全数字电动钻机简介

1、全数字电动钻机简介系统组成和设备介绍本系统由辅助柴油发电机组、1座VFD电控房、1座MCC房、1座司钻控制房、2台绞车交流变频电动机、3台泥浆泵交流变频电动机、1台送钻交流变频电动机、1台转盘交流变频电动机/顶区系统、组合液压站、各种传感器、气控元件、液控元件等构成。本套系统划分为：供电，配电和控制三大部分。供电回路采用：主发电机组和备用发电机组供电两种方式。设计备用发电机组的目的是：当主发电机组不能运行的时候，提供备用能源以保证应急操作；当主发电机不必运行的时候，提供维护动力。配电部分可划分为：变频传动部分和低压配电部分。变频传动部分采用的是ABB ACS800柜体式传动单元。该单元包括以下

2、部分：柜式DSU整流单元、柜式逆变单元和制动斩波单元; 整套传动系统采用冗余分段直流母线供电方式，如若出现一套整流设备有故障，可以闭合直流母线联络开关通过另一套整流设备可为整个传动部分提供直流电源，保证正常的钻进作业，不至于停止作业。低压配电部分回路主要由：施耐德的MT框架型断路器、NS系列塑壳断路器、LC1系列接触器、LR2/LR9系列热继电器，鼠笼式电动机等组成。系统单线图如下所示：系统概述 控制部分选用西门子S7-300系列PLC，模块化、无排风扇结构，易于分布、强大的CPU处理能力，使得非常适合于石油钻机井场环境。应用PROFIBUS总线技术，可以实现CPU与PROFIBUS网络上的其

3、它分布式站点之间直接的高速、可靠的数据传输，从而建立了该套电气系统的控制脉络。采用西门子触摸屏，应用自行开发的触摸软件，通过精美，简洁，实用的操作界面，为司钻提供简单轻松的操作，大大减小了工作强度；且带有实时设备和钻井工艺的状态数据显示，为司钻判断设备情况和钻井状态，提供了可靠实时的依据；同时为故障追踪，设备维护提供相关信息。CPU应用本公司自行开发的软件能满足一切井场工艺需要；提供了强大的故障追踪功能；提供了对误操作的强有力的保护、纠错，且有相关提示信息；强大的设备自检能力，且有提示信息，防止了重大设备损坏的发生。房体组成及内部柜体房体组成及内部柜体ZJ70DBS钻机电气传动控制系统（下简称

4、系统）主要由多台主柴油发电机组、一台辅助柴油发电机组（可选设备）、1座VFD房、1座MCC房、1座司钻控制房组成。 VFD房房(图图 1.1 VFD房平面布局图房平面布局图)VFD（变频驱动）房内介绍VFD（变频驱动）房内包含：多台发电机控制柜和1台同期柜作用：对4套柴油发电机组进行并车和控制，为系统提供600V/ 50Hz交流电源。其中在同期柜内放置1个施耐德（Schneider）MT断路器，为顶驱提供600V/50Hz电源。2套ABB整流系统作用：把600V交流电整流成840V直流电，为逆变装置提供直流输入。6套ABB逆变装置作用：2台绞车逆变装置、3台泥浆泵逆变装置、1台转盘变频装置为相

5、应的交流变频电机提供电源，满足钻井作业需求。2台ABB制动柜和匹配的制动电阻作用：组成能耗制动的控制和能耗单元，用于消耗直流母线上的所有逆变变装置的回馈能量，完成能耗制动功能。1个OETL（直流母排开关）柜作用：起连接两段直流母线作用。如若出现一套整流设备有故障，可以闭合直流母线联络开关通过另一套整流设备可为整个传动部分提供直流电源，保证正常的钻进作业，不至于停止作业。VFD（变频驱动）房内介绍1个PLC柜作用：内装有两套独立运行的S7-300控制系统，通过采集数字量和模拟量，再经过CPU的逻辑运算和处理，能对整个系统进行综合控制，柜门上的A-B触摸操作一体机，通过不同的画面，可以实时的观察整

6、个系统的钻井参数，且记录保存数据，以备查询。1个开关柜（Switch Cabinet1）作用：内置1个MT开关（Q11），为动力变压器T1提供600VAC进线电源；还安装有若干提供220VAC的空气断路器。1个自动送钻柜和匹配的制动电阻作用：配备ABB/ ACS-800-0100单传一台，为自动送钻电机提供变频电源；制动电阻用于消耗自动送钻电机在游车下放过程中的能量反馈。该套装置为浅地层、钻压波动较大地层、要求慢钻进速度底层提供衡钻速、衡钻压工艺操作。1个MCC柜（MCC柜）作用：为绞车、转盘、泥浆泵提供风机、油泵400VAC动力电源。1个大功率空调作用：制冷空调，对VFD房内的温度进行调节，

7、以其适应不同的气候环境。MCC房介绍房介绍1 MCC房体布局图房体布局图MCC（马达控制中心）房的组成：多个MCC柜作用：为整个井场的钻台、泥浆泵房、泥浆循环罐区、油罐区、机房、水罐区等区域的交流电动机提供动力，进行控制。1个开关柜（Switch Cabinet 2）作用：开关柜2内有1个MT25(Q12)为变压器T1（600VAC/400VAC）出线开关，1个MT06(Q13)断路器为辅助发电机400V电源出线开关和1个塑壳开关(NS400)为变压器T2（400VAC/400VAC）提供400VAC进线电源。1个空调作用：制冷空调，对MCC房内的温度进行调节，以其适应不同的气候环境。1个照明

8、柜(Lighting Cabinet)作用：安装有塑壳断路器和空气断路器，为系统提供400VAC电源和220VAC照明电源。2个变压器作用：变压器T1（600VAC/400VAC，）为整个井场提供400VAC动力。变压器T2（400VAC/400VAC）提供照明用电源。司钻房司钻房 1.3 司钻控制室平面布局图司钻控制室平面布局图司钻控制室介绍司钻控制室介绍司钻控制房主体墙面及操作台为全不锈钢结构。司钻操作采用电、气、液一体化设计，实现钻井、钻井参数的集中操作控制和显示。房内电气系统由PLC柜、电控柜、触摸屏、绞车速度给定手柄及连接电缆等组成。司钻操作控制系统采用PLC控制，主要的操作控制功能

9、全部采用电气操作包括液压阀件和气动阀件的操作司钻通过对触摸屏的操作实现转盘、绞车、泥浆泵控制。并具备完善的连锁保护功能。如游车的位置闭环控制，实现防止游车的上碰下顿的保护，同时还有过卷阀在机械上对它实施防止上碰下顿的保护，还具备电气系统断电保护、转盘扭矩限制、传动急停、系统紧停等功能。PLC柜作用：PLC柜是电气传动系统的逻辑控制中心之一，它装有PLC控制系统的ET200模块、相应I/O模块、端子排、二极管电路板和继电器等。司钻房PLC柜大体布局图 司钻控制室电控柜电控柜作用：为司钻控制室提供控制电源。电控柜安装开关电源、断路器、SITOP电源、接触器、继电器、端子排等。2个西门子触摸屏和绞车

10、速度给定手柄作用：通过司钻控制室的触摸屏操作系统、手柄和操作台上的操作旋钮，可以对整个钻井进行操作和控制，同时在触摸屏上面可以对整个钻井参数进行实时监控。视频监控系统作用：多路信号、全方位、多角度，对整个井场进行监控。带云台的摄像头可满足不同角度、远近距离的调节。同时司钻房内还放置有气控系统、信号放大板，可实现电、气、液在不同钻井工况下的相互控制、协调作业。从而完成钻井工艺的逻辑控制功能、保护功能、监控功能及其它辅助功能。发电机控制系统介绍 发电机控制柜平面布局发电机控制柜平面布局发电机控制系统简介发电机控制系统简介系统简介由4台柴油发电机组、4台发电机控制柜和1台同期柜组成，单机或并机向传动

11、系统提供50Hz/600VAC电源。保护功能：过压、欠压、过频、欠频、过励、过流、逆功率、短路、功率限制系统的组系统的组同期柜概述同期柜主要完成同期检测及并网操作功能，以避免发电机非同期合闸对设备造成危害。并具有功率限制、相序检测、接地保护等功能。该柜还装有蓄电池及稳压电源组成单元同期检测单元 同期检测是由同期点选择、压差检测、频差检测、角差检测以及非同期闭锁环节组成的手动准同期合闸系统。该单元由“同期选择”开关S11、“同期表”PT、“电压表”PV、“频率表”PH、“同期合闸”按钮S13、同步模块等组成。“同期选择”开关S11用来选择待并网机组，该开关经常放置“断”的位置，只有要并网时才旋转

12、至相应的机组位置。同期表P11用来显示待并网机组与系统母线之间的频差、压差和相角差，该表在同期选择开关选中某一机组时才被投入。必须在频差压差指针指零，相角差指针顺时针缓慢旋转并接近零位时才能合闸。同步模块给出非同期闭锁以避免非同期和闸对发电机组产生冲击。该环节平常处于待准备状态，只有需并网时才被启用。发电机系统控制简介 功率限制单元 该单元为避免发电机组过负荷而设立。 运行在交流母线上的任一台发电机组，当总电流或有功功率达到额定值的95时，功率限制器就自动封锁负荷，并点亮“功率限制动作”灯H38，发出消息提示必须再启动一台机组才能满足钻井的负荷要求。 接地检测单元 该单元能够检测到发电机交流出

13、线的接地情况，并通过指示灯报警。 控制电源单元 控制电源由三个方面提供，其一是AC600V交流母线经变压器T2获得AC220V电源，供给试灯回路、同期操作系统中的同期合闸继电器K11、及稳压电源;其二是取自MCC的AC220V电源。其三是蓄电池提供的DC24V电源。1 稳压电源 稳压电源输入AC220V电源，经开关电源调制输出+27V直流电源，输出电流为5A。 本柜的稳压电源交流输入端取自经K14继电器切换的两路不同的电源，输出直流供给电源分配器及二次回路。2电源分配单元 蓄电池充电至27V，经过二极管后降至24V，供本柜及各发电机柜使用，当稳压电源无电或供电不足时，蓄电池会自动向系统补给，当

14、蓄电池放电到一定程度时，将自动取消二极管压降，使输出电压仍保持再24V左右。发电机柜介绍概述发电机柜的作用是对柴油发电机组上网进行控制，同时对发电机组的运行进行测量监视和安全保护。单元组成测量保护单元（MFR13,多功能保护继电器）该单元对发电机的电流、电压、频率、有功、无功进行测量，并将这些信号送至指示仪表、保护电路以及各种控制器。具有过流、过励、过频、欠频、过压、欠压、逆功率等保护功能。各种保护动作将被记忆。保护电路发出信号送至发电机主开关和发电机灭磁回路中，以达到保护机组的目的。柴油机转速控制单元速度调节单元速度调节器采用Woodward公司的电子调度器，与卡特彼勒公司的柴油机、执行器以

15、及测速磁头共同组成速度调节系统。以达到柴油机转速稳定也即发电机频率稳定的目的。同时调速器还具有有功负荷分配的功能。控制电源单元控制电源的可靠程度直接影响到整个控制系统的运行，因它在整个系统中显得特别重要，为此采用四路供给。来自同期柜中蓄电池的直流24V电源，用以对柴油机调速器提供起动电源。发电机柜介绍当MCC有电或本机发电时，本柜稳压电源提供的24V直流电源，供给电压调节器和测量保护器。来自MCC的AC220V电源，通过开关Q2、切换继电器K2，在本机未发电前对稳压电源供电。取自本机600V端电压经变压器T1获得的AC220V电源，供给本机控制回路及稳压电源。当处于发电状态时所有的控制电源将由

16、本机供给。发电机组的负荷均衡发电机组的负荷均衡是靠调节器均衡环节完成的。其中，有功负荷均衡靠电子调速器实现，无功负荷均衡靠电压调节器实现。有了负荷均衡环节，当多台机组并网运行时，操作各发电机组的“调速”、“调压”电位器R1和S3，使所有机组的有功无功均衡分配。当钻机运行工况改变，系统中的功率分配将到达新的均衡状态。具体操作请参见快速启动说明书。VFD变频器的组成以及功能 整个VFD变频器系统有2个307柜式整流单元，采用6脉波进线输入；有多个逆变单元，107柜式结构，集成化高，设计紧凑，易于安装；制动斩波柜由607柜体组成，共有多个制动斩波器。 变频器布局图1（靠发电柜一边） VFD变频器的组

17、成以及功能变频柜布局图2（靠泥浆泵一边） VFD房变频整流介绍整流单元整流单元DSU介绍介绍系统中包含2个DSU单元，每个DSU整流单元包含1个整流辅柜、2个开关柜和1个整流模块柜。 整流辅柜 内置1个辅助开关，提供AC600V给控制变压器（600/320/220）和测量电压； DSSB-01板，可以对整个整流系统的运行情况进行监控，包括直流熔断器熔断检测、电源缺相、过温故障、过温报警、风机故障、接地故障和其他故障； 带抽头的变压器，可给控制系统提供320VAC和220VAC电源，分别用于逆变器的风机和逆变器风机接触器控制电源； 所有的整流控制回路均放在辅柜内。整流辅柜门板布置图 整流开关柜整

18、流开关柜内包含2个ABB的SACE系列断路器，给整流模块提供AC600V电源，6脉波连接方式。VFD房整流模块柜采用D4规格模块，特点：二极管-晶闸管供电单元电源，电容充电功能全部集中在内部；结构简单、紧凑，模块可并联（最多可以并联5个D4模块），满足不同场合的要求，并且当1个D4模块损坏后，拉出损坏模块后，不影响其他模块的正常使用，并且易于组装、服务、维护；可控的冷却风扇，内置变频风机、内部供电，可根据负载的大小来控制风机的转速，减小噪声，更少热量损耗；模块采用插接式连接方式，无需螺钉连接，模块底部装有滑动轮子，检修时，移动非常方便；D4整流模块实物图 逆变单元介绍逆变单元介绍系统中包含有6组逆变单元，分别给2个绞车电机，3个泥浆泵电机，1个转盘电机供电。每个逆变单元可以放置23个（最多4个）R8i逆变模块，如下图所示：标准的2*R8i柜体实物图R8i模块的特点：书架式结构，体积小，结构紧凑，便于安装、维护；插接式连接，带轮子，安装、检修时十分方便；可并联模块，满足不同容量的需求；冗余式结构，就算一个模块损坏时，抽出损坏模块，不影响其他模块的正常使用。VFD房制动斩波器制动斩波器OETL开关介绍开关介绍 制动斩波器简介制动斩波器简介 系统中包含有2个制动斩波柜，每个斩波柜内含有4个制动斩波器。它们与制动电阻一起组成能耗制动装置，用于消耗直流母线上的所有逆变