顶驱电气手册.doc

目目 录录 1 1 概述概述 8 8 2 2 安全须知安全须知 9 9 3 3 主要技术参数主要技术参数 1111 3 1 3 1 基本参数基本参数 1111 3 2 3 2 电动机参数电动机参数 1111 3 3 3 3 钻井参数钻井参数 1111 4 4 电气控制系统组成电气控制系统组成 1212 4 1 14 1 1 顶驱系统简介顶驱系统简介 1212 4 1 2 顶驱系统通讯 12 4 24 2 顶驱电控房顶驱电控房 1212 4 2 1 电控房简介 12 4 2 2 电控房配电 13 4 34 3 交流变频驱动系统交流变频驱动系统 1313 4 3 1 进线柜 13 4 3 2 整流柜 13 4 3 3 逆变柜 14 4 44 4 PLC MCCPLC MCC 控制柜控制柜 1414 4 54 5 司钻操作台司钻操作台 1515 4 64 6 主动力电缆主动力电缆 1515 4 74 7 其他电缆其他电缆 1616 4 7 1 综合电缆 16 4 7 2 司钻台控制电缆 16 4 7 3 辅助动力电缆 16 4 7 4 接地电缆 16 5 5 操作程序操作程序 1717 5 1VFD5 1VFD 房启停房启停 1717 5 1 1 启动前的检查 17 5 1 2 上电程序 17 5 1 3 启动系统 17 5 1 4 停止系统 17 5 25 2 液压系统启停液压系统启停 1818 5 35 3 主电机加热主电机加热 1818 5 45 4 主电机冷却风机主电机冷却风机 1818 5 55 5 急停操作急停操作 1818 5 65 6 故障故障 报警报警 1919 5 75 7 故障查找故障查找 1919 5 7 1 空气断路器诊断 19 5 7 2 绝缘故障 19 5 7 3 PLC 故障检查 20 5 7 4 网络检查 20 5 7 5 驱动系统 20 5 7 6 系统断电和拆接 21 6 6 安装调试和维护安装调试和维护 2222 6 16 1 电气系统重新安装电气系统重新安装 2222 6 26 2 上电及检查上电及检查 2222 6 36 3 日常维护日常维护 2323 1 1 概述概述 交流变频顶部驱动钻井装置 以下简称顶驱装置 或称顶驱 是用以取代转盘钻进的新型石油钻井装备 顶驱装置是机电液一体 化 集成度很高的高技术产品 电气系统调试 操作和维修 是一 项非常重要的工作 顶驱产品电气系统的安装 调试 操作和维护 需要具有一定 资历和足够技术经验的合格人员担任 培训上述人员并使其具有资 格是顾客的义务 2 2 安全须知安全须知 以下安全须知对顶驱装置的正确安装 使用 维护十分重要 操作和维护人员必须仔细阅读 认真理解 1 禁止带电作业 包括 不要带电打开具有高电压处的安全遮挡物 不要带电维修或拆除任何电气元件 不要带电拔插电缆插头 2 不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或操作台 3 在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下 DC 24V 前 不要试图更换直流母线与逆变器之间的直流保险 否则会危及人身 和设备安全 4 需要对整流器或逆变器或电机维修时 请把主开关上的钥匙开关 向右旋转 锁定位 以避免错误操作 5 整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘 否则高测试电压会损坏 设备 6 司钻台在通电时必须保持保护气体压力 在司钻台保护气体失压 时 要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台控制电源 7 每台电机和控制箱必须正确连接到PE 母排或PE 线上 8 禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁 必须解除时 在清除故 障后 要尽快恢复功能允许的被旁路连锁 9 禁止非专业人员修改整流器和逆变器中设置的参数 否则可能损 坏机械或电气设备 10 在温度大于40 湿度大于95 或有凝露时 在启动空调降温 降湿前不要启动驱动器和其它控制电源 11 系统主电源意外断电半小时以上重新上电时 必须确认电气控 制柜内无凝露 12 在潮湿环境下 当电气室温度低于外界环境温度时 禁止长期 打开电气室仓门 否则可能会在电气设备上产生凝露 3 3 主要技术参数主要技术参数 3 13 1 基本参数基本参数 电源电压 600V 额定电流 450A 最大电流 775A 60S 3 23 2 电动机参数电动机参数 额定功率 350KW 额定转速 90r min 最大转速 180r min无级可调 3 33 3 钻井参数钻井参数 转速范围 0 180r min无级可调 工作扭矩 连续 36KN m 最大扭矩 1min 50KN m 4 4 电气控制系统组成电气控制系统组成 4 1 14 1 1 顶驱系统简介顶驱系统简介 顶驱电控系包括 VFD 房 司钻控制台 连接电缆 外围执行机 构 4 1 24 1 2 顶驱系统通讯顶驱系统通讯 PLC 系统与各控制站和驱动系统通过PROFIBUS 总线相连 PLC 与本体子站通过光纤相连 与其它子站通过屏蔽双绞线相连 系统 主控PLC 采用SIEMENS公司的模块结构 4 24 2 顶驱电控房顶驱电控房 4 2 1 电控房简介 电气控制系统包括的交流变频驱动系统和PLC MCC 系统安装在 顶驱电控房内 变频顶驱系统主要由总配电柜 整流柜 变频柜和 制动电阻组成 电控房配有两台空调 用户根据实际情况及时采取措施 调节 室内温度和湿度 同时配有自动温度 烟雾报警系统 室内温度过 高 可造成电控系统微电路工作不稳定 造成系统故障 室内湿度过高 可造电控系统器件表面结露 造成系统绝缘不 好及短路 造成设备事故 在湿度较大时要关好房门 用空调除湿 使室内湿度下降 在温度较高时要关好房门 用空调降温 使室内温度下降 还 可以把空调室外机排风口处百叶窗门打开 提高空调室外机排风能 力 4 2 2 电控房配电 VFD 房外部配有 380V 600V 变压器给电控房供电 电控房内配 置了室内照明系统 配电箱在房内办公桌上方 是带有漏电保护的 开关 辅助电路的电源为两套 长期电源和应急灯 长期电源来自于顶驱变频系统中的辅助变压器 380V 50Hz 应急灯用于顶驱电控系统维修且600VAC 电源断电时 电控房内 照明 4 34 3 交流变频驱动系统交流变频驱动系统 交流变频驱动系统包括整流单元和逆变器以及相关控制元件 为顶驱装置的一台交流变频电机提供动力 4 3 1 进线柜 进线柜由主空气开关 辅助变压器 绝缘检测仪 进线电抗器 等元器件组成 给整流柜和PLC MCC 柜提供优质电源 4 3 2 整流柜 整流柜由整流器和制动单元等组成 主空开合闸后 来自进线 柜的600V 主电源 经整定后输出直流电压到直流母线供逆变器使用 4 3 3 逆变柜 逆变柜由逆变器 出线电抗器等组成 4 44 4 PLC MCCPLC MCC 控制柜控制柜 PLC MCC控制柜包括各功能单元的逻辑控制和交直流配电系统 内控 外控 旋钮 将旋钮旋至内控位置时 将不能通过司钻 控制台起动变频器 只能用房内的启动钮起动 将旋钮旋至外控位 置时 不能用电控房内的按钮起动变频器 急停 按钮 在突发事件和紧急情况下 需要立即停止时按下 系统启动 在变频器需要启动或操作的时候 按下此按钮 系统停止 子系统处于停止时 变频器及司钻台将不能运行 OP27 控制屏 主要显示各电机的工作状态 变频器工作时的电流 频率 倾斜油缸 弹跳油缸 离合器等设备的工作状态 同时可实 现液压站电机 液压站冷却风机 液压站加热器的启停控制 4 54 5 司钻操作台司钻操作台 司钻控制台由 300 号不锈钢制成 采用防水密封门 并配有增 压防爆系统 该系统与空气净化器连接后提供防爆功能 可满足危 险地区作业的需要 电缆通过司钻台侧面的密封接插件进入 司钻台的面板上安装的主要器件是可供司钻操作的操作元件 仪表 操作元件包括按钮 功能选择开关 速度给定手轮 力矩给 定和上扣力矩给定等 速度和力矩给定手轮采用编码器 使控制更 加准确 可靠 提高了控制精度和使用寿命 速度控制手轮用来调整钻井过程中顶驱主电机的速度 上扣扭矩给定手轮用来设定顶驱电机上扣时的扭矩值 钻井扭矩给定手轮用来设定顶驱电机钻井时的扭矩值 4 64 6 主动力电缆主动力电缆 主电缆的作用是将变频柜的变频输出连接到顶驱上部的主电机 4 74 7 其他电缆其他电缆 4 7 1 综合电缆 综合控制电缆为多芯电缆 采用连接器快速连接 现场作业十 分方便 4 7 2 司钻台控制电缆 司钻操作台的控制电缆总共有2 根 12芯电缆 把司钻操纵台的手动信号送到PLC MCC 柜 其中2芯 为来自PLC MCC 柜的DC 24V 控制电源 2 芯为急停信号 其余备用 PROFIBUS 通讯专用电缆 抗干扰能力强 控制准确可靠 4 7 3 辅助动力电缆 辅助动力缆为电机加热器 液压泵电机 冷却风机提供动力 4 7 4 接地电缆 本系统提供两根接地极 长1 5m 外表层镀铜 在其接线处与 5m 长的接地电缆相连 接地要求 接地极尽可能深地钉入较好的土 壤内 定期浇水保持湿润 5 5 操作程序操作程序 5 15 1 VFDVFD 房启停房启停 5 1 1 启动前的检查 启动电气系统前 应当进行以下检查 检查确认机械和液压系统准备就绪 检查电气系统电气柜和司钻操作台的操作元件和仪表 使其 处于初始状态 按下 报警 静音 按钮2秒钟 测试司钻操作台所有指示灯 5 1 2 上电程序 确认所有电源开关 进线柜主空开除外 均已上电 电源正常 5 1 3 启动系统 将PLC MCC 柜面板上的PLC开关扳到 开 位置 系统准备 指示灯亮 600V 主电源通入整流器 顶驱装置进入就绪状态 来 自司钻台的使能信号将使逆变器启动 5 1 4 停止系统 停止系统的程序如下 将司钻操作台钻井 速度给定 手轮回零 旋转方向开关扳到 停止 位 司钻台使能信号去掉后 逆变器停止工作 顶驱装置 停止运行 5 25 2 液压系统启停液压系统启停 通过液压泵 运行 和 停止 开关启停液压泵 5 35 3 主电机加热主电机加热 顶驱装置主电机加热器电源正常且主电机未运行时 将PLC MCC 柜门上OP27控制屏的 电机加热 开关打到 开 位置 可以使加 热器开始工作 PLC MCC 柜门加热器指示灯显示运行状态 打到 关 位时 加热器停止工作 PLC 系统正常时 加热器与主电机连锁 加热器工作时 启动 主电机 加热器自动停止加热 主电机运行时 加热器将不能启动 5 45 4 主电机冷却风机主电机冷却风机 当系统运行时 可以直接启动主电机风机 建立风压 在建立风压之前 系统及主电机不能启动 将OP27控制屏 风机 置于 关 的位置 将停止主电机风机 风机 但是在系统运行状态 不管 风机 位置如何 风机均不会 停止 将 风机 开关置于 自动 位置时 在顶驱运行之前 主电 机的风机将启动 顶驱系统停止运行后 风机延时之后将自动停止 5 55 5 急停操作急停操作 系统出现紧急情况需要紧急停止时 操作人员可就近按下任意 一个 急停 按钮 顶驱系统所有设备快速停机 之后 将司钻台 所有开关复位到初始位置 系统恢复正常之后 确认系统无故障报警之后 将 急停 开 关复位 按下司钻台 报警 静音 按钮之后 系统复位 可进行正 常操作 5 65 6 故障故障 报警报警 系统出现故障时 PLC 柜故障指示灯和司钻台系统故障指示灯 将常亮 报警器发声报警 5 75 7 故障查找故障查找 顶驱控制系统装有 OP27 控制屏 当系统发生故障或工作不正常 时 可通过监控系统查找故障 5 7 1 空气断路器诊断 如果空气断路器意外脱扣 可检查回路上的器件或电缆有无相 间或线间短路 回路负载有无过载 5 7 2 绝缘故障 顶驱电气系统是浮地系统 IT 系统 在系统主进线处装有绝 缘监测仪 其可监视整流器进线侧 主动力电缆和主变压器的绝缘 如果绝缘检测仪发出报警 但主电源保持正常 系统仍可正常运行 但由于绝缘监测仪报警表示电源系统绝缘电阻下降或单相对地短路 所以必须尽快检查供电系统的绝缘 电缆连接头潮湿或污染 电缆 或变压器绝缘破坏可能导致绝缘下降 单相对地短路可能危及人身 安全 5 7 3 PLC 故障检查 顶驱PLC 程序具有丢站不停机的功能 但如果CPU 不能进入运 行状态 则输入 输出模块或CPU 硬件有可能损坏 检查CPU 之前 请先检查CPU 的供电电源 正确的电压是DC24V 检查CPU 时 在 CPU 上电后做系统存储器总清除 如果在进行以上操作后CPU 可运 行 则CPU 正常 否则CPU 硬件有可能损坏 通过STEP7 编程器可 检测输入 输出模块故障 其有完善的诊断功能 详细操作见STEP7 编程手册 5 7 4 网络检查 顶驱的网络系统是PROFIBUS DP 如果一个或几个站点丢失 首 先要检查丢失站的接口控制电源 正常的电源电压是DC24V 如果电 压正常 可检查是否有通讯电缆中断或连接插头松动现象 若无以 上故障 则接口模块有可能损坏 STEP7 同样可进行网络诊断 当 用万用表检查网络时 必须断开所有站点控制电源并拔下连接头 5 7 5 驱动系统 驱动系统包括整流器和逆变器 整流器和逆变器上都有PMU 操 作面板 当有故障或报警发生时 PMU 上的显示屏会有相关信息显 示 如果没有硬件损坏 操作PMU上的 P 键或司钻台上的 报警 静音 键可对故障进行复位 驱动系统详细维护操作 请参阅变频 器和整流器相关手册 5 7 6 系统断电和拆接系统断电和拆接 1 系统断电之前一些选择开关必须设置到初始位置 2 司钻台上的 操作选择 开关在 停止 模式 3 司钻台上的 旋转方向 开关必须在 停止 位 无方向选择 4 司钻台上的 钻井速度设定 手轮必须在零位 5 PLC MCC 柜上的 系统停止 开关必须在 关 位 6 关闭PLC 电源 7 由高层到低层分断各功能单元电源 8 分断照明及空调电源 6 6 安装调试和维护安装调试和维护 本手册提供了电气系统设备安装调试的一般要求和注意事项 本手册未涉及的内容 请查阅随机文件 安装调试手册 整体运输到井场后 安装步骤如下 全面检查各联接是否正确 校对无误后 可分别进行电气系统的调试 6 16 1 电气系统重新安装电气系统重新安装 1 VFD房必须水平放置并离开地面 以防止从底部进水 2 所有电缆插头必须拧紧 以防止松脱或进水 3 在VFD房附近必须制作小于4 欧姆的主接地极 并联接到电气室 的主接地排上 4 在连接到VFD房前 电机及其电缆必须检查绝缘 5 上电前必须仔细检查电缆连接正确性 6 检查控制柜内元器件及其支撑物 确认无由于运输引起的损坏 或松脱 7 检查确认选择开关的初始位置 6 26 2 上电及检查上电及检查 当所有电缆正确连接并且600V 主电源准备好后 顶驱电控系统 可以开始上电 1 操作进线柜上的电压选择开关检查各相电压在正确范围内 额 定600V 电压的 15 到 10 范围内 2 闭合进线柜内的辅助电源主开关 3 闭合PLC MCC 柜内的柜内照明和电气室照明开关 4 在潮湿或高温环境下必须先启动空调系统除湿和降温 5 由低层到高层给各功能单元上电 6 从监控系统检查上电状态 详