一、概述

鉆井平臺的變頻器驅(qū)動對象主要是絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵。變頻傳動設(shè)備一般采用共直流母線方案，對于接入電網(wǎng)的系統(tǒng)可配置可回饋的整流單元，不能回饋的場合，須在直流母線上配置集中制動單元。鉆井平臺的絞車有類似于起重應(yīng)用的負載特性，要求變頻器具備開環(huán)/閉環(huán)矢量控制，大啟動力矩，零速懸停功能，對于深井平臺，可能涉及到一主多從的同步控制。鉆井平臺的轉(zhuǎn)盤需具備扭矩限幅功能，可防止轉(zhuǎn)矩或機件扭斷。

二、變頻驅(qū)動方案

石油鉆井系統(tǒng)采用禾望HD2000系列水冷變頻器，系統(tǒng)組成包括：供電系統(tǒng)、兩個2.3MW的整流單元、三個1.7MW的泥漿泵單元、兩個1.2MW的絞車單元、一個1MW的轉(zhuǎn)盤單元、三個1.2MW集中式制動單元、水冷系統(tǒng)、各逆變單元對應(yīng)的電機、外配的制動電阻。絞車單元和轉(zhuǎn)盤單元的功率單元均按照額定1.4MW功率進行設(shè)計。

其中：

l 整機系統(tǒng)在現(xiàn)場可采用電網(wǎng)供電或柴油發(fā)電機供電；

l 兩個整流單元和所有逆變單元、制動單元共母線；

l 三個制動單元在一個單元柜內(nèi)；

l 三個泥漿泵均可一拖二，即輸出帶兩個600kW同軸電機并聯(lián)運行；

l 絞車A與絞車B主從模式運行；

l 其中絞車和轉(zhuǎn)盤都帶有碼盤模塊；

l 水冷系統(tǒng)采用雙泵系統(tǒng)，運行過程可任意選擇工作的循環(huán)泵。

整機系統(tǒng)拓撲圖如下：

石油鉆井水冷多傳變頻器采用8個HCU20控制器分別獨立控制整流和逆變單元，保證系統(tǒng)運行的可靠性，并實現(xiàn)與主控PLC、水冷機、制動、碼盤的通訊與狀態(tài)信號傳遞。

其中：

l 主控PLC與各個HCU20之間通訊可選擇Profinet總線或者Profibus總線；

l 絞車A與絞車B之間實現(xiàn)主從控制模式；

l 水冷機柜可選擇本地控制模式，也可通過整流1的控制器實現(xiàn)遠程自動控制；

l 制動單元與整流2控制器建立通訊，制動單元狀態(tài)信息可傳遞到整流2控制器中，也可通過整流2控制器實現(xiàn)對制動單元的故障復(fù)位等操作；

l 泥漿泵均為VF模式運行，絞車和轉(zhuǎn)盤均為CLVC（有碼盤矢量控制）運行；

l 每個HCU20控制器均預(yù)留有足夠的AI、AO、DI、DO信號接口以供客戶備用。

控制系統(tǒng)拓撲圖如下：

三、應(yīng)用配置

系統(tǒng)整機中各柜體寬度，進線柜、逆變柜各600mm，整流柜400mm，制動柜600mm，水冷柜800mm。總計寬度7.0m，柜體排列如下圖所示：

四、方案優(yōu)勢

1、 采用共直流母線多傳的驅(qū)動方案，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高，維護便捷。

2、 單機功率大，減少了多臺并機控制的負荷平衡風險。

3、 水冷散熱，極大提高了器件的運行壽命，環(huán)境適應(yīng)性強。

4、 功率單元與控制器光纖連接，利用靈活的參數(shù)互聯(lián)功能，輕松實現(xiàn)主、從傳動控制。

5、 開環(huán)和閉環(huán)控制在線自動切換技術(shù)，減少了碼盤故障異常停機風險。