海洋石油鉆井平臺(tái)上使用的電氣系統(tǒng)裝置變頻器

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1、 變頻器 在調(diào)速方法中，變頻調(diào)速（通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來改變電動(dòng)機(jī)的速度）的調(diào)速范圍大，平滑高，變頻時(shí)同時(shí)改變定子外加電壓，可實(shí)現(xiàn)恒功率轉(zhuǎn)矩調(diào)速以適應(yīng)不同負(fù)載的要求，低速時(shí)特性的靜差率較高，調(diào)速的效率和功率因數(shù)高，是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中最有發(fā)展前途的一種。 傳統(tǒng)的調(diào)速方法一般采用：（1）改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速。（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。（3）渦流制動(dòng)器調(diào)速。（4）可控硅串極調(diào)速。（5）直流調(diào)速。前三種均屬于無極調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速，且低速復(fù)位性能差，長期低速運(yùn)行會(huì)引起電阻器、渦流制動(dòng)器嚴(yán)重發(fā)熱，啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖

2、擊大，常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對(duì)設(shè)備機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重，功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)，低于0.4，即使?jié)M載時(shí)，也低于0.75，線路損耗大?？煽毓璐?jí)調(diào)速雖克服了上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了額定速度以下的無級(jí)調(diào)速，提到了功率因數(shù)，減少了起動(dòng)沖擊，價(jià)格較低，但目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)字化，因而在保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控方面還有待于發(fā)展。直流調(diào)速系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能和系統(tǒng)監(jiān)控功能，但必須采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展道今天已完全克服了上述的不足，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)要求不高，采用普通型異步電

3、動(dòng)機(jī)即可，該電機(jī)制造工藝簡單，使用維護(hù)方便，在海上打井作業(yè)卻在用變頻調(diào)速器。 近年來生產(chǎn)的高性能變頻調(diào)速裝置具有以下特點(diǎn)：電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和低速轉(zhuǎn)矩高，速度響應(yīng)快，速度控制范圍寬，可進(jìn)行直接轉(zhuǎn)矩控制，豐富的開關(guān)量及模擬量輸入輸出便于用戶使用，晚上的保護(hù)功能，如電壓、電流、接地、輸入輸出缺相、過載等保護(hù)。加減速曲線可選，加減速時(shí)間可調(diào)，提供多種制動(dòng)方式以及系統(tǒng)監(jiān)控功能，電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測試，輸入功率因數(shù)高達(dá)0.95以上，效率高達(dá)90%以上，尤其是矢量控制技術(shù)及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應(yīng)用，使交流電動(dòng)機(jī)具有了比直流電動(dòng)機(jī)更好的動(dòng)態(tài)特性，變頻調(diào)速裝置的先進(jìn)性能特別適用于調(diào)速設(shè)備和定速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，可以提高

4、工作效率和功率因數(shù)，減少起動(dòng)沖擊以及增加使用設(shè)備的安全可靠性是非常有益的。 目前變頻調(diào)速器已發(fā)展了幾代，市場上變頻調(diào)速裝置很多，下面我介紹CJ-46（中海油-937）鉆井平臺(tái)上的變頻器，它是新加坡生產(chǎn)的ACS800系列變頻器，它采用了最優(yōu)秀的電機(jī)控制方法——直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，它可以對(duì)所有電流電動(dòng)機(jī)的核心變量進(jìn)行控制，并把定子磁通轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量。高速信號(hào)處理器與先進(jìn)的電機(jī)模擬軟件相結(jié)合使電機(jī)狀態(tài)每秒鐘更新4萬次，對(duì)負(fù)載的變化和瞬間掉電，能做出迅速反映，其開環(huán)控制精度可以達(dá)到閉環(huán)矢量控制的精度（0.1%-0.5%），開環(huán)轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間小于5毫秒，約為矢量控制的1/2，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%

5、，并具有有效的磁通制動(dòng)提供最大可能的制動(dòng)力矩，尤其它還提供了絞車應(yīng)用宏觀程序，它具有絞車設(shè)備應(yīng)用所需的全部控制和安全功能，模塊化功能可確保機(jī)械設(shè)備安全快速運(yùn)行，故障處理容易，維護(hù)簡單。DTC控制技術(shù)使操作者便于精確控制速度和轉(zhuǎn)矩，操作絞車非常方便。 VFD柜它有整流模塊和逆變模塊，分段進(jìn)線有兩個(gè)進(jìn)線開關(guān)，有三個(gè)整流模塊，有五個(gè)逆變器柜，一段進(jìn)線有一個(gè)制動(dòng)電阻柜，二段進(jìn)線有二個(gè)制動(dòng)電阻柜，整流模塊是把進(jìn)線690V變成直流1000V，交流進(jìn)線是由2臺(tái)4000KVA變壓器供給，變壓是690V變成690V（Y/△），柜上有一個(gè)母聯(lián)開關(guān)，它可以由一段帶全部，母聯(lián)開關(guān)只要直流母線帶電就不能操作。只有在進(jìn)

6、行電源有電，但進(jìn)線開關(guān)沒有合閘和直流母線殿宇低于30V時(shí)，直流母聯(lián)可以操作。每段二個(gè)進(jìn)線開關(guān)同時(shí)合閘，由整流模塊變成直流，再并到一起運(yùn)行，它的控制電源由外部供給，是由UPS供給的二路220V交流電源。 變頻器柜內(nèi)冷卻系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)冷卻和水循環(huán)冷卻，每個(gè)變頻模塊都有風(fēng)機(jī)，它的電壓是690V變220V交流電，每段進(jìn)線都有一個(gè)冷卻系統(tǒng)柜，柜內(nèi)由二臺(tái)水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，當(dāng)一臺(tái)有故障，另一臺(tái)泵運(yùn)行。水泵只給柜內(nèi)冷卻水循環(huán)用，外部海水是由外部加壓循環(huán)，通過冷熱交換器把熱量通過海水帶走。柜內(nèi)有漏水報(bào)警，水壓低報(bào)警，漏出的水通過管子流到外面的地漏里。 變頻器有絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，在進(jìn)線柜里，它監(jiān)測柜內(nèi)母線和制

7、動(dòng)電阻的絕緣，有兩個(gè)絕緣監(jiān)測表，一臺(tái)用，一臺(tái)備用。絕緣低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警，低于跳閘設(shè)定值時(shí)跳開進(jìn)線開關(guān)。VFD每個(gè)盤柜內(nèi)都有防潮加熱器，它的電源是外部供給，電源是交流220V，每個(gè)變頻器多帶的電機(jī)都有防潮加熱器。 制動(dòng)電阻在工作溫度非常高，冷卻采用水冷。制動(dòng)斬波器監(jiān)測直流母線電壓，只要直流電壓超過了預(yù)先設(shè)定的限值，制動(dòng)斬波器開始工作，將電阻負(fù)載連接到直流電路上，控制程序監(jiān)視著斬波器溫度，電流和電壓，當(dāng)這些參數(shù)超過故障限值后，系統(tǒng)將會(huì)跳閘。對(duì)于溫度監(jiān)控，當(dāng)電阻溫度達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信息，發(fā)送給監(jiān)控系統(tǒng)。 變頻器所帶的交流負(fù)荷有：3臺(tái)絞車電機(jī)（630KW/每臺(tái)），6臺(tái)泥漿泵電機(jī)（63

8、0KW/每臺(tái)），1臺(tái)頂驅(qū)電機(jī)（845KW）。每臺(tái)電機(jī)都有防潮的加熱器，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，加熱器斷開。電機(jī)繞組溫度監(jiān)測，有功率和扭矩限制，可以把電機(jī)速度控制在限位以下。有緊急停止信號(hào)，有故障信號(hào)，有故障時(shí)可以急停。在運(yùn)行信號(hào)沒有復(fù)位前，不能重新起動(dòng)。速度信號(hào)，可以監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速信號(hào)，可以來調(diào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 變頻器所帶的電纜的要求，電纜在長期運(yùn)行過程中，必須最小能夠承受70攝氏度的溫度。保護(hù)接地電纜必須能允許通過的最高電壓和最大電流來選擇，電機(jī)電纜要選用對(duì)稱屏蔽電纜，使用對(duì)稱屏蔽電纜可以減少整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的電磁輻射，電機(jī)電纜和其PE軟辮引出應(yīng)盡可能短，以減少電磁輻射和容性電流。電機(jī)電纜、輸入電源電纜和控制電纜安裝在不同的模板中，以避免電機(jī)電纜和其他電纜長距離的并行走線，進(jìn)而減少變頻器電壓瞬間產(chǎn)生的電磁干擾。電機(jī)的熱敏電阻線和轉(zhuǎn)速傳感器線必須要單獨(dú)走線，離開其他電纜走線。電纜橋架必須有良好的接地，采用鋁橋架可以提供提高接地系統(tǒng)中各局部地電位的均衡性 。 60年代以來，各種類型的變頻調(diào)速裝置相繼出現(xiàn)，并迅速道推廣應(yīng)用。特別是半導(dǎo)體制造工藝的成就與微電子技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)變頻裝置的大容量，高性能發(fā)展。目前，國外生產(chǎn)的變頻裝置容量已達(dá)一萬千瓦以上，交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)已具有調(diào)速范圍廣，調(diào)速精度高等特點(diǎn)，并且價(jià)格和性能可與直流拖動(dòng)相比較。