ABB变频器在石油钻机中的应用研究
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【摘要】随着科学技术的不断进步，交流变频器在石油钻机应用中已经逐步取代了直流电机。abb是全球变频控制器和电机领域的市场领导者，ABB交流变频器用于控制标准感应电机的速度和转矩，而标准感应电机则是工业领域的主要设备。本文根据ABB变频器的原理与石油钻机的工艺要求，分析ABB变频器在石油钻机的应用以及优势。
【关键词】ABB变频器 钻机 绞车 转盘 泥浆泵
在现在先进科学技术的推动下，石油钻机逐步进入了数字化、智能化的时代。尤其是近年来半导体技术和动控制理论的的快速发展，使得石油钻机可以采用AC一DC一AC交流变频电的驱动方式，极大地推动了石油钻机向交流变频电驱动的方向发展。变频交流电机由于其先天性的优势已经逐步取代直流电机，成为了目前石油钻机的核心部分。ABB交流变频器用于控制标准感应电机的速度和转矩，而标准感应电机则是工业领域的主要设备。ABB是全球变频控制器和电机领域的市场领导者。本文根据ABB变频器的原理与石油钻机现场的工艺要求，分析ABB变频器在石油钻机50DBS中的应在电驱动控制领域中，现代控制理论与微电子计算机技术的完美结合开发出了交流矢量控制变频调速技术。它是电动机理论、矢量控制理论、计算机技术与新型大功率变流器件相结合的产物。它的出现开创了交流调速系统取代直流调速系统的新纪元。该技术成功地应用于驱动石油钻机的实践过程，日益显现出其强大的生命力。在与先进的现代钻井工艺结合上有着其它系统无与伦比的优越性，因而交流变频电驱动系统成为石油钻机驱动的发展趋势。
1 ABB变频器简介
ABB变频器是由ABB集团研发生产的知名品牌交流变频器变频器，是全球变频控制器和电机领域的市场引领者。主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度和转矩，具有稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性及超强的过载能力。
ABB工作原理：通过将380V交流电压整流滤波成为平滑的510V直流电压，再通过逆变器件将510V直流电压变成频率与电压均可调的交流电压，电压调节范围在0V～380V之间；频率可调范围在0HZ～600HZ之间，以达到控制电动机无极调速的目的。ABB交流变频技术扩展了电机的转速范围，由零一直到远高于额定速度，从而使得传动过程的生产效率得到显著提高。变频器也在低容量的情况下通过降低电机转速来节约能源。
ABB交流变频器的安装设置以及使用都简单便捷，可以节省大量时间。它们在各个领域的机械设备中广泛供应，因而称之为标准变频器。这类变频器具有与现场总线通用的客户与流程界面，规格设计、调试及维护具有通用的软件工具，还有通用的备件。和其他变频器相比，还具有灵活供电电源连接、更低谐波、降低能耗、静态无功补偿以及安装、调试便利的特点。
2 钻机操作中的特殊要求
钻机设备主要包括三部分，即绞车、转盘、泥浆泵。
绞车由电机、滚筒、齿轮箱、离合器、制动器和控制设备组成。绞车主要用于起落井架，提升和放下钻杆、套管等。当钻井的深度越来越大，钻具的总量随之增大，绞车的负载也越来越大。由于每一节钻杆的长度有限（大约9m），所以每次进尺约9m的时候就要提升下放钻杆，对钻杆进行加长。随着钻井深度增加，绞车工作时间的比例会越来越大。因此提高绞车的效率就能缩短工作时间，降低成本。
转盘的主要作用是带动钻具旋转，使钻具往深处钻井。钻井的速度主要是由转盘转速和压力的改变来调节的。钻进时为正转，卡钻时则为反转。如果转矩波动较大，很容易出现正转时钻杆折断和反转时钻杆脱落的情况。因此保证电机能输出平稳的转矩是钻井工作能顺利进行的重要影响因素。
泥浆泵的主要作用是输出泥浆，将泥浆从钻杆的上部注入。泥浆流经钻头后从钻具和井壁的缝隙流出，起到了类似于人体血液的作用。
泥浆与钻头一起冲击地壳，冷却钻具，把碎屑带出，也使井下保持压力，防止井喷。泥浆泵的冲数与压力主要由钻具的速度决定，也间接地和电机的输出转矩与速度成正比。因此，根据实际情况及时设定和调节泥浆泵的输出参数对钻具的保护和钻进的顺利进行也具有重要影响。
总的来说，钻井工艺对电机设备具有的特殊要求如下：
（1）绞车电机要求负荷变化范围较大，具有正反方向转动的无极变速，超强的过载能力。
（2）转盘电机要求能够能精确设定转矩，电机能够输出平稳的转矩，正反转无极变速，短期过载，出现故障时能及时刹车，还需要调节灵活。
（3）泥浆泵电机要求能够精确设定转速和转矩。
3 ABB变频器的优越性
ABB交流变频器能在石油钻机中广泛应用，是因为其特点具有很大的优越性，能够极大的满足钻井工艺的要求。
ABB交流变频器采用数字控制方式，这是它最主要的优点。可以对每个控制单元执行进行精确的设置，能精准的控制所有的单驱动电机，使多台电机并联驱动时每台电动机的功率差不超过1%。这个功能可以满足绞车的短期过载，使得绞车载荷超重时，系统不会停止工作。
ABB变频器可以任意设置电动机的制动时间，不需要专门的刹车装置就能进行动态情况下的自动刹车，安全高效。直流电动钻机的固有缺点是电网功率因数低下，谐波污染严重，而ABB变频器基本上都解决的这些问题
4 结束语
ABB交流变频驱动具有所无法比拟的优越性，是现代钻机发展的潮流方向。毫无疑问，要提高国内的钻探水平，交流变频电动钻机是最佳选择。
参考文献
[1] 刘爱群，卫枫，薛明浩.A B B 变频器在石油钻机中的应用[J].科技资讯，2011（1）
[2] 高成海.变频器在石油钻机的应用及分析[J].石油行业应用，2005
[3] 张寒梅.交流变频调速系统在石油钻机上的应用研究[J].甘肃科技，2008，24（18）
作者简介
张伟（1981-），男，电气工程师，本科，毕业于郑州大学机械工程学院，现任职于中原塔里木钻井公司钻井队，从事电气维修（包括交流变频）和设备维护及管理工作。