CN202888863U - 基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机 - Google Patents

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赵军民
刘育生
陈克利
张谨
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Abstract

本实用新型公开了一种基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，属于石油钻机节能技术领域，解决了目前网电石油钻机使用的低压无功补偿和无源滤波装置无法实现电能回馈、控制不稳定、占地面积大、维修不便的缺陷。该基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，包括供电系统和钻机系统，所述供电系统与钻机系统之间还设有整流回馈系统，所述整流回馈系统包括与供电系统连接的AFE整流回馈装置和与AFE整流回馈装置连接的逆变器，其中，逆变器还与钻机系统连接。本实用新型能够将能量反馈到电网，达到节能的目的，减少能源浪费，创造了可观的经济和社会效益，而所用设备占地面积小，结构简单，便于维护。

Description

基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机
技术领域
本实用新型涉及石油钻机节能技术领域，具体地讲，涉及的是基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机。 
背景技术
主动前端译自英文Active Front End，简称AFE，主动前端整流回馈技术的工作原理简单来讲是：AFE整流单元从电网汲取正弦波交流，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值，各次谐波由滤波电路消除。 
回观石油钻机领域，近几年来，网电石油钻机的应用逐步推广到各个油田。网电石油钻机不再使用专门的柴油发电机组供电，而是接入当地的工业电网（一般为10KV或者35KV）中。网电石油钻机主要有如下两点好处：一是利用网电取代了柴油发电机组，由于柴油发电机组这一部分的采购成本和维护成本非常高，而相比网电石油钻机配套的高压设备和日常使用的电费，网电石油钻机可以节省很大部分的成本，其经济效益是非常明显的；二是不再担心柴油发电机组运行带来的噪音和排放，既节能又环保，大大降低了对环境的危害。 
目前的网电石油钻机配置情况是，通过高压开关柜将高压电网接入高压电控房内，经过变压器将高压电变换成石油钻机常规的低压电供交流变频电机使用。在此低压母线上还要接入低压无功补偿和无源滤波装置，解决电机运行带来的谐波干扰和电网无功功率偏低带来太大的电网负荷消耗。 
常规网电石油钻机采用的这种高压变压器外加低压无功补偿和无源滤波装置的结构形式，还是存在以下问题： 
（1）低压无功补偿和无源滤波装置占地面积大，需装在一个专门的电控房里，其长度要达到10米左右；
（2）低压无功补偿和无源滤波装置中的元器件容易损坏，维修不便；
（3）无法实现电能向高压电网的回馈；
（4）对高压电网电源功率因数和谐波失真控制不稳定。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，解决目前网电石油钻机使用的低压无功补偿和无源滤波装置无法实现电能回馈、控制不稳定、占地面积大、维修不便的缺陷。 
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 
基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，包括供电系统和钻机系统，所述供电系统与钻机系统之间还设有整流回馈系统。
进一步地，所述整流回馈系统包括与供电系统连接的AFE整流回馈装置和与AFE整流回馈装置连接的逆变器，其中，逆变器还与钻机系统连接。 
具体地讲，所述AFE整流回馈装置和逆变器均选自西门子Dynamics S120系统设备。 
更进一步地，所述供电系统包括高压电网，与高压电网连接的变压器，以及与变压器连接的低压母线，其中，低压母线与整流回馈系统连接。 
其中，所述高压电网为10kV高压工业电网，变压器为干式变压器。 
同时，所述钻机系统包括与整流回馈系统连接的交流变频电机，以及与交流变频电机连接的钻机设备。 
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果： 
（1）本实用新型在网电石油钻机的变频传动系统中加入了主动前端整流回馈装置，该装置首先起到了整流的作用，但它仍然区别于常规的二极管整流装置，它采用IGBT功率器件，不再是被动地将交流转变成直流，而是具备了很多主动的控制功能，它不仅能消除高次谐波，提高功率因数（接近于1），而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态特性，以及实质性特点和进步。
（2）在交流变频电动石油钻机中，由于绞车和转盘需要制动，现有技术中通常采取的方式是在直流母线上挂接制动单元，并接入能耗电阻将能量消耗在电阻上以此实现能量回馈，但该方式存在明显的不足：一是造成系统结构复杂不易维护，二是将能量以热能的形式消耗在电阻上完全得不到利用，三是电阻发热，外界炎热环境下须注意散热问题，存在一定的安全隐患，本实用新型通过设置主动前端整流回馈装置以适用于具有较大转动惯量的变频调速系统中，提高整体系统的制动性能，并且还能够将能量反馈到电网，达到节能的目的，减少能源浪费，并降低了设备的总体成本，具有可观的经济效益和社会效益，适合推广应用。 
（3）本实用新型采用的设备占地面积小，结构简单，便于维护。 
附图说明
图1为本实用新型的原理图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。 
实施例
如图1所示，该基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，包括依次连接的供电系统、整流回馈系统、钻机系统三大部分。 
进一步地，供电系统包括依次连接的高压电网、变压器、低压母线；整流回馈系统包括依次连接的AFE整流回馈装置和逆变器；钻机系统包括与整流回馈系统连接的交流变频电机，以及与交流变频电机连接的钻机设备；其中，AFE整流回馈装置与低压母线连接，逆变器与交流变频电机连接，钻机设备为现有技术，本实施例中不再赘述。 
具体的讲，高压电网接入10kV高压工业电网，变压器为干式变压器，AFE整流回馈装置和逆变器均选自西门子Dynamics S120系统设备。其中，AFE整流回馈装置不仅能够稳定可靠的将低压母线上的电源整流成直流电源供逆变器使用，还能够将来自变频电机制动产生的多余电能回馈给电网，是一个双向电力电子装置，包括了整流、回馈、功率因数控制、谐波消除等一系列控制功能。 
本实用新型的工作过程如下： 
通过高压开关柜将10kV高压电网接入高压电控房内，经过干式变压器将高压变换成石油钻机常规的600V交流低压电压供交流变频电机使用；在此低压母线上接入AFE整流回馈装置将600V交流电整流成830V左右的直流电供给逆变器；逆变器则根据速度给定进行实时控制，输出给交流变频电机进而驱动钻机的机械设备。
一方面，交流变频电机工作在电动机模式时，AFE整流回馈装置将一直将交流电源整流转换成直流电供给逆变器；另一方面，当交流变频电机工作在发电机模式时，AFE整流回馈装置将多余的电能回馈给电网，并确保电压的稳定和极高的功率因数。 
整个工作工程都体现了控制的高精度，高效率和高可靠性。而用户只需要操作驱动钻机机械设备的交流变频电机即可，具有极高的安全性和可操作性。 
按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。 

Claims (6)

1.基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，包括供电系统和钻机系统，其特征在于，所述供电系统与钻机系统之间还设有整流回馈系统。
2.根据权利要求1所述的基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，其特征在于，所述整流回馈系统包括与供电系统连接的AFE整流回馈装置和与AFE整流回馈装置连接的逆变器，其中，逆变器还与钻机系统连接。
3.根据权利要求2所述的基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，其特征在于，所述AFE整流回馈装置和逆变器均选自西门子Dynamics S120系统设备。
4.根据权利要求1所述的基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，其特征在于，所述供电系统包括高压电网，与高压电网连接的变压器，以及与变压器连接的低压母线，其中，低压母线与整流回馈系统连接。
5.根据权利要求4所述的基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，其特征在于，所述高压电网为10kV高压工业电网，变压器为干式变压器。
6.根据权利要求1所述的基于主动前端整流回馈技术的网电石油钻机，其特征在于，所述钻机系统包括与整流回馈系统连接的交流变频电机，以及与交流变频电机连接的钻机设备。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107528319A (zh) * 2017-09-27 2017-12-29 张京伦 一种电磁型能量回收式谐波抑制装置
CN109728584A (zh) * 2019-03-11 2019-05-07 江苏罗宾康自动化科技有限公司 一种afe主动前端pwm整流方法
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

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