頂驅(qū)鉆機(jī)新型電源系統(tǒng)中專用變壓器的研究

【摘要】本文提出了一種新型頂驅(qū)鉆機(jī)電源系統(tǒng)的供配方式，對其專用變壓器在設(shè)計(jì)制造時(shí)的難點(diǎn)進(jìn)行了科學(xué)的描述。

【關(guān)鍵詞】頂驅(qū)鉆機(jī)；電源系統(tǒng)；專用變壓器；損耗；散熱；密封

一、頂驅(qū)鉆機(jī)電源系統(tǒng)開發(fā)研制與引進(jìn)等技術(shù)方案及經(jīng)濟(jì)比較

頂驅(qū)電控系統(tǒng)采用進(jìn)口交流電動機(jī)，交流變頻驅(qū)動，電源為特殊級600V，現(xiàn)國內(nèi)沒有專業(yè)配套生產(chǎn)廠家，所需的600V電源只能由國外專業(yè)發(fā)電機(jī)廠家生產(chǎn)提供，而國外專業(yè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)品購置費(fèi)用高、購置周期長、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜昂貴，制約著現(xiàn)有油田鉆井隊(duì)鉆機(jī)的更新?lián)Q代，現(xiàn)各鉆井隊(duì)引進(jìn)的頂驅(qū)鉆機(jī)主要以70型鉆機(jī)為主。配套的電源系統(tǒng)也以匹配70型鉆機(jī)為主。70型頂驅(qū)鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：

從以上70型頂驅(qū)鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)分析，其電源供配系統(tǒng)采用非標(biāo)600V系統(tǒng)電壓，且電流大。由于頂驅(qū)鉆機(jī)的電源不同于傳統(tǒng)鉆機(jī)，國內(nèi)沒有專業(yè)的配套廠家，現(xiàn)要引進(jìn)頂驅(qū)鉆機(jī)更新傳統(tǒng)鉆機(jī)只能配套引進(jìn)專用發(fā)電機(jī)以解決頂驅(qū)鉆機(jī)的電源供配問題，這樣首先增加了新設(shè)備的引進(jìn)配套費(fèi)用，其次延長了設(shè)備引進(jìn)周期，大大制約了井隊(duì)鉆機(jī)的更新?lián)Q代時(shí)間。

二、頂驅(qū)鉆機(jī)新型電源系統(tǒng)專業(yè)變壓器的研究設(shè)計(jì)開發(fā)遵循原則

1、研制開發(fā)專用變壓器線圈的繞組繞制技術(shù)工藝

在新型頂驅(qū)鉆機(jī)電源系統(tǒng)小變比、大電流、低損耗變壓器設(shè)計(jì)中提出將以往線圈一層多匝筒式繞制法改進(jìn)為多根同步無損繞制法，繞制前，按所需導(dǎo)線的并聯(lián)根數(shù)將線盤放在線盤架上，線盤排列成兩列，繞制時(shí)，將兩列線盤的導(dǎo)線拉出并疊起來，前面第一個(gè)線盤的導(dǎo)線放在下面，后面的導(dǎo)線順次疊上，然后再引出端部位用斜紋布帶綁牢，并在起頭按交叉式疊摞放置固定，線匝按螺旋線纏繞，匝間用橫墊塊構(gòu)成油道，在繞組繞制時(shí)，要進(jìn)行無損換位，在換位的中心，把繞好的最后一匝用斜紋布帶綁牢，兩組導(dǎo)線的換位處分別放在換位中心兩側(cè)的兩個(gè)相鄰的間隔內(nèi)，每組導(dǎo)線逐根彎折，并疊整齊，在換位過渡線的下面一組導(dǎo)線上面放置0.5mm紙板槽一件，槽口向下，上面一組導(dǎo)線的下面也放置0.5mm紙板槽一件，槽口向上，分別用直紋布帶包扎緊實(shí)，將兩組導(dǎo)線的位置變換一下，使下面的一組通過S彎升到上面來，上面的一組通過S彎降到一面去。通過運(yùn)用新的多根同步無損繞制法方法繞制專業(yè)變壓器線圈，不僅滿足了頂驅(qū)鉆機(jī)新型電源系統(tǒng)專用變壓器線圈小變比、大電流的技術(shù)參數(shù)要求，同時(shí)更提高了大電流線圈的電氣、機(jī)械穩(wěn)定性而且減少了線圈自身損耗。

2、研制開發(fā)專用變壓器的散熱技術(shù)問題的解決方案

頂驅(qū)鉆機(jī)新型電源系統(tǒng)專用變壓器產(chǎn)品線圈由于本身的電氣特殊性造成線圈運(yùn)行中發(fā)熱量較一般電力變壓器高出38%。為適應(yīng)井隊(duì)實(shí)際使用條件小變比、大電流、低損耗變壓器的設(shè)計(jì)中提出在線圈層間改進(jìn)散熱油道，由以往被動散熱改為強(qiáng)迫式導(dǎo)油型散熱方法，改進(jìn)以往的變壓器線圈結(jié)構(gòu)形式，在線圈段間加入內(nèi)外擋油隔板，強(qiáng)迫改變線圈散熱流向，使變壓器產(chǎn)生的熱量能及時(shí)、有效的散出，保證了大電流下變壓器線圈在運(yùn)行中溫度不至于過高，避免了產(chǎn)品在運(yùn)行過程中產(chǎn)生電氣故障的可能性，達(dá)到井隊(duì)實(shí)際使用及設(shè)計(jì)要求。

3、專用變壓器的密封防滲漏油問題的研究及技術(shù)處理方案

在變壓器組裝時(shí)，對油箱蓋密封膠墊的壓力很難控制，往往造成膠墊底變形量過大，出廠投運(yùn)一段時(shí)間后，膠墊由于彈性失效而過早的老化，甚至開裂，從而使外界的潮氣、空氣侵入變壓器內(nèi)部，導(dǎo)致變壓器油和絕緣材料的過早老化。為了克服原密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，頂驅(qū)鉆機(jī)新型電源系統(tǒng)中的變壓器研制過程中，利用金屬-橡膠組合式限位型密封結(jié)構(gòu)（見圖三），此種結(jié)構(gòu)，是在箱沿螺絲孔的外側(cè)點(diǎn)焊一些不連續(xù)的圓鋼，圓鋼的直徑約為密封膠墊直徑的70%～75%，在箱沿上由箱壁和圓鋼形成膠墊槽。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：一、密封面和膠墊之間是面接觸，接觸面積較大，受力均勻，密封效果好；二、由于膠墊在槽內(nèi)，膠墊受壓縮25%～30%后，已經(jīng)限位，不再繼續(xù)增加壓力，膠墊底壓縮量得到了有效的限制。這樣就不會因?yàn)槟z墊因變形較大而加速老化或開裂，經(jīng)過測試證明改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)有效的防止了空氣和潮氣對變壓器內(nèi)部的侵入。

三、結(jié)論

新型電源系統(tǒng)具有在頂驅(qū)額定扭矩下滿足頂驅(qū)鉆機(jī)長時(shí)間堵鉆工作的特性，有利于頂驅(qū)鉆井工作，并具有較好的過載能力，同時(shí)能夠在滿足鉆機(jī)使用要求的前提下有效縮短設(shè)備購置周期，減少設(shè)備購置費(fèi)用、降低設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)難度，能更好的滿足鉆井工藝的需要，為用戶帶來更可靠更高效的頂驅(qū)配套、使用解決方案。同時(shí)現(xiàn)階段各鉆井隊(duì)鉆井大部分為加密井，特點(diǎn)為附近有系統(tǒng)電網(wǎng)電源，利用新型頂驅(qū)鉆機(jī)電源系統(tǒng)能方便、可靠、安全的接入系統(tǒng)電網(wǎng)電源，新型頂驅(qū)電源系統(tǒng)可把采用柴油機(jī)發(fā)電改為利用周圍的系統(tǒng)電網(wǎng)電源供電，不僅節(jié)約了鉆井成本，而且節(jié)約了資源。為井隊(duì)配備頂驅(qū)鉆機(jī)提供了低成本、高性能的電源系統(tǒng)（技術(shù)性能參數(shù)見上表）。