电驱动石油钻机电气传动控制系统设计研究

刘廷鹏

【摘 要】我国属于资源消耗大国，虽然国内资源储备量较为丰富，但是和经济发展的需求相比，目前的资源量仍然相形见拙。为了提高我国的资源利用率，也为了进一步缓解国内的资源紧张程度，我国国内的资源开采技术也在不断提升。石油钻井机是石油开采过程中的主要工具，对于其电气传动控制系统技术的完善和改进能够提高钻井的开采效率，进而提高石油资源的开采量。本文即是对电驱动石油钻机电气传动控制系统设计进行研究，首先论述了这一控制系统的基本结构，并阐述了该系统的控制形式，并针对于动力、电气传动两方面的控制方案进行设计，以期能为相关工作提供参考。

【关键词】电驱动 石油钻机 电气传动 控制系统 设计

我国的国土面积较大，在国内所蕴含的各类资源较为丰富，其中也包括石油资源。但就目前我国石油开采进度而言，其开采量远远不能够满足我国经济发展的需求。因此，必须要对石油开采时的钻机控制系统进行改进，提高石油开采的效率。

1电驱动石油钻机电气传动控制系统的基本构成

1.1动力控制系统

一般情况下，石油钻机的动力控制系统是由多台柴油发电机组成的。该动力控制系统主要是对石油钻机的钻速、电压、做功分配、功率限制以及继电保护等进行控制，这样就能够保证石油钻机的整体运行效率。通常将石油钻机的电压设定在600伏，供电频率为50-60赫兹，总功率能够达到5000千瓦，在实际应用过程中功率峰值能够达到7500千瓦。在这种大功率的输出情况下，如果不能够起到有效的控制作用就会造成设备的损伤或电能的损失。

1.2电气传动控制系统

这一控制系统主要是将600伏的交流电传入到传动柜当中，并转换为750伏的直流电，这样就能够控制绞车、泥浆泵以及顶驱等结构的主电机，并且通过计算机系统来完成对冷却风机、注油泵等的控制。该控制系统采用的闭环控制模式，对于他励电动机能够获得更好的速度信号。

2电驱动石油钻机电气传动控制系统的控制方式

2.1一对一和一对二控制模式

一对一控制模式主要通过一台传动柜对一台直流发电机进行控制，该模式下要求钻机配备8台传动柜，并且还需要为单独转盘配备一个传动柜，传动柜本身与电机直接相连，单独的传动柜对于其控制的电机具有单独过载保护和控制，无法对其它的电机形成控制。

一对二控制模式指的是一台传动柜对两台直流电机进行控制，这种模式下就必然会使传动柜的容量加倍，但是能够减少传动柜的数量，可利用5台传动柜对8台电机进行控制，通过电力切换的方式来对不同的电机进行控制。

2.2串励电动机和他励电动机

利用串励电动机能够设计一对二的控制模式，使得一台电动机的负载就是另外一台的负载，并且不需要安装单独励磁装置，电动机的输出功率与传动柜的负载电流的平方成正比，这样就使得钻机的效率提高。利用这种模式下的电动机能够使一对二控制模式发挥最大的功效，提高泥浆泵、绞车等主要设备的功率。

而利用串励电动机设计的一对一的控制模式则能够使电动机的励磁电流与设备的电枢电流相同，并且能够使电机上的负荷达到最佳的平衡状态，提高了绞车转动过程转矩的合理性，节省了电能的消耗。

由他励电动机设计的一对一控制模式是基于磁场恒定理论下建立的，这一控制系统下的输出转矩和电枢电流之间是正相关，电机的转动速度与输出电压之间也是成正相关，这样在控制电机转动速度时就会更加的简便，降低控制成本。

3电驱动石油钻机电气传动控制系统的设计

3.1动力控制系统的设计

在对动力控制系统进行设计的过程中，其首先考虑的是电动机的输出效率，一般采用四台柴油发电机进行发电，总功率能够达到4800千瓦，转速能够达到每分钟1500转。同时利用现代智能控制系统，对于电路和发电机能够形成更加有效的控制，能够帮助电路以过载保护、瞬时跳闸等保护措施保证电力输出的稳定性。同时，在系统当中设计功率限制电路能够有效保证电路运行的可靠性，避免出现电路损坏情况。

3.2电气传动控制系统的设计

电气传动控制系统是石油钻井设备当中的主要传动系统，一般采用三台传动柜并网的方法，将600伏和交流电转变为750伏的直流电压，然后再利用逆变柜将电能的频率转化为50赫兹。在此控制系统当中，三台交流变频电机是一对一的方式进行控制。同时采用全数字直流控制技术、全数字交流变频调速控制技术等对系统进行改造。这样就能够提高系统的功率，并且提高控制时的精准度，使得整体控制操作更加便捷，对于故障的分析和诊断更加准确。

4结语

石油钻机是石油资源开采过程中重要设备，其工作效率直接影响了石油开采工作整体的效率。因此，在现代科技技术之下，必须对石油钻机的电气传动控制系统进行优化，根据开采地区不同的地理环境和设备要求对控制系统进行改进，加大对智能控制系统的使用，并同时深化现代高新科技的运用，例如触屏操作界面、全数字化控制系统等，这样就能够提升工作效率，增加控制的精准度。

参考文献：

[1]王代华，万晓宏，李国孝，康涛.电驱动钻机控制系统配置方案探讨[J].石油机械，2011（09）：102-103.

[2]杨越胜.人工智能在电气传动控制中的应用[J].企业导报，2011（11）：28-31.

[3]陈波，张旭伟，李冬屹，张嘉新.浅谈我国石油钻机司钻控制系统存在的问题[J].石油矿场机械，2012（04）：102-103.

[4]王建军，李耀杰.浅谈石油钻机控制系统的现状和发展[J].电气传动自动化，2013（05）：85-86.