俄罗斯苏尔古特3千米钻机MCC模块电控设计

陈思桥，邬 静，陈 勇，唐 颖

（1.美国密歇根大学，美国底特律；2.华北电力大学，北京 102206；3.中国石油川庆钻探川西钻探公司，四川成都 610000；4.四川宏华石油设备有限公司，四川广汉 618300）

俄罗斯苏尔古特3千米钻机MCC模块电控设计

陈思桥1，2，邬 静3，陈 勇4，唐 颖4

（1.美国密歇根大学，美国底特律；2.华北电力大学，北京 102206；3.中国石油川庆钻探川西钻探公司，四川成都 610000；4.四川宏华石油设备有限公司，四川广汉 618300）

介绍了出口俄罗斯的3千米钻机中的MCC系统，是中国专门针对当地的低温气候条件设计的产品，目的是为钻机九大系统的动力配置提供足够支持。该系统经用户的实践验证，设计合理，满足了俄罗斯严酷的低温环境需求，实现了预期目标。

钻井设备；油气开发；MCC模块电控；低温环境

俄罗斯第4大石油公司苏尔古特石油和天然气公司（Surgutneftegaz）近年来在中国订购了大批钻机。中国的MCC控制技术在该批钻机上得到了全面的推广运用。

石油钻机是一种综合性，多功能，联合作业的全天候钻井设备，电器自动化已经全面应用其中，针对其-45℃的低温使用条件，结合其国家行业法规设计了机控中心，简称MCC模块。MCC模块用于接收400伏，50赫兹的电能并分配给钻机的用电设备；同时把400伏，50赫兹的电能转变成600伏，50赫兹的电能提供给钻机主驱动系统。MCC模块履行了电能控制和分配的功能，同时对钻机用电设备起到保护作用[1-2]。

MCC模块电气设备的使用，按照《电气设备规则》，MCC模块由于电流、电压原因，可能致人受伤，属于危险区域。因此电气设备的使用应按照《电器用电设备技术操作规程》及《行业间电气设备使用劳动保护规则》进行。

1 技术参数

所提供图纸上的（图纸号:ES198.D004P）MCC模块外形主要尺寸如下：

长×宽×高： 8 800 mm×3 100 mm×3 000 mm

钻机主驱动:600 V，50赫兹

使用温度: -45°С～+45°С

存储温度: -62°С～+50°С

相对湿度: 90%

重 量： 24 000 kg

2 模块供电及控制系统设计

工作原理单线图如图1所示。

（1）发电机模块供电状态，在确保各条发电线路正常供电的情况下，发电线路1在开关柜3面板上的电红色灯HL1指示得电，白色灯HL2指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL3指示运行，向母排供电。发电线路2在开关柜2面板上的电红色灯HL1指示得电，白色灯HL2指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL3指示运行，母排得电。发电线路3在开关柜2面板上的电红色灯HL4指示得电，白色灯HL5指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL5指示运行，母排得电。如果三台或两台发电机并车后同时供电，其电流在400 V主母排上汇流。

（2）变电站模块供电，在确保变压器T1、T2供电正常的情况下。变压器T1进线在开关柜1面板上的电红色灯HL1指示得电，白色灯HL2指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL3指示运行。变压器T2进线在开关柜1面板上的电红色灯HL1指示得电，白色灯HL2指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL3指示运行，向母排供电。两趟电流在400 V主母排上汇流。

主母排上有400 V电后，变压器T3开关在开关柜3面板上的红色灯HL4指示得电，白色灯HL5指示断路器已经储能，可以合闸，按下合闸按钮，绿色灯HL6指示运行，这时变压器房内SGB9-2000/0.4/2×0.6变压器得电。可以在VFD房进行600 V主驱动的操作。合上照明柜内断路器QF1断路器，实现对照明柜内各个开关上端的送电，合上柜内的各个断路器，即可实现相应照明或者加热等设备的供电。

将补偿柜主断路器QF对应延伸手柄开关合上，即保证在使用高压变电站对系统供电后，通过补偿柜监测到功率因数较低时，自动投入补偿回路对系统进行无功补偿。

通过400 V横跨母排对自动送钻柜供电，送钻柜面板上的按钮SB2和SB1分别是变频器通电使能和变频器断电的作用。即按下SB2后，送钻变频器进入使能状态，按下SB1后，送钻变频器将断电，送钻电机停止工作。

通过400 V横跨母排对MCC抽屉柜供电，MCC1与MCC2红色电源指示灯HL1处于亮的状态，将软启动柜门上的操作手柄转到“合闸”位置，白色指示灯HL2将处于亮的状态，按下启动按钮SB2，使能指示灯HL3处于亮的状态。启动过程完成后，转入旁路运行，HL15熄灭，这时抽屉上的绿色运行指示HL25灯将处于亮的状态。在抽屉面板上的电流表PA1，显示该电机启动和运行时的电流。在启动前或启动过程中。CB回路的通电是将对应抽屉操作手柄转到“合闸”位置，即实现了对应模块的供电。FVNR+HOA控制回路抽屉的送电分为自动和手动两种情况，将对应抽屉操作手柄转到“合闸”位置。合上开关柜4内的断路器QF11和QF15，即实现对顶驱和储备灌区的供电。

图1 原理单线图

3 MCC柜负荷设计

动力分配及负荷布局设计图如图2所示。

图2 MCC柜负荷分配图

抽屉式MCC单元1，2，3，4柜为钻机辅助机械装置低压控制系统（PD箱）提供电源，并为钻机上和井场的用电设备从400 V母排上通过自动断路器供电;控制、配电和保护功能。

MCC抽屉为380 V电气设备供电，并有控制和保护功能。在需要启动电气设备时，需接通相应的抽屉并给相应的电气设备供电。

FVNR型抽屉-用于向具有保护功能的用电设备供电，保护功能为：短路保护、缺相保护、线圈过热保护和，最小供电电压保护。

FVNR+HOA型抽屉-具有FVNR功能的抽屉和可通过PLC通道控制该抽屉用电设备的抽屉。按照该原来设计的抽屉为：МСС 3柜的A，B， C，D和MCC4柜的A，B，C，D。

泥浆泵模块中，功率为2.2 kW的1号泥浆泵喷淋泵电机的操作和供电抽屉；井架-绞车模块ГУП-14（防喷器控制室）的操作和供电抽屉，50A［3］。

4 负荷分配

1.2.1 1，2，3，4号开关柜［3］

安装在4个柜子上的自动开关保证了钻机用电设备的电力供应，并为用电设备提供保护。

QF1，QF2，QF3断路器的额定电流为1 600 A，用于控制从主柴油发电站向MCC模块母排供电。

QF4断路器的额定电流为400 A，用于控制从应急柴油发电站向MCC模块母排供电。

QF5，QF6断路器的额定电流为3 200 A，用于控制从KRU（高压变电房）变压器Т1，Т2向MCC模块母排供电。

QF7开关，额定值为 25 A，为“RAZ⁃REZ-2”测量站供电。

QF8断路器的额定电流为3 200 A，用于向变压器T3供电的控制。

QF11断路器的额定电流为630 A，用于控制向顶驱系统供电。

QF15断路器的额定电流为630 A，用于储备罐中供电操作。.

5 组成设备

（1）三相变压器（牌号SGB9-2000/0.4/2× 0.6）［2］

2 000 kVA变频变压器位于MCC房一个单独的变压器室中。在变压器室内配有一个加热器，一个照明灯，一个排风扇。变压器的作用是将400 V电源转为两路相位相差30°的600 V电源，为VFD系统提供电源。

（2）自动送钻柜

设计图如图3所示。

在紧急传动柜中安装有自动断路器QF20（额定电流100 A），及为送钻电机提供电源的变频装置+P901+D150，变频器牌号ACS800-1-0060-3。同时为确保应急驱动MCC模块从外部工作，在单独舱内安装有刹车电阻BR2，功率25 kW。

在自动送钻柜中还安装有转换开关SA10，保证在PLC两个通道出现故障时，实现超重保护功能。

图3 自动送钻设计图

6 柜子加热抽屉系统

MCC4柜中安装下列抽屉：

（1）2.2 kW的转子通风电机操作和供电单元；

（2）11 kW的钻井泵№2通风电机的操作和供电单元；

（3）2.2 kW的转子油泵电机的操作和供电单元；

（4）2.2 kW钻井泵№2油泵电机的操作和供电单元；

（5）2.2 kW钻井泵№2活塞杆灌溉泵电机的操作和供电单元；

（6）电流为25 A绞车组件中钻井绞车盘式液压站的操作和供电单元。

7 补偿柜

补偿柜内安装有6路补偿装置，6路补偿装置分别由电容器、电抗器、接触器、热继电器、熔断器等电器组成。可以通过设置自控器参数改变补偿柜使用的条件，即改变功率因数限值。由电流互感器检测到工业网供电回路的进线电流，通过自控器自动调节选择由几路补偿装置投入到电网的无功补偿中去。

从MCC模块通过电缆为钻机用电设备供电。从MCC输出到用电设备通过插接件板完成。电缆通过插harting插接件连接该插接件板。插件的型号有：Han 3A、Han 4A、Han 10A、Han k 4/0、Han 6 HsB、Han Q 5/0、Han K 3/2、safe 20。

8 结论

目前中国制造公司已经出口有五台3千米钻机在俄罗斯苏尔古特地区，这些钻机投入使用后已完成钻井进尺约4.6万米，这批设备运转良好。表明该套MCC系统设计合理，功能可靠，能够适应俄罗斯苏尔古特地区低温环境的使用需求，基于巨大的市场需求，在未来该技术将会给制造企业带来极大的经济价值。

［1］孙克军.电工手册［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［2］任元会.配电设计与民用手册：第三版［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［3］孙祖梅.低压电器及开关设备［M］.北京：机械工业出版社，2006.

Research of the Russia Surgut 3km Drilling MCC Module Electric Control Design

CHEN Si-qiao1，2，WU Jing3，CHEN Yong4，TANG Ying4
（1.University of Michigan-Dearborn，Detroit，U.S.A.；2.North China Electric University，Beijing102206，China；3.CNPC Chuanqing Drilling Company Equipment Department and chuanxi Drilling Company Equipment Department，Chengdu610000，China；4.Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Guanghan618300，China）

MCC system of 3 kilometer rig exported to Russia,is China specifically for the design of low temperature climate conditions of local products,for the purpose of power drill nine system provides enough support.The system is verified by practice,the user's design is reasonable,to meet the Russian temperature harsh environmental requirements,and achieve the desired objectives.

drilling equipment；oil and natural gas development；MCC module electronic control；low temperature environment

TE928

B

1009－9492(2014)05－0119－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.030

陈思桥，男，1992年生，四川遂宁人，大学本科。研究领域：电器自动化控制技术。已发表论文3篇。

(编辑：向 飞)

2013－11－19