力線，三相電纜成品字形布置，在空間上三相電流的矢量和為零，因此空間上的電磁環(huán)流也為零，使電纜接近于純電阻，有效降低線路感抗，防止干擾通訊。

3 電驅(qū)系統(tǒng)試制成功與交付

2021年6月，我公司為四川科德孚石化裝備有限公司研制的首臺(tái)500 HP新型泥漿泵電驅(qū)系統(tǒng)，于6月底進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)泥漿泵的穩(wěn)定運(yùn)行，充分證實(shí)了本次研發(fā)的電驅(qū)動(dòng)設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。首臺(tái)500 HP新型泥漿泵電驅(qū)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)如圖2所示。我公司于7月底成功交付6臺(tái)500 HP泥漿泵電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從500 HP泥漿泵電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型出發(fā)，在無(wú)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可借鑒的前提下，成功完成了公司首臺(tái)泥漿泵電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的試制，并解決試制與調(diào)試過(guò)程中所遇到的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)6臺(tái)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成功交付。不僅拓寬了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富了油田電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)格，滿足客戶和市場(chǎng)的多種需求，而且提高了公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。