CN207453954U - 一种钻机直流微网电控装置 - Google Patents
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Abstract
一种钻机直流微网电控装置，辅助发电机与升压变压器相连，升压变压器与可控电流源AC/DC模块一相连，组成的辅发供电系统与直流母线相连；绞车滚筒与势能回收电机相连、势能回收电机与可控电流源AC/DC模块二相连，组成的势能回收系统与直流母线相连；电容管理系统CMS与超级电容器组相连，组成的超级电容储能系统与直流母线相连；调峰电机与电机驱动器相连，组成的调峰电机系统与直流母线相连；主控制系统与司钻操作台、触摸屏HMI、辅发供电系统、势能回收系统、超级电容储能系统以及调峰电机系统进行通讯，组成控制网络。本实用新型利用超级电容来储存多余的电能，并回收势能，达到节能减排的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及到油田作业设备领域，特别涉及到钻机电控装置。
背景技术
目前，国内各大油田使用的大型模块钻机主要为机械驱动钻机（发动机驱动链传钻机、发动机驱动电驱复合驱动钻机）和电驱钻机（直流电机驱动钻机、交流变频电机驱动钻机）几种。机械驱动钻机作为一定时代的生力军，在早期深井石油开发中起到了至关重要的作用，因此，国内各大油田这种钻机的数量还是很大的。机械驱动钻机通常是由3台或者4台发动机，通过液力耦合器与并车厢相连，并车后的能量带动钻井泵、绞车及转盘（复合驱动钻机的转盘采用电驱动），游车下放时绞车脱开离合器依靠刹车达到减速或者停止的目的。
传统机械驱动钻机使用液力耦合器后，使用滑差功能将多台发动机并在一起使用，但是每台液力耦合器的输入和输出端能量差在100KW以上，占到发动机功率的10%~15%，存在能量的大量浪费。通过刹车方式消耗游车下放的势能，也产生了很大的能量浪费；辅助发电机除供给井场辅助设备用电外，基本还富余150~200KW，没有充分发挥其效能。另外，在绞车非提升工况下，发动机一直工作，导致了能量的大量浪费。因此，在目前迫切需要在大量存在的机械驱动钻机上做好节能降耗。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种钻机直流微网电控装置，该装置充分发挥发动机及辅助发电机的效率，同时将游动系统的势能回收变成电能供绞车提升时使用，达到节能的目的。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种钻机直流微网电控装置，其特征在于：包括辅助发电机、升压变压器、可控电流源AC/DC模块一、绞车滚筒、势能回收电机、可控电流源AC/DC模块二、超级电容器组、电容管理系统CMS、直流母线、电机驱动器、调峰电机、主控制系统、触摸屏HMI、司钻操作台，其中：辅助发电机与升压变压器相连，升压变压器与可控电流源AC/DC模块一相连，组成辅发供电系统与直流母线相连，用于将辅助发电机除供给井场辅助设备用电外多余的电能转化为与直流母线电压相等的直流电；
绞车滚筒与势能回收电机相连，势能回收电机与可控电流源AC/DC模块二相连，组成势能回收系统与直流母线相连；将游吊系统的势能，通过势能回收电机发电、可控电流源AC/DC变流，得到与直流母线电压相等的直流电；
电容管理系统CMS与超级电容器组相连，组成的超级电容储能系统与直流母线相连；用于在直流母线上存在多余电能时储存的电能，需要电能时向直流母线释放电能；
调峰电机与电机驱动器相连，组成的调峰电机系统与直流母线相连；利用直流母线提供的电能提升或辅助提升管柱，且利用绞车非提升时间发电发动机动力供给直流母线；
主控制系统与司钻操作台、触摸屏HMI、辅发供电系统、势能回收系统、超级电容储能系统以及调峰电机系统进行通讯，组成控制网络，主控制系统实时监视钻机绞车离合器、发动机离合器、泥浆泵离合器等状况，触摸屏安装在司钻房操作台上，显示绞车的工作状态，显示超级电容的充、放电过程以及各超级电容模块的电压、电流、温度状态。
本实用新型的积极效果为：
该电控装置中，利用一条一定电压范围内的直流母线，将辅助发电机供电系统、势能回收系统、超级电容储能系统以及调峰电机系统巧妙的融合在一起，组成了一个适用于发动机驱动钻机的新型供电网络。引入调峰电机系统，有效地解决了去掉发动机和并车厢之间的夜里耦合器带来的冲击负载影响发动机转速的问题，有效地节省了10~15% 的能量，且在非绞车提升工况下利用发动机带动调峰电机发电，充分利用了发动机；引入辅助发电机供电系统，除去提供井场辅助用电外，进一步提高辅助发电机的利用效率；引入势能回收系统，将原本使用刹车消耗掉的能量，大部分收回来，储存在超级电容中供绞车提升工况时使用；引入超级电容储能系统，在绞车非提升工况时储存辅助发电机供电系统、势能回收系统、调峰电机系统提供的电能，在绞车提升工况时，与辅助发电机供电系统一起向调峰电机系统提供能量。该电控装置充分展示了在钻机控制领域的节能应用。
附图说明
图1、一种钻机直流微网电控装置拓扑图。
其中：1、辅助发电机；2、升压变压器；3、可控电流源AC/DC模块一；4、绞车滚筒；5、势能回收电机；6、可控电流源AC/DC模块二；7、超级电容器组；8、电容管理系统CMS；9、直流母线；10、电机驱动器；11、调峰电机；12、主控制系统；13、触摸屏HMI；14、司钻操作台。
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本实用新型的具体实施方式。
参见附图1：辅助发电机1与升压变压器2相连，升压变压器2与可控电流源AC/DC模块13相连，组成的辅发供电系统与直流母线9相连；绞车滚筒4与势能回收电机5相连,势能回收电机5与可控电流源AC/DC模块26相连，组成的势能回收系统与直流母线9相连；电容管理系统CMS8与超级电容器组7相连，组成的超级电容储能系统与直流母线9相连；调峰电机11与电机驱动器10相连，组成的调峰电机系统与直流母线9相连；主控制系统12与司钻操作台14、触摸屏HMI13、辅发供电系统、势能回收系统、超级电容储能系统以及调峰电机系统进行通讯，组成控制网络。
主控制系统实时监视钻机绞车离合器、发动机离合器、泥浆泵离合器等状况，确定超级电容向直流母线放电，提供抵抗冲击负载的动力或者提供绞车提升管具的动力；根据检测到的状态分析绞车所处的状态，确定超级电容充电或者放电过程；检测滚筒旋转的速度和方向，进行势能回收发电控制。触摸屏安装在司钻房操作台上，显示绞车的工作状态，显示超级电容的充、放电过程以及各超级电容模块的电压、电流、温度等状态等。
常规发动机驱动钻机配置直流微网电控装置，具有以下意义:
取消发动机与并车厢之间的液力耦合器，利用调峰电机来抵抗冲击负载，节省传统安装业劳力耦合器后损失的10~15%的能量。
充分发挥辅助发电机的作用，除供给井场辅助电机用电外，多余的功率可以供给直流母线，存储在超级电容中。
吸收游动系统的势能,转化为电能，节约传统钻机利用刹车而损失的能量，提供给直流母线，存储在超级电容中。
利用超级电容的快充快放的能力储存势能回收发出的电能、辅助发电机以及调峰电机在绞车非提升时间内发出的电能。
在下放管柱、下套管等时（势能回收的能量大于提升空钩或单立根所需要的能量），可以利用超级电容存储的能量提升游车，而不用开发动机，达到节能的目的。
Claims (1)
1.一种钻机直流微网电控装置，其特征在于：包括辅助发电机、升压变压器、可控电流源AC/DC模块一、绞车滚筒、势能回收电机、可控电流源AC/DC模块二、超级电容器组、电容管理系统CMS、直流母线、电机驱动器、调峰电机、主控制系统、触摸屏HMI、司钻操作台，其特征在于：辅助发电机与升压变压器相连，升压变压器与可控电流源AC/DC模块一相连，组成辅发供电系统与直流母线相连，用于将辅助发电机除供给井场辅助设备用电外多余的电能转化为与直流母线电压相等的直流电；
绞车滚筒与势能回收电机相连，势能回收电机与可控电流源AC/DC模块二相连，组成势能回收系统与直流母线相连；将游吊系统的势能，通过势能回收电机发电、可控电流源AC/DC变流，得到与直流母线电压相等的直流电；
电容管理系统CMS与超级电容器组相连，组成的超级电容储能系统与直流母线相连；用于在直流母线上存在多余电能时储存的电能，需要电能时向直流母线释放电能；
调峰电机与电机驱动器相连，组成的调峰电机系统与直流母线相连；利用直流母线提供的电能提升或辅助提升管柱，且利用绞车非提升时间发电发动机动力供给直流母线；
主控制系统与司钻操作台、触摸屏HMI、辅发供电系统、势能回收系统、超级电容储能系统以及调峰电机系统进行通讯，组成控制网络，主控制系统实时监视钻机绞车离合器、发动机离合器、泥浆泵离合器的状况，触摸屏安装在司钻房操作台上，显示绞车的工作状态，显示超级电容的充、放电过程以及各超级电容模块的电压、电流、温度状态。
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| CN201721348394.5U CN207453954U (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 一种钻机直流微网电控装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117458551A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 四川宏华电气有限责任公司 | 一种适用于石油钻机的能量管理系统及其控制方法 |
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2017
- 2017-10-19 CN CN201721348394.5U patent/CN207453954U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117458551A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-01-26 | 四川宏华电气有限责任公司 | 一种适用于石油钻机的能量管理系统及其控制方法 |
| CN117458551B (zh) * | 2023-12-21 | 2024-03-19 | 四川宏华电气有限责任公司 | 一种适用于石油钻机的能量管理系统及其控制方法 |
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