淺談變頻設(shè)備在井隊(duì)?wèi)?yīng)用的利弊

于冰

摘 要：隨著鉆井設(shè)備的不斷更新，變頻器的交流控制技術(shù)在鉆井施工也來越廣泛，隨著交流電機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)在鉆井施工的應(yīng)用，通過變頻器的整流和逆變能很好的控制鉆機(jī)的鉆速和泵壓。變頻調(diào)速是一種全新的可編程和高精度的控制系統(tǒng)，它能完成復(fù)雜的調(diào)速工作，執(zhí)行可編程的控制指令，并對(duì)控制對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，和最優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)識(shí)別。由于控制系統(tǒng)采用的是大規(guī)模數(shù)字電路及微處理器的可編程技術(shù)，它的輸入給定和輸出控制與系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)定，在數(shù)字信號(hào)處理時(shí)可獲得很高的精度，隨之也帶來一些干擾問題，有些干擾問題已經(jīng)嚴(yán)重到影響鉆機(jī)的電控系統(tǒng)的plc和儀器儀表的正常工作，如果其干擾問題得不到很好的解決，不斷影響鉆井工程的正常施工，還給其他鉆井設(shè)備和員工帶來極大的安全隱患。

關(guān)鍵詞：變頻設(shè)備 石油鉆井 應(yīng)用 利弊

中圖分類號(hào)：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0100-01

變頻技術(shù)在油田鉆機(jī)上的開發(fā)應(yīng)用，不僅提高了鉆機(jī)的水平，改善了鉆機(jī)的操作性能，更重要的是加強(qiáng)了鉆機(jī)的作業(yè)能力，提高了鉆井效率和質(zhì)量。油田鉆機(jī)是油井生產(chǎn)的最主要的設(shè)備之一，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作效率直接關(guān)系到油井的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和成井率。由于其鉆井工藝的特殊性，對(duì)鉆機(jī)電控設(shè)備要求特別苛刻，特別在變頻器選用上非常謹(jǐn)慎。變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在節(jié)能，操作簡(jiǎn)單，無級(jí)調(diào)速，控制精度高，工作效率高。為了保護(hù)變頻器，就要減少特殊情況下對(duì)模塊的極限沖擊來保護(hù)變頻器，提高了整機(jī)的安全性和可靠性。

1 變頻器在石油鉆井中干擾問題分析

1.1 石油鉆井線槽的相互干擾

石油鉆機(jī)上有兩類線路。模擬信號(hào)線路和數(shù)字量控制線。這兩類線材應(yīng)保持間隔10公分以上，才能防止其相互干擾。因此在設(shè)計(jì)石油鉆機(jī)時(shí)，要特別注意線槽的設(shè)計(jì)。模擬信號(hào)控制線必須要采用雙絞線或是屏蔽線，并確保一頭接地，一頭懸空。另需特別注意的是：當(dāng)采用長(zhǎng)距離輸線時(shí)，數(shù)字量控制線路要?jiǎng)?wù)必確保中間期間的轉(zhuǎn)接。

1.2 外部電磁波的干擾

假如變頻器四周存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵進(jìn)變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正?；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器四周所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線間隔，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節(jié)間隔應(yīng)在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器間隔電動(dòng)機(jī)很遠(yuǎn)時(shí)（超過100 m），這時(shí)一方面可加大導(dǎo)線截面面積，保證線路壓降在2%以內(nèi)，同時(shí)應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器，用來補(bǔ)償因長(zhǎng)間隔導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接地，必須在專用接地點(diǎn)可靠接地，不能同電焊、動(dòng)力接地混用；變頻器輸進(jìn)端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸進(jìn)高次諧波，從而可降低從電源線 到電子設(shè)備的噪聲影響；同時(shí)在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器，以降低整輸出真?zhèn)€線路噪聲。

2石油鉆井變頻設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 變頻器的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)能。傳統(tǒng)設(shè)備調(diào)速是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量或給水量，不但輸入功率大，而且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。而使用變頻器調(diào)速，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求，從而降低電耗。

（2）提高設(shè)備自動(dòng)化程度?？梢愿鶕?jù)客戶要求，通過設(shè)計(jì)靈活地滿足客戶個(gè)性化要求、行業(yè)性要求，甚至滿足各種高難度高精度的傳動(dòng)，同時(shí)為客戶提供高集成度的一體化解決方案。

（3）延長(zhǎng)電機(jī)壽命。工頻狀況下馬達(dá)采用星三角降壓延時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)電流是電機(jī)額定電流的5倍左右，若多臺(tái)大功率的電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，將對(duì)電網(wǎng)造成很大沖擊。使用變頻器后，馬達(dá)在額定電流下就可啟動(dòng)，電流平滑無沖擊，減少了啟動(dòng)電流對(duì)馬達(dá)和電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

（4）操作連續(xù)、廣泛。使用原有的常用電源，利用另外的變速設(shè)備（減速機(jī)、傳動(dòng)帶等）進(jìn)行變速。但是只能進(jìn)行階段性變速、不能進(jìn)行連續(xù)變速。

（5）啟動(dòng)方便：可以軟啟動(dòng)和軟關(guān)閉，任意調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的加/減速時(shí)間。

（6）減低啟動(dòng)電流：通過軟啟動(dòng)和軟關(guān)閉，能降低啟動(dòng)電流到電機(jī)啟動(dòng)時(shí)額定電流的2倍左右。一般直入啟動(dòng)時(shí)，流動(dòng)額定電流6倍的啟動(dòng)電流，因此會(huì)給電機(jī)的頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)/停止帶來負(fù)荷。

3.2 變頻器的缺點(diǎn)

變頻器的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面，第一，變頻器在變頻過程中逆變時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波，影響電源質(zhì)量，并造成較多的干擾諧波影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械震動(dòng)、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱，使絕緣老化，壽命縮短甚至損壞。第二，變頻器的造價(jià)較高，且變頻器的技術(shù)要求高，保密性強(qiáng)，所以在變頻器內(nèi)部發(fā)生故障后必須聯(lián)系廠家提供技術(shù)支持，一般都得將損壞元件或整機(jī)發(fā)回廠家，由廠家進(jìn)行維修。

變頻器在多個(gè)行業(yè)的眾多電氣驅(qū)動(dòng)設(shè)備上均有應(yīng)用，在礦業(yè)中，其大部分應(yīng)用在泥漿泵、傳送帶、提升機(jī)、切削機(jī)、掘削機(jī)、起重機(jī)鼓風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)上。針對(duì)該廠的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為，該廠110 kW以上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)均應(yīng)使用變頻。現(xiàn)在我該廠110 kW以上的電動(dòng)都是用的是軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，軟啟動(dòng)器主要解決電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和啟動(dòng)后旁路接觸器工作的問題，對(duì)電機(jī)有較好的保護(hù)作用，在輕載情況下可以實(shí)現(xiàn)一定程度的節(jié)能（約5%），但是不可以在運(yùn)行過程中隨負(fù)載的變化而調(diào)節(jié)功率的輸出，所以其節(jié)能效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如變頻器。

3 結(jié)語

隨著變頻器技術(shù)的逐漸成熟，其在石油鉆機(jī)中的各個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用中均發(fā)揮著很大的作用。同時(shí)，在變頻器的日常工作使用中，應(yīng)當(dāng)注意變頻器的安裝技術(shù)問題、干擾問題、電網(wǎng)質(zhì)量等問題，克服以上問題帶來的困難。確保其更好的運(yùn)轉(zhuǎn)以為鉆機(jī)提供更好的電力保障。如今數(shù)十臺(tái)鉆機(jī)變頻器已經(jīng)投入運(yùn)行，鉆機(jī)變頻器經(jīng)受住了惡劣條件的考驗(yàn)，運(yùn)行效果良好，使其朝向有利的方向發(fā)展，有著廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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