CN103758503B - 能量可回收的交流钻机电控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的能量可回收的交流钻机电控系统，包括动力电部分和控制部分，动力电部分结构是，交流母排通过发电机组并网柜与发电机组连接；交流母排输出端通过变压器及可逆变频器一与自动送钻电机连接；交流母排还通过可逆变频器二与直流母排连接；直流母排分别通过各个驱动器与对应电机连接；直流母排还与蓄能器和断路控制器二分别连接；控制部分的结构是，包括钻机驱动控制机构和能量回收控制机构，钻机驱动控制机构与可逆变频器一、各个驱动器、可逆变频器二分别信号连接；能量回收控制机构一端与发电机组并网柜连接，另一端分别与蓄能器和断路控制器二连接。本发明的装置实现了能量的回收与利用。

Description

能量可回收的交流钻机电控系统
技术领域
本发明属于电力拖动及电力电子技术领域，涉及一种能量可回收的交流钻机电控系统。
背景技术
钻机作为石油、天然气、地热能等深地层能源勘探开发的主要装备，其工作过程会将钻具进行反复上提和下放，上提过程钻机必需做功将上百吨的钻具提升近三十米，下降过程将上提转化的机械能释放掉。
目前交流钻机主要通过以下两种方式实现能量的缓慢释放：1)刹车进行制动，直接将机械能转化为热能释放；2)通过变频器将机械能转化为电能，再通过制动电阻将电能转化为热能释放掉。从整个钻机提升和下放过程中，钻机所做的功除小部分用于克服钻机运行过程机械摩擦做功外，其余转化的能量最终也通过发热的方式强制释放掉，若采用一套装置能将钻机所做功转化的机械能回收重利用，不仅有利于节能减排，大大降低钻井成本，同时降低对发电机组的性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能量可回收的交流钻机电控系统，解决目前钻机驱动系统中能量浪费严重的问题。
本发明采用的技术方案是，一种能量可回收的交流钻机电控系统，包括动力电部分和控制部分，
动力电部分结构是，包括交流母排，交流母排输入端通过发电机组并网柜一与发电机组一连接；交流母排输出端一路通过变压器与可逆变频器一连接，可逆变频器一与自动送钻电机连接；交流母排输出端另外同时通过四组并联的可逆变频器二与直流母排连接；
所述的直流母排分别通过各个驱动器与各自的电机对应连接；直流母排另外还与蓄能器和断路控制器二分别连接，断路控制器二再与断路控制器一连接，断路控制器一再与制动电阻连接；
控制部分的结构是，包括钻机驱动控制机构和能量回收控制机构，钻机驱动控制机构与能量回收控制机构之间通讯连接；钻机驱动控制机构与可逆变频器一、各个驱动器、可逆变频器二分别信号连接；能量回收控制机构的输入/输出端分别与发电机组并网柜一、发电机组并网柜二及发电机组并网柜三、蓄能器和断路控制器二连接。
本发明的能量可回收的交流钻机电控系统，其特点还在于：
直流母排分别通过绞车驱动器、泥浆泵驱动器一、泥浆泵驱动器二、泥浆泵驱动器三、转盘驱动器、顶驱驱动器与绞车电机、泥浆泵电机三、泥浆泵电机二、泥浆泵电机一、转盘电机、顶驱电机对应连接。
发电机组并网柜还包括发电机组并网柜二及发电机组并网柜三，分别对应连接有发电机组二和发电机组三。
本发明的有益效果是，能量控制系统通过与钻机控制系统之间的通讯协调能量的分配，最终达到发电机出力最少的目的。在目前的交流电动钻机进行推广，达到节能减排，降低发电机组燃油消耗，降低钻井成本和对环境的污染，同时还能改善供电系统的输出功率特性，运行过程能量需求平稳，降低钻机对发电机组的性能要求，有利于天然气机组在钻机系统中的应用。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中，1.钻机驱动控制机构，2.发电机组并网柜一，3.发电机组一，4.发电机组二，5.发电机组并网柜二，6.发电机组三，7.发电机组并网柜三，8.交流母排，9.变压器，10.可逆变频器一，11.直流母排，12.自动送钻电机，13.顶驱电机，14.转盘电机，15.泥浆泵电机一，16.泥浆泵电机二，17.泥浆泵电机三，18.绞车电机，19.断路控制器一，20.断路控制器二，21.蓄能器，22.能量回收控制机构，23.绞车驱动器，24.泥浆泵驱动器一，25.泥浆泵驱动器二，26.泥浆泵驱动器三，27.转盘驱动器，28.顶驱驱动器，29.可逆变频器二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明能量可回收的交流钻机电控系统的结构是，包括动力电部分和控制部分，
动力电部分结构是(实线连接部分)，包括交流母排8，交流母排8输入端通过发电机组并网柜一2与发电机组一3连接，实施例另外还包括发电机组二4通过发电机组并网柜二5与交流母排8连接、发电机组三6通过发电机组并网柜三7与交流母排8连接；
交流母排8输出端一路通过变压器9与可逆变频器一10连接，可逆变频器一10与自动送钻电机12连接；交流母排8输出端另外同时通过四组并联的可逆变频器二29与直流母排11连接；
直流母排11分别通过绞车驱动器23、泥浆泵驱动器一24、泥浆泵驱动器二25、泥浆泵驱动器三26、转盘驱动器27、顶驱驱动器28与绞车电机18、泥浆泵电机三17、泥浆泵电机二16、泥浆泵电机一15、转盘电机14、顶驱电机13对应连接；直流母排11另外还与蓄能器21和断路控制器二20分别连接，断路控制器二20再与断路控制器一19连接，断路控制器一19再与制动电阻连接。
直流母排11接可双向控制的蓄能器21和可逆变频器二29输出端，不仅实现绞车产生的能量可通过蓄能器21存储，钻井或提钻时，蓄能器21可直接输出电能供驱动系统使用，同时可逆变频器二29可将存储的能量回馈到交流母排8供钻机其他用电设备使用。
蓄能器21同时通过断路控制器一19接到制动电阻，可以将多余的能量通过制动电阻释放，保证系统安全。
图1实施例的动力电工作过程是：发电机组(3、4、6)发出的电进入到发电机并网柜(2、5、7)，发电机并网柜(2、5、7)输出连接到交流母排8上，变压器9和可逆变频器二29的输入端直接连接到交流母排8，可逆变频器二29的输出端连接到直流母排11为直流母排11提供电能，蓄能器21、顶驱驱动器23、泥浆泵驱动器(24、25、26)、转盘驱动器27、顶驱驱动器28的输入端也直接连接到直流母排11，断路控制器一19通过断路控制器二20接到到直流母排11，变压器9的输出直接为MCC和可逆变频器一10供电，各个电机驱动器的输出侧连接到对应的电机。
控制部分的结构是(虚线连接部分)，包括钻机驱动控制机构1和能量回收控制机构22，钻机驱动控制机构1与能量回收控制机构22之间通讯连接；钻机驱动控制机构1与可逆变频器一10、绞车驱动器23、泥浆泵驱动器一24、泥浆泵驱动器二25、泥浆泵驱动器三26、转盘驱动器27、顶驱驱动器28、可逆变频器二29分别信号连接；能量回收控制机构22的输入/输出端分别与发电机组并网柜一2、发电机组并网柜二5及发电机组并网柜三7、蓄能器21和断路控制器二20连接。
图1实施例的控制部分工作过程是：钻机驱动控制机构1分别连接到可逆变频器二29、顶驱驱动器23、泥浆泵驱动器(24、25、26)、转盘驱动27、顶驱驱动器28、可逆变频器一10的控制输入端，控制钻机各个驱动系统。能量回收控制机构22的控制输出分别连接到发电机并网柜(2、5、7)、蓄能器21、断路控制器20的控制输入端。同时钻机驱动控制机构1与能量回收控制机构22之间通过通讯网络进行通讯连接，实现协同控制。
本发明装置的能量回收利用过程，具体包括如下方式：
1)提升钻具过程，能量回收控制机构22通过计算蓄能器21能提供的功率能力，优先让蓄能器21提供动力，蓄能器21调节输出电压输出到直流母排11，一方面为顶驱驱动器23供电，同时经过可逆变频器二29回馈到交流母排，供钻机其余工作单元用电，为蓄能器20下次蓄能做准备；能量回收控制机构22降低发电机组(3、4、6)的输出功率，达到降低油耗的目的。此时的断路控制器20处于非工作状态。若蓄能器不能向外输送电能时，能量回收控制机构22提高发电机组(3、4、6)的输出功率，以满足钻机需要。
2)下钻过程，钻机驱动控制机构1和能量回收控制机构22之间相互通讯，协同控制钻机。绞车的势能通过绞车电机18产生电能，通过绞车驱动器23将电能回馈到直流母排11、钻机驱动控制机构1和可逆变频器二29，能量回收控制机构22控制蓄能器21开始存储电能，保证直流母排11上面的电压稳定，蓄能器21存储满或不能完全消耗绞车电机17产生的功率，则打开断路控制器一19由制动电阻释放。
3)钻进过程：首先让蓄能器21处于正向导通状态输出电能到直流母排11，供钻机用电，为蓄能器21下次蓄能做准备。自动送钻过程，自动送钻电机12一直处于发电状态，钻井过程经常动力需求较大，此时通过可逆变频器10直接将自动送钻电机12产生的能量回馈到MCC交流母排供其余设备消耗即可。

Claims (1)

1.一种能量可回收的交流钻机电控系统，其特征在于：包括动力电部分和控制部分，
动力电部分结构是，包括交流母排(8)，交流母排(8)输入端通过发电机组并网柜一(2)与发电机组一(3)连接；交流母排(8)输出端一路通过变压器(9)与可逆变频器一(10)连接，可逆变频器一(10)与自动送钻电机(12)连接；交流母排(8)输出端另外同时通过四组并联的可逆变频器二(29)与直流母排(11)连接；所述的直流母排(11)分别通过各个驱动器与各自的电机对应连接；直流母排(11)另外还与蓄能器(21)和断路控制器二(20)分别连接，断路控制器二(20)再与断路控制器一(19)连接，断路控制器一(19)再与制动电阻连接；所述的直流母排(11)分别通过绞车驱动器(23)、泥浆泵驱动器一(24)、泥浆泵驱动器二(25)、泥浆泵驱动器三(26)、转盘驱动器(27)、顶驱驱动器(28)与绞车电机(18)、泥浆泵电机三(17)、泥浆泵电机二(16)、泥浆泵电机一(15)、转盘电机(14)、顶驱电机(13)对应连接；
控制部分的结构是，包括钻机驱动控制机构(1)和能量回收控制机构(22)，钻机驱动控制机构(1)与能量回收控制机构(22)之间通讯连接；钻机驱动控制机构(1)与可逆变频器一(10)、各个驱动器、可逆变频器二(29)分别信号连接；能量回收控制机构(22)的输入/输出端分别与发电机组并网柜一(2)、发电机组并网柜二(5)及发电机组并网柜三(7)、蓄能器(21)和断路控制器二(20)连接；发电机组并网柜二(5)对应连接有发电机组二(4)，发电机组并网柜三(7)对应连接有发电机组三(6)。
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