变频器在石油钻井中应用的常见问题及对策

来源:用户上传      作者: 范先涛

　　【摘要】本文概述了石油钻井中应用的变频器的工作原理及应用范围，同时列举了目前国内钻井中应用的变频器的常见问题，并提出了具体的解决对策。
　　【关键词】变频器 石油钻井 常见问题 对策
　　众所周知，一台石油钻机包含八大系统，分别为：旋转系统、起升系统、钻井液循环系统、控制系统、传动系统、钻机底座系统、动力驱动系统和钻机辅助系统。而变频器在这些系统均有所应用。变频器的调速技术又有高精度、小体积、高效率和宽范围等众多特点而得到了广泛的应用。
　　1 石油钻井中应用的变频器工作原理
　　普通变频器主要包括功率柜、变压器柜和控制柜三部分。而石油钻机用变频器主要是四部分组成：变频柜、制动单元、进线开关柜和远程系统。
　　变频器的工作原理：当钻机通过变频调速时，根据流体力学理论克制，轴功率转数的立方成正比，在效率一定时，流量减少，则转速按比例下降，由此轴输出功率成立方关系下降。因此，当以及流量减少时，可适当调节变频器的输出功率，从而使得电机转速下降，故此电动机的输出功率以转速的三次方关系大幅度下降，最终达到节能环保的目的。同时，变频器所特有的软启动功能因为使启动电流从零开始，并且最大电流不超过额定电流，从而也就解决了供电要求同时减轻了对电网的冲击，延长了各设备的使用寿命，节约了设备维修保养成本，进一步提高了钻机的效率。不仅如此，变频器还拥有众多的优点，例如：当石油钻机钻井突遇堵井时，变频器可以及时断开电路保护电机，避免钻头因扭力过大而扭断；变频器还可以增加电网的有用功功率，这主要是因为其内部装有滤波电容，从而有效地减少无用功。因此，不难看出，钻机中因加入了变频器这一组件后，不仅环保高效，更是大大节省了能源。据权威报告显示，变频器的使用使石油系统平均节能38%。
　　2 目前变频器在石油钻井中应用的常见问题及解决对策
　　2.1 石油钻机线槽的相互干扰。石油钻机上有两类线路
　　模拟信号线路和数字量控制线。这两类线材应保持间隔10公分以上，才能防止其相互干扰。因此在设计石油钻机时，要特别注意线槽的设计。模拟信号控制线必须要采用双绞线或是屏蔽线，并确保一头接地，一头悬空。另需特别注意的是：当采用长距离输线时，数字量控制线路要务必确保中间器件的转接。
　　2.2 特殊环境下的短路问题
　　在一些环境较特殊的地方，如沙漠、高海拔地区等早晚温差大的地区，变频器内部十分容易形成凝露现象，凝露后的变频器内部是十分容易发生短路事故的。针对这一特殊情况，要时刻确保变频器机房内部空调和通风设施的正常运转，另外，加大检查频率，力图做到机房内的恒温来确保变频器的安全运转。
　　以下是变频器工作原理及公式，是比较理想的状态下的一个运行。但在我们实际生活中，具体操作起来，还需要考虑到其他更多的一个自然因素，包括天气，温度和深度等。
　　2.3 变频器内部电路的接触不良问题
　　在石油钻井设备的拆卸搬运安装的过程中，装备变频器的机房或控制柜常常因为冲击震荡等外部原因，造成变频器内部零件电路松散，导致电路接触不良。针对这种情况，一方面使用抗震橡胶垫，另一方面，在搬运过程中，对机房或控制柜给予12分的注意，轻提慢放，最大限度的减少外部震荡与冲击。同时，在钻机安装完毕后通电使用前，应该对进行设备检查，避免因线路解除不良而造成机械事故，从而给企业造成经济损失。
　　2.4 变频器因内部环境的影响而出现的一系列问题
　　众所周知，钻井行业所处的环境均比较恶劣，同样，作为钻井机的重要组成部分的变频器也常处于条件极端恶劣，烟尘粉尘大、部分地区腐蚀严重（环境中充斥着高浓度的腐蚀气体）或空气湿度大等，所有的种种都会不同程度的加速变频器内部电路系统以及零件的老化，线路的绝缘性大幅度下降，造成变频器频繁的电路短路等故障。针对这类情况，电气工程师在安装钻机前，应首先充分了解当地环境特点，然后制定出相应的防腐对策，最后再设定好变频器机房的温度系数和内部空气质量，确保在恒温恒压的条件下，最大限度的延长设备的使用年限，节省成本。
　　2.5 内部电磁波的干扰
　　变频器在整流和逆变的过程中会产生一系列干扰电磁波，而这些电磁波对周围的电子设备和电路产生干扰作用。电磁波干扰可以说是变频器最棘手的麻烦之一，因为其干扰有时会影响整个系统的正常运转，而相应的仪表因为也同样受到干扰，很难反映出问题的所在，这就给维修保养人员造成了很大的麻烦和困扰，其在检修时很难判断出故障源。针对这类问题，首先要保证控制柜内的仪表不受影响，因此柜内的仪表和电子系统、控制系统都应采用金属外壳，以此来屏蔽电磁波的干扰。其次，对于所有的涉电器件统统采用接地处理，电器元件和仪表之间的连线也要采用屏蔽型缆线，且屏蔽外壳可靠接地。最后，变频器外部也需采取同样的可靠接地处理，且要求接地电阻较小，与动力系统接地分开不共地。这里需要注意的是确保接地的正确性，不正确的接地极易引起系统工作的不稳定，另外，为了防止系统的震荡，确保变频器与控制柜的电气相通原则。
　　2.6 雷击问题
　　针对于雷电活跃地区，防雷措施也是必要的预防措施之一。尤其针对于架空电线的变频器，极易将雷电引入，需要重点预防。目前针对这类问题主要采取外架避雷器的方式来进行避雷。
　　3 结束语
　　石油化工行业是我国政治经济文化工业发展的动力源，是运输生产制造等各个行业的支柱，而为石油工业做出巨大贡献的莫过于石油钻机技术。虽然近年来我国的石油钻机技术取得了长足的发展，但与国外先进技术相比仍然有较大差距。变频器技术以其高效、环保、节能、绿色等先进技术在石油钻机中的全方位应用已成为石油钻机功能研发和技术提高的主流趋势。随着变频器技术的逐渐成熟，其在石油钻机中的各个系统均发挥着很大的作用。同时，在日常的工作中，应当注意变频器的安装技术、干扰、电网质量等问题，确保其更好的运转以为钻机提供更好的电力保障。
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