石油钻机电气介绍

石油钻机电气介绍1井场供电方式2供电制式1世界各国岸电、船舶及平台电压频率情况2石油井场电器设备

一、按区域划分1、石油井场一般分为固控区、动力区、机泵房、钻台区、油水罐区、生活区等六个区域3

2、固控区的电器设备包括：泥浆搅拌器、离心机、除砂（泥）器、灌注泵、加重泵、真空除气器、振动筛、电机控制柜、电源转接箱等。

43、动力区的电器设备包括：发电房、电控房等。54、钻台区的电器设备包括：司钻控制房、钻台动力箱、液压站、盘刹动力箱等。64、钻台区的电器设备包括：司钻控制房、钻台动力箱、液压站、盘刹动力箱等。75、机泵房的电器设备包括：机房动力箱、压风机、电磁刹车、变频调速电机等。86、油水罐区的电器设备包括：油水罐控制箱、打油（水）泵等。97、生活区包括：一般的生活用电。10二按系统划分1.视频系统、电话系统、硫化氢检查系统、MCC系统、液位检查系统、SCR系统或者VFD系统11第二章电动钻机一、直流电驱动钻机二、交流电驱动钻机12一、直流电驱动

13一、直流电驱动工作原理：

利用“通电导体在磁场中受到电磁力的作用”这一原理工作。磁场：大中型直流电动机采用电磁场——给主磁极绕组(定子绕组)通以直流电，从而产生稳定的磁场。通电导体：电枢绕组经过换向器导入直流电流。电磁力矩：通电导体分布在圆形转子周围，相对于转动轴心有一半径，通电导体受到的电磁力，产生相对于转轴的力矩。力矩方向恒定：由于换向器的存在，使得电枢绕组旋转到某位置时，导体内的电流方向恒定，从而电磁力方向恒定，电磁力矩方向也就恒定了。14直流电动机的调速控制前面已经谈到，直流电动机调速方法有三种。1）电枢电路中串电阻该方法一般用于中小功率场合。若串入有级电阻，则可以实现有级调速；若串入可变电阻，则可以实现无级调速。注：该方法通常与启动控制电路同时考虑。152）改变电枢电路的输入电压该方法需要可调直流电源。获得可调直流电源的方法有两种：

一是靠直流发电机；

二是利用晶闸管将交流电转化为可调直流电：通过触发电路控制晶闸管的导通角，从而改变直流电压。（在变流技术一课中讲）。目前大都采用后者。石油钻机就是这样。163）降低主磁通调速（a）对于并励和他励直流电动机，通常在励磁电路中串入电阻；（b）对于串励直流电动机，通常在励磁线圈旁并电阻。若要得到无级调速特性，则采用可调电阻；若要得到有级调速特性，则采用有级电阻。17二、交流电驱动18二、交流电驱动1、交流电动机的类型、结构及工作原理

在大功率变频技术未出现以前，在钻机上，交流电动机主要用来驱动辅助设备。现在，数字变频钻机已经出现了，使得钻机发展到了一个新的时代，大功率交流电动机作为主动力机用于驱动三大工作机。

1）类型

A、同步交流电动机

B、异步交流电动机饶线式、鼠笼式19

A、同步交流电动机——电动机转子转速与定子旋转磁场的旋转速度完全相同，即：注：i、转子是直流电磁铁，转子的磁极对数必须与定子相同，工作时，从外部向转子线圈输入直流励磁电流；

ii、自身的启动力矩为0，必须采用异步启动或其他方法启动；

iii、不属于感应式电动机。（转/分）20B、异步交流电动机——属于感应式电动机，转子转速低于旋转磁场转速（同步转速）。异步交流电动机又有两大类：

饶线式——转子内嵌有线圈绕组，通过滑环和电刷与外界相通，可以在外部给转子绕组串入电阻，实现各种调节。

鼠笼式——转子为铜制的或铸铝的金属短路环。注：i、属于感应式电动机，有滑差率是其工作的基本条件；

ii、对于饶线式，正常工作时，转子线圈被短接，电刷被抬起；

iii、对于鼠笼式，转子是固定的短路环，不能像饶线式那样实现各种调节。213、交流电动机的变频调速特性

通过可控硅变频器，可以改变交流电的频率。

基本原理：在可控硅变频器的内部，经历两次电流性质的改变：首先用晶闸管整流电路将交流电转变为可调电压的直流电，再用逆变器将可调直流电转变为可调频率的交流电。（变频电驱动钻机的电力驱动原理见下图）225、交流电动机的调速控制

交流电动机的调速方法：（1）变频调速——改变交流电的频率，实现转速的连续调节。（2）对于饶线转子电机，在转子电路中串多级电阻，实现有级调速。（3）变极调速——通常采用改变定子绕组的接法来改变电机的极数。极数增多，转速越低。（此法只适用于特制的多速电动机）

23典型钻机电力驱动与传动一、直流电驱动钻机目前最广泛使用的直流电驱动的钻机是AC—SCR—DC电动钻机。1、动力分配

由柴油机带动交流发电机发交流电，通过电网实现动力并车，集中供电。再经可控硅整流装置将交流电变为直流电，驱动直流电动机，从而带动工作机工作。

典型的动力分配图如下。24252、动力传递由于采用了电力并车，省去了机械并车装置，使得传动系统大为简化。在AC—SCR—DC电动钻机中，驱动工作机的动力传递方式主要有两大类：1）分组驱动——绞车和转盘共用一组直流电机；每台泵单独用一组直流电机。2）单独驱动——绞车、转盘、泵各自分别用一组直流电机。263、AC—SCR—DC电驱动钻机的特点

（1）直流电动机，具有人为的柔特性，调速范围宽，可实现无级调速，绞车、钻盘只需设少量的机械档；（2）简化了传动系统，传动效率大大提高，总传动效率可提高10%以上；（3）采用电子调速，可使柴油机稳定在最佳运转工况，寿命延长（大修周期延长80%），燃油消耗降低（降低18〜20%）；（4）用直流电动机驱动，启动能力强；（5）一次性投资成本高于机械钻机；（6）直流电动机价格高、寿命相对较短、维护较困难。27二、变频交流电驱动钻机随着变频技术的成熟以及大功率变频器的广泛应用，变频交流电驱动钻机逐步得到推广应用。

1、动力分配三台G12V190PZLG-3

柴油机机（810kW/1300r/min

）械并车带动主发电机（1000kw/400V）发交流电，两台辅助柴油机分别带400kW和100kw的辅助发电机组发交流电。可以通过电力并网实现能量的集中使用、统一分配。通过晶闸管整流将交流电转换成可调直流电，再经逆变器将交流电转换成可变频率的交流电，驱动交流电机带动工作机工作。28

2、动力传递

在变频电驱动钻机的动力传动方式与直流电驱动钻机一样，驱动工作机的动力传递方式主要有两大类：

1）分组驱动——绞车和转盘共用一组直流电机；每台泵单独用一组直流电机。

2）单独驱动——绞车、转盘、泵各自分别用一组直流电机。

29电器设备防护与防暴

IP防护等级的意义第一位表示防尘指标0．表示没有防护1．可防止50mm以上固体的危害。(偶然的手接触)2·可防止12mm以上固体的危害。(手指大小的物体)3．可防止2.5mm以上固体的危害。(细电线等)4．可防止1mm以上固体的危害。(细电线等)5．可防止粉尘的的危害。6．完全防止粉尘的危害

30第二位表示防水指标0．表示没有防护1．可防止竖直落水的危害2．可防止竖直方向成15度角以下直接喷水的危害3．可防止竖直方向成60度角以下直接喷水的危害4．可防止来自各个方向上直接喷水的危害5．可防止来自各个方向上低压水喷射的危害6·可防止来自各个方向上高压水喷射的危害7·可防止l5cm～1m之间浸没的危害8．可防止在>1m压力下长期浸没的危害311．防爆电气设备的类别、级别与温度组别1．1、爆炸性气体环境危险区域的划分0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混和物的环境。1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混和物的环境。2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混和物的环境或即使出现也仅是短时存在的爆炸气体混和物的环境。20区：在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和／或可能形成无法控制和极厚的粉尘与空气混合物和／或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。21区：在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。该区域包括，与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘层和正常情况下可能操作情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所。22区在异常条件下．可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应划分为21区。注：0区一般只存在于密闭的容器，贮罐等内部气体空间，在实际设计过程中1区也很少存在，大多数情况属于2区。321．2、防爆电气设备分为二类：1类煤矿井下用电气设备11类除矿井以外的场所使用的电气设备1．3、Il类电气设备，按其适用于爆炸气体混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流比，分为IIA、IIB、IIC三类；并按其最高表面温度分为Tl~T6六组。1．4、爆炸性气体混合物按引燃温度分组，见下表。1．5、爆炸性气体混合物，按其最大试验安全间隙(MESG)或最小点燃电流比(MICR)分级，见下表。33爆炸性气体混合物按引燃温度分组组别引燃温度t(℃)

T1

450<t

T2

300<t≤450

T3

200<t≤300

T4

135<t≤200

T5

100<t≤135

T6

85<t≤10034按其最大试验安全间隙(MESG)或最小点燃电流比(MICR)分级类别最大试验安全间隙(MESG)(mm)最小点燃电流比(MICR)

IIA≥0.9

>0.8

IIB

0.5<MESG<0.9

0.45≤MICR≤0.8

IIC≤0.5

<0.45352．名词述语2．1、隔爆型电气设备具有能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力，并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的外壳的电气设备，标志为“d”。2．2、增安型电气设备在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温，结构上采取措施提高安全裕度，以避免在正常和认可的过载条件下出现电弧、火花或高温电气设备，其标志为“e”。2．3粉尘防爆电气设备按规定条件设计制造，使其外壳能阻止可燃粉尘进入或进人量不会防碍设备安全运行，内部堆积的粉尘也不易的产生点燃，从而保证使用时不会引起周围爆炸性混合的爆炸的电气设备。36防爆型式标志防爆原理隔爆型

d将设备在正常运行时，能产生火花电弧的部件置于隔爆外壳内，隔爆外壳能承受内部的爆炸压力而不致损坏，并能保证内部的火焰气体通过间隙传播时降低能量，不足以引爆壳外的气体。增安型

e在正常运行时不会产生电弧、火花和危险高温，在结构上再进一步采取保护措施，提高设备的安全性和可靠性。正压型

p保证内部保护气体的压力高于周围，以免爆炸性混合物进人外壳，或保证足量的保护气体通过使内部的爆炸性混合物的浓度降至爆炸下限以下。本安型i设备内部的电路在规定的条件下．正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃爆炸性混合物。浇封型m将可能产生点燃爆炸性混合物的电弧，火花