可控硅传动系统

1、可控硅传动系统I. 操 作本章介绍Ross Hill可控硅传动系统的操作及其性能和极限数据。1概述可控硅传动系统用作电能转换及其控制钻机。 该系统从原动机一发电机组得到交流电源， 输出 可变直流电源给驱动电动机。见图 11原动机交流发电机电器开关装于柜中。每个柜作为传动系统中的一个完整的单元，来执行某一单项功能。例如发电机 GEN柜装有控制发电机组的开关设备，磁场供电柜装有给并励电动机提供磁场电流的电路。装在钻台绞车附近的司钻控制台有一个配置开关和指令控制器来实现所有直流钻井功能。附注控制台如泥浆泵控制台可以就地控制泥浆泵。电动机控制中心MCC 装有个直流电动机交流风机及其他辅助控制机械。 如

2、泥浆泵连杆和链条注油器的满电压不可逆FVNR 启动器。A技术规格可控硅系统符合电器，电子工程师学会IEEE 45对电气控制设备的要求。海上系统符合美国船级社ABC,美国海岸警卫队USCG,劳氏船级社的规定，钻井设备 也附和挪威船级社的标准。电动机控制中心也符合全国电器制造商协会NEMA1的规定。1电气规格见图12A三相交流输入电压：600伏特交流 线电压频率：60赫兹功率：4台1062.5千伏安发电机4台CAT D399柴油机1台750千伏安发电机1台CAT D398柴油机B直流输出4套中的每一套可控硅单兀直流电压:0750伏特直流电流:01650安培连续工作2机械规格A柜体。是由规格为12的

3、冷轧钢板制作。柜体是防滴型。所有的门均由铰链固定并有门锁。 柜内是铜母线，外表镀银厚度为 0.0005吋0.0013厘米。尺寸：每个柜高90吋230厘米，宽度与深度可变。确切的尺寸参看各有关局部。重量：重量在1500磅675公斤到2500磅1125公斤之间变化。确切重量参看各有关部 分。B控制台。控制台由规格为12的316号不锈钢板制作，控制旋钮和操作杆也是不锈钢的，所有仪 表和信号灯都装钢化玻璃罩。整个控制台为防水的。司控台内部都充气增压防止司控台电器火花引 起爆炸。B功能概述由图13可见，交流动力集中到交流母线上。 从母线输入的交流电经过全波可控硅桥整流。 桥的输出时加到直流驱动电动机。断

4、路器用来使个发电机和可控硅桥与母线隔离。系统各单元能实现如下五种功能：1。交流电源控制2。直流变换和控制3。直流分配4。交流配电和电动机控制5。系统的保护1交流点换控制每一个发电机单元都有交流电压调节电路。它是调节发电机励磁电流而到达稳定的600伏特交流电压。同样，柴油机都有调速电路以调节柴油机转速而到达稳定的60赫兹频率。当有几套柴油机一一发电机组同时向母线馈电时，主从电路是用来使有功负载均衡分配。交流 电压调节器电路均能调节 3%的压降。在系统中任何一种负载情况下，都可以改变电压调节器旋钮标度使无功功率分配平衡。因而系统不管伏在如何变化始终保持平衡。2直流变换和控制可控硅桥使交流变换直流。

5、可控硅的触发极由出发脉冲所控制，得到0到750伏连续可变得直流电压，供应驱动电动机。3直流分配可控硅桥的输出经接触器供应驱动电机。司控台上的指配开关用以变换接触器逻辑，在不同 的开关位置可以获得不同的直流功能。例如一个位置可以使用两台绞车电机， 转盘和一台泥浆泵电动机运转作为起下钻用。另一位置比拟适宜钻井，即转盘电动机，两台泥浆泵和绞车电机相串联投 入运行。参看图1 4,图指示出一个典型的指配开关。指配开关的位置是按照钟表上的小时数那样排列的。12点钟位置相应与“断开。8点到11点位置适宜于起下钻，1点到4点位置适宜于钻井，各位置的标框内列出了各电动机被指配到不同的 可控硅单元上去。例如在1点

6、位置，4号可控硅单元供电给转盘电机。4交流配电和电动机控制交流动力由母线经过接触器，然后加到降压变压器。变压器输出经电动机控制中心 MCC 配电到不同的功能。Ross Hill控制公司提供的MCC装 有用于各交流电动机的断路器和组合式启动器。启动器可通过 手动 断开 自动HOA 开 关或启动 停止按钮实现遥控或手动操作。5系统的保护传动系统有后备能力来预防主要钻机功能的丧失。受保护电路监视的不仅有发电机组， 直流驱动电动机和交流装置，而且包括传动系统中的各个装置。A后备能力。发电机输出集中到公共母线。整个动力可馈电给一套直流功能的装置或馈电给几套不同直流功能的装置。所以一台原动机停机不会引起任

7、何直流装置功能的丧失。每套可控硅桥的输出至少连接到两台电动机。 所以一套可控硅桥故障，司钻简单的扳动开关即 可使任意一台电动机保持供电。一个功率限制电路，是用来预防总的直流负载超过运行发电机容量的。如果可控硅系统使发电机过载，该电路将保证不会引起全系统运转中断。 B 保护。司控台上有一个紧急断开按钮，借此可断开可控硅桥断路器来切断直流负载。 发电机断路器安置在发电机和母线之间，当过电流，欠电压，过电压，过频率，逆功率时 自动跳闸。浪涌吸收网路削平交流母线上尖峰脉冲，否那么该脉冲可能损坏可控硅元件。 当相应的连锁定位开关置于接通位置时，电动机风机通电。 限流电路预防电机损坏。各电动机限流电路的极

8、限值在制造时已经设定。 一套接地检测电路通过面板上的指示灯和仪表， 来指示交流和直流接地故障。 仪表指示交 流和直流接地电流百分比。由于过电流，超温，紧急停车或熔断器熔断，可控硅自动跳闸，切断可控硅桥。 当脚踏指令器松开时，经 2秒后绞车动力制动器迅速减慢电机转速到手动主令控制器所调 定的速度上。用在直流串励推进电机上的推进器助力制动器， 控制驱动电机的电源， 就可使推进器轴从 正向转动变成反向转动，或者相反运行。在采用并励电动机转动系统中装有失磁继电器， 如果磁场电流断开， 电动机的电枢即从电 路断开。弱磁电路用来减小加到电动机上的磁场电流， 从而在较低转矩得到较高转速。 此功能常用 在水泥

9、泵和绞盘的并励电机上。在利用一套可控硅单元去传动两台并联的串励电机系统中， 使用链轮滑动电路。 如果一台 电机和负载之间链条打滑或断开， 该电路切断电动机的直流电源， 从而使电机防止因失去负载 而超速。2. 操作程序 传动系统的操作包括四项连续操作： A. 启动原动机B. 将发电机的输出接到母线上C. 对可控硅桥供电D. 对具有交流或直流功能的装置供电第一项操作需要电工和轮机工配合。 下两项操作由电工观察指示器并操作柜体外表控制器来实 现。最后一项为哪一项通过控制台和电机控制中心实现。下面将只对前三项操作做概述，进一步说明可参照控制台和电动机控制中心局部。图 16到 1 9为典型的电气设备控制

10、器和指示器。A. 启动原动机 使相应发电机的断路器复位 使原动机超速杆复位 将原动机控制器开关置于“怠速位置 1 对于自动启动系统，之需要接通空气启动器。当原动机转动时，发电机内部的电子调速器将 自动担负控制作用。 发电机运行指示灯微亮。 对于手动系统， 在调速器投入前手动控制油门。 2 原动机怠速运行时间由原动机制造厂商推荐 3 将原动机控制开关置于“运行位置原动机转速将上升到额定转速 4 发电机运行指示灯完全点亮B. 使一台发电机投入电网1转动同步开关到“同步位置。现在同步板上的电压表和频率表读出的是发电机的数值。 在有些 1200型。1500 型系统中，同步开关做成“母线发电机断开形式。

11、将开关 置于发电机位置。在 1600 系统中，开关做成“手动断开自动模式。将开关置于 手动或自动位置。2调节电压调节旋钮，使发电机交流电压到达 600 伏特，将旋钮下面小手柄顺时针旋转锁紧 调整旋钮。3调节速度调节旋钮，使发电机频率为 60 赫兹，锁紧旋钮。4闭合发电机断路器。在 1600 系统中，电器操作开关有控制柜面板上“闭合断开按钮 控制。5发电机投入网路指示灯亮，表示发电机输出以接到交流母线。将同步开关置于“断开或 “母线位置便能读出母线的电压和频率。C. 使追加的发电机投入电网1。启动原动机如 A 节所示。当原动机到达“运转速度时，发电机的运转指示灯变亮。2到“同步发电机自动位置。3

12、调节交流电压要 600 伏。4调节原动机速度到频率接近 60 赫兹，也就是同步指示器转动缓慢，同步灯亮度变化缓慢5当指示灯熄灭同步器指针位置垂直时，闭合发电机断路器。D. 接通可控硅单元 1。确定直流组件上的手动开关是在“断开位置。2。使可控硅断路器复位。3。闭合可控硅断路器。可控硅投入指示灯点亮。4。确保所有可控硅风机运转，直流组件上电源指示灯亮E. 运转电动机的准备1闭合给交流电源到配电变压器和电动机控制中心的馈电断路器。2闭合个风机和辅助机械的断路器，将 HOA 开关置于“自动位置。3 如果电动机是并励的，在接上适宜的磁场电源时，每台电动机的励磁电流应该接近50安F. 正常运行1无功功率

13、分配均衡。转动各电压调节旋钮，使各发电机的无功功率千乏分配均衡，并锁 紧整定值。这样可使各发电机的无功电流输出相同。2有功功率均衡分配。一个主从电路可使各发电机有功功率千瓦自动保持平衡。这样可使 个原动机负载相等。对母线供电的发电机号最小的一台是主发电机，其余发电机是附属的。例如一号发电机，二号 发电机，三号发电机，一号发电机是主发电机。千瓦和千乏均衡分配的结果使所有发电机电流读数相同。3功率分配。总功率的分配符合以下等式直流功率 = 总功率 交流功率追加并入电网的发电机增加总功率。 要增加直流功率就要增加总功率。 交流功率只是直流功率 的一小局部。要增及某一专用直流功率装置的功率，就要减小其

14、他直流功率装置的功率。由于公用母线的特性及具有功率限制电路， 只需要将和负载相等容量的几台发电机投入网路就 可以。这就提高经济性和效率。G 应急运行 1 单元故障。各单元接入母线时，发电机投入信号灯和可控硅接通信号灯亮。当某一单元从母 线上切断时，相应的指示灯熄灭。如果一台发电机或可控硅故障时，系统可转移到另一单元 上继续工作。 2 同步故障。如果同步指示器故障，此时发电机并联可使用同步信号灯。如果指示器和信号灯 均故障，可使用万用表。 3 瞬时交流浪涌。如果浪涌吸收装置的进线熔断器熔断，绿色浪涌吸收信号指示灯将熄灭。 翻开装置的防尘罩前，至少等 10 秒钟等电容放电。切断电路并检修电路。再闭

15、合电路使其重 新工作。面板上的指示灯重新点亮。 4 逆功率。当反向有功功率千瓦超过 7%时，发电机断路器跳闸。面板上逆功率指示灯变 亮。如果逆功率是由原动机燃料缺乏或超温引起的， 该原动机将熄火。 该原动机再次启动并入网 路后，逆功率指示灯仍然亮着，只有按下复位按钮，信号灯才熄灭。 5 链轮滑动。由于链轮滑动或链条损坏而引起泥浆泵分配接触器分断，链轮滑动信号灯亮。链 条修复后，按下链轮滑动复位按钮，才准许接触器闭合。6接地故障。 三只接地故障检测信号灯以及交流和直流接地电流表指示接地故障。 这些仅起指 示作用，故障点必须加以寻找。交流接地故障可能在交流供电网路的任何一处发生， 发电机到交流母线

16、的电缆， 去交流电动机 的配电装置，以及柜体本身的交流母线。接地检测信号灯将区分那一相故障，用百分数表示的交流 接地电流表只是故障的程度。直流接地故障能沿着直流网路从可控硅桥正负母线到电动机电缆之间的任何一处发生。 靠观察 直流接地表判断那台电动机故障。如故障电动机转速升高或降低时，接地表指针将摆动。H .停止工作说明 1 可以用切断可控硅断路器来断开可控硅单元。此时可控硅信号灯将熄灭。 2 可以用切断发电机断路器来是运行的发电机从母线上断开。 此时发电机投入网路的信号灯将 熄灭。 3 可以用将原动机控制开关置于怠速位置来使原动机停车。 原动机怠速时间由原动机制造厂商推荐。 将原动机控制开关置

17、于“断开位置，原动机停止转动，发电机运转指示灯熄灭3.性能图 1 10 表示可控硅桥的电流电压关系曲线。图 1 11 表示直流驱动 GE 752 电动机的 速度转矩曲线。本章介绍通过定期功能实验和实现维护来保证心痛正常运行的知识。 如果系统出现功能实验中所指示的故障，参考第川章故障寻找的排除指南。1 接受和装卸可控硅设备安装在一个如一座载重汽车大小的房子内。房子是整装的，用结构钢建造，装在油 田滑橇上。外部装置如发电机、电动机和控制台的电缆是装在防水插头板上。由于房子不是规定的尺寸， 那些设备在汽车装卸时应防止过大的机械冲击， 并防止在钻井期间 可控硅设备由于潮湿和灰尘造成损坏。2安装 如果可

18、控硅房不是规定的尺寸，参照以下说明1初步考虑A门的外形尺寸 。可控硅房必须有充足的余地准许门翻开 90°。门高应为柜体的总高。房 子的高度必须有空间布设电缆架，管道和沟槽。B通风和沟槽 。当柜体密闭在房子中时，室内空气必须每分钟更换两次。室内前部和后部的 沟槽应强制空气流经整个房子。C热损。 可控硅系统的热损，全由墙、地板和天花板所隔离而容纳在房中，不包括配电变压 器，直流负载每 1000马力约 2.5 吨。D减震器。如果柜体安装在振动很大的场所， 如靠近原动机垫板附近， 柜体应装在减震器上， 振动频率应在 30赫兹以内，振幅不应超过 0.02 厘米，推荐使用 Korfund 减震弹

19、器。2定位用起重机提升柜体放在通常的安装区域内。每个柜体使用四个提升点。使用液力手推车去移动柜体到正确位置。 对宽柜体，如电动机控制中心， 必须使用两台手推车 用毛毯覆盖手推车垂直架的梁以保护外表的光洁。A在移动中要滑动在柜体下部的手推车叉子。B提升柜体约 6 吋 15 厘米。C仔细推柜体入位，放下并移去叉子。3安装A 使柜体于边紧贴。B使用长11/2吋的3 / 8吋螺栓将柜体的顶部与底部固定在一起。C 将交流母线与各柜母线连接在一起。4电缆安装可参照可控硅图册中的电缆图。柜间电缆有用户提供。端子为一个带有1/2吋直径螺丝孔的镀银铜板。用于应提供单眼镀银铜弯形接线片。不使用 螺旋式压力接线。

20、5 控制台司钻控制台安装在绞车气动控制台顶上。驾驶室和原动机机房控制台是焊接在个房间地板上。 泥浆泵和水泥泵控制台带有两个支架安装在墙上。每个直接具有一个 1/2吋直径的螺丝孔。详细 安装可参照个控制台局部。控制电缆端线是由底部引进的。用插入式Pyle National连接器或通过填料管送到螺旋式端子 板。3.实验本局部介绍可控硅传动系统正常功能的实验。每天进行试验。如果系统故障而要实验任一部 分时，那么参考故障的寻找和排除局部以便找到故障的位置。A.平安措施如果操作粗心，可控硅传动系统能遭受到严重伤害。必须时刻预防电击1 协作 维护工作由两名电工一起进行，这样在危机使能互相救助2个人佩戴 不

21、要佩戴金属表带、戒指或手镯3带点电路 除非不带电的，否那么所有电路均看作是带点的。备注 ： 最小间隙规定1到柜顶： 20 吋2翻开前门 90°： 25吋3翻开后门 90°： 25吋4整个系统重量约 15000 磅4工具 所有电器工具应接地。工具应接绝缘把柄。工作结束后不要以往工具在柜体中。5熔断器 压下熔丝的塑料外壳来闭合熔断器。不要将手指置于外壳下。6火灾 火灾时应切断对每个单元的供电。使用的灭火机，确保是熄灭电器火灾，而不能使用水。B 逐 日检察进行以下检查来确保传动系统的正常功能：1检查柜体和控制台上的信号灯和仪表。2检查接地指示器。所有信号灯应发出暗暗的桔黄色。接地

22、电流表为零。C 按 月检查进行原动机超速及逆功率实验。参考发电机局部的说明4维修维修工作包括清洁系统元件和更换损坏或磨损原件。定期维修能使 Ross Hill 系统比拟可靠和延长寿命。一个可靠的系统不大可突然出现故障或性能恶化，下面将加以详细说明。系统的可靠性差，往往由三个因素造成，及部件的质量低劣，操作粗心和环境恶劣。A 质量Ross Hill 控制中心制造和实验部门尽力实现消除故障源。系统通过各种运行情况的严格实验。电子组件放在165T(75C)。这样原件在刚运行时即可发生故障，而在加载前更换。B 粗暴运行传动系统应在他的能力范围运行。 超过额定条件的运行， 系统将严重过载。 控制器应小心

23、操作， 粗暴的操作可能造成破坏性的瞬时过负荷。C 环境(1) 热元件可能因为过热而突然损坏。虽然传动系统可以在- 22 122T (- 30 50C)温度间工作, 但在额定温度下系统工作比拟可靠。在极限温度下元件老化较快。每套可控硅柜中有六台通风机消散电气设备发出的热量。 作为进一步的措施， 对主要单元如可 控硅和电子组件为使其快速冷却，加装散热片。常常因过热只是检查设备的装配情况，往往因接触 不良而引起碳化或烧坏绝缘。虽然不致成故障，但要更换损坏的元件。( 2) 振动 传动系统本身不会产生振动。振动来自旋转机械，如发电机组引起的机械力，该力能使导线接 触不良和绝缘损坏( 3) 灰尘灰尘因静电

24、电荷吸附在高压元器件外表。结果可能造成电路中断甚至短路。( 4) 潮湿潮湿加重灰尘引起的问题，污物固结在元件上，电导率增加。甚至引起腐蚀。维修工作包括三项：清洁，检查和更换。D 清洁用清洁剂润湿棉布，去擦拭柜体外表。最后要擦干外表。注意在清洁前断开系统。在小面积上实验清洁剂，保证它不会损坏塑料部件或绝缘，或使油漆脱落E. 检查在出现过热和腐蚀时，应检查系统的元件虽然他们不一定完全损坏，但也要给与更换。检查破 裂或绝缘损坏的导线和电缆。拧紧所有接触不良。检查开关、旋钮和按钮能否在操作时顺利活动。 注意草率的检查本身能造成故障， 。不要拉电缆导线的铠甲层、摇动电子装置或旋钮的支架。尽可能用目视检查

25、。F. 每周维修1) 清洁所有的柜体和空气过滤器2) 检查司钻控制台和脚踏指令开关的空气压力。如果控制台箱体有潮气，必须在气路 内放置枯燥剂。3) 检查分配接触器。其线圈有否过热标志，例如变色或绝缘老化。检查接点有否腐蚀 或烧熔。4) 清洁测速计插件。G. 每季维修如前面局部所清洁和检查系统元件，拧紧母线螺钉。川 故障寻找和排除本章将介绍如何寻找可控硅系统中的故障部件。故障寻找和排除，首先得弄清楚引起故障的可能性。然后缩小范围对柜体和控制台进行检查， 再对内部装置进行检查，最后检查元件。故障可根据发生故障的迹象来迅速寻找故障点。如仪表超 量程断路器跳闸以及元件冒烟。逐级逼近地寻找故障包括下述几

26、点：故障的分析、面板指示器的分析，系统的分析及信号的追A. 故障的分析 如果找到故障的特征，故障的排除那么比拟容易比拟快。 有时系统的不正常可能是由于误操作造 成。例如司钻可能忘记接通位置开关，而将指令器翻开，而此时可控硅单元又存在缺陷，就会引起 故障。电动机或发电机的不正常现象，可归因与可控硅系统。在进行广泛的修理前，例如更换可控硅 元件，要确定故障不在系统外。如果故障造成关断或接通，用纸带记录仪保存下来的系统参数可能是有用的。B. 面板指示器的分析 许多故障可能靠面板仪表能找到。 面板上的警告信号灯指示出是否存在接地故障、交流浪涌，链轮滑动和逆功率情况。运行灯只 是发电机或可控硅是否在母线

27、上。 电压表和电流表提供重要的故障检查资料。 例如电动机堵转是由 大电流低电压指示的。小电流高电压是电动机空载指示。C . 系统分析判断系统故障与否时，可将其分割成有关的单元和方块。不管单元内部如何，简单地考虑其输 入和输出。参见图 3 1 故障单元不能发出正确的输出。故障可能由于不正确的输入引起。如果不是输入原因，单元内 部某些元件可能有缺陷。要寻找系统的故障，首先应检查可以单元的输出并隔离故障单元，然后检 查故障单元的输入。如果输入单元中有一个不正确，那么追查不正确单元，如果输入都是正确的，那么 故障在这个单元内。用类似的系统分析方法来找出系统单元中的故障部件。大多数可控硅传动系统单元的输

28、入有两种形式： 电源和控制。 比方可控硅单元必须有电源输入 和触发极上必须有出发脉冲。如果两种输入均正确，那么元件本身有问题。D 信号追踪 靠追踪故障信号能方便地找出故障单元。 参考图 3 2，电动机能在两套动力线路中任意一套上运行。 如果运行不灵， 问题可能出在电 动机、指配开关或馈电电路中。 动力线路故障能简单地切换电动机到另一套动力线路而检测出。 如电动机运行正常， 证明第一 套线路有问题。 每套动力线路的各元件串联连接。如果电路有问题，所有元件和连接都值得疑心。从电动机端 返回到发电机端靠追踪电源找故障元件。 开始时信号追踪在电动机上。如果有供电电源，显然电动机有问题。我们不需要再往下找了。 如果没有供电电源， 检查接触器两侧。 如果在可控硅侧有电源， 电动机侧没有， 那么接触器是断开的。 同样信号追踪要向发电机方向进行。知道找出有问题的元件为止。在极长的串联电路中，适宜 的方法是将电路分成两段。在中间开始向