1 鑽井工藝簡介
鑽井過程分為起落井架，鑽進

，泥漿循環，鑽具更換，下套管，測井等幾大工序。主要分為絞車，轉盤和泥漿泵等。絞車由滾筒、齒輪箱
、離合器、製動器、電機和控製設備組成，用來起落井架，提升和下方鑽杆、套管。隨著井深的增加
，鑽具越來越長
，重量迅速加大
，絞車的負載也越來越大。我國目前已有7000m深的油井
，其鑽具近600t重。由於每轉進約9m就要提升下放鑽杆1ci，yincijiaochezuoyeshijianyesuizhejingshendezengjiaerzhanzhenggezuoyeshijiandebiliyuelaiyueda。weijiangdichengben，xiwangzaiyewaihuohaishangdezuoyeshijianyueduanyuehao
，zhebujinyaoqiujiaocheninggaosuyunxing，pingwenqiting，yibaozhengbusunhuaizuanjingshebeibingtigaojingdezhiliang，haiyaoqiuqudongshebeijuyoulianghaodedongtaitexing。ruguozaineixianjingquzuoye
，dianyuankeyujingqudianwangxianglian
，xiafangzuanganshidianjigongzuozaifadianzhuangtai
，nengliangkehuikuidianwang
，jienengxiaoguoxianzhu。
轉(zhuan)盤(pan)和(he)絞(jiao)車(che)可(ke)共(gong)用(yong)同(tong)一(yi)套(tao)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)機(ji)，鑽(zuan)杆(gan)加(jia)長(chang)後(hou)
，驅(qu)動(dong)部(bu)分(fen)切(qie)換(huan)到(dao)轉(zhuan)盤(pan)，由(you)轉(zhuan)盤(pan)帶(dai)動(dong)鑽(zuan)具(ju)旋(xuan)轉(zhuan)，實(shi)施(shi)鑽(zuan)進(jin)作(zuo)業(ye)
，司(si)鑽(zuan)工(gong)通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)轉(zhuan)盤(pan)轉(zhuan)速(su)和(he)壓(ya)力(li)來(lai)改(gai)變(bian)鑽(zuan)進(jin)速(su)度(du)。轉(zhuan)盤(pan)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)時(shi)為(wei)正(zheng)轉(zhuan)
，處(chu)理(li)卡(ka)鑽(zuan)時(shi)需(xu)反(fan)轉(zhuan)以(yi)收(shou)回(hui)鑽(zuan)頭(tou)，為(wei)防(fang)止(zhi)鑽(zuan)杆(gan)正(zheng)轉(zhuan)時(shi)折(zhe)斷(duan)或(huo)反(fan)轉(zhuan)時(shi)脫(tuo)扣(kou)，要(yao)求(qiu)電(dian)機(ji)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)平(ping)穩(wen)，調(tiao)節(jie)靈(ling)活(huo)且(qie)設(she)定(ding)限(xian)幅(fu)值(zhi)
，同(tong)時(shi)電(dian)機(ji)的(de)刹(sha)車(che)部(bu)件(jian)也(ye)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)。
nijiangbengxiangdangyuzhenggezuanjingshebeidexinzang，tasuoshuchudenijiangdezuoyongleisiyurentineidexueye。nijiangcongzuanganneibuzishangerxiazhuru
，liuguozuantouhou，zaicongzuanganhejingbidefengxizixiaershangliuchu，zaizheyiguochengzhong，nijiangxiezhuzuantouchongjidike
，lengquezuantou


，daichusuixie
，ergengzhongyaodeshitongguozainijiangzhongshenruzhongjingshifendengwuzhikebaochijingxiayidingdeyali，yibimianjingpen
，xiangxueyezairentineixunhuan
，yunsongyingyang
，daizoufeiwu。nijiangbengdeyalihechongshufenbieyuqudongdianjideshuchuzhuanjuhesuduchengzhengbi。
絞車負載示意圖如圖1所示。

2 係統配置
1998年我們為新疆石油管理局鑽井公司的可打3200m深度的一套鑽井設備配置了變頻器。所用產品為Siemens SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71電壓源型變頻器櫃。
動力係統由3×800kW柴油發電機組構成，3台機組並網於3相，600V/50Hz交流母線。
傳動部分由3×6SE7141整流櫃（3×800kW）供電給公共直流母排，4×6SE7135逆變櫃（4×400kW）和2×6SE7136逆變櫃（2×450kW）共6台逆變櫃接到直流母排上，每台逆變櫃各驅動1台400kW的電機。4台電機2台1組共驅動2台泥漿泵
，另2台電機為絞車和轉盤共用，詳見圖2。

1）電源采用柴油發電機供電，要求有足夠的電壓穩定度和頻率穩定度。柴油發電機的額定容量一般小於傳動裝置容量的5 ~ 10倍
，屬於“小電網”供電，換相缺口大。SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71變頻器可保持2 ~ 3s的主回路電壓等待時間，以克服柴油機瞬時掉電和換相缺口。
2）根據多電機傳動情況，采用了公共直流母排方案，這樣如果有1個傳動裝置工作於發電狀態，可通過中間回路進行能量交換，僅使用1個總製動電阻。
3）在直流母排上配備自振蕩二極管，以免1台逆變器上的直流側熔斷器斷開或回饋能量時在母排上產生過電壓而影響其它逆變器。此外，逆變器內部軟件中還有Vdmax調節器以避免直流母排因過電壓跳閘。
4）同單台變頻器傳動相比，安裝尺寸較小，因為網側元件，如熔斷器、接觸器、開關及網側進線電抗器等可以集中使用1次。並在機械結構上采取了適應現場惡劣環境的措施。
5）所選逆變器功率相同並可設置4套給定數組和電機數組
，在故障時可方便地互相切換，互為備用。隨著絞車/轉盤的切換，可實現電流限幅和整套控製數據的自動轉換。
6）同一設備的2個變頻器之間采用光纖快速（11Mbit/s）通訊和雙速度環方案。在無編碼器反饋條件下安全得到有力保證

，又使驅動1台設備的2台電機的負載電流靜態偏差小於1%，遠遠優於鑽機國家標準規定的10%

，控製方案詳見圖3。

7）如鑽機可接入大電網，則可考慮經電能回饋電網，但要事先確認電網的穩定性

，以免逆變橋在電網波動時過流。
鑽機采用絞車
，轉盤聯合驅動，泥漿泵獨立驅動的形式。鑽機主機通過二檔分動直角箱，將動力分成兩路，一路通過鏈條驅動滾筒工作；另(ling)一(yi)路(lu)驅(qu)動(dong)轉(zhuan)盤(pan)工(gong)作(zuo)。泥(ni)漿(jiang)泵(beng)組(zu)由(you)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)通(tong)過(guo)皮(pi)帶(dai)傳(chuan)動(dong)驅(qu)動(dong)泥(ni)漿(jiang)泵(beng)工(gong)作(zuo)。絞(jiao)車(che)由(you)滾(gun)筒(tong)軸(zhou)，絞(jiao)車(che)架(jia)，機(ji)械(xie)刹(sha)車(che)，電(dian)磁(ci)渦(wo)流(liu)輔(fu)助(zhu)刹(sha)車(che)，鏈(lian)條(tiao)箱(xiang)，轉(zhuan)盤(pan)驅(qu)動(dong)軸(zhou)
，二(er)檔(dang)直(zhi)角(jiao)分(fen)動(dong)箱(xiang)，交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)，潤(run)滑(hua)係(xi)統(tong)等(deng)組(zu)成(cheng)。鑽(zuan)井(jing)平(ping)台(tai)上(shang)配(pei)有(you)司(si)鑽(zuan)台(tai)
，所(suo)有(you)控(kong)製(zhi)都(dou)可(ke)在(zai)司(si)鑽(zuan)台(tai)完(wan)成(cheng)
，並(bing)設(she)有(you)麥(mai)克(ke)風(feng)和(he)故(gu)障(zhang)警(jing)笛(di)。

3 變頻器
6SE71變頻櫃內部配備SIEMENS全數字工程型變頻器，整流部分采用晶閘管，逆變器采用了IGBT功率元件，直流母排上由電容作為儲能元件。變頻各項功能可隨軟件靈活設置
，實現對同步或異步電機的控製
，控製方式也包括V/f，有無測速機的磁場定向控製等。根據工藝要求，選用無速度傳感器的矢量控製方案


，拖動異步電機，精度可達到0.1f轉差，速度響應時間20ms，轉矩響應時間可達到5ms，確保準確快速的調節
，同時簡化係統，增加可靠性。

3.1 簡單工作機理
6SE71變頻櫃采用的控製方案如圖4所示。

勵磁電流Iu和轉矩電流Iw經過電流調節後，再完成電流―電壓變換、直角坐標/極坐標變換進入觸發裝置。具有矢量變換的電機模型功能塊主要由三相/二相變換器
、矢量變化器、電機模型（電流模型和反電動勢模型）幾部分組成。電樞電流實際值和勵磁電流實際值由檢測出的三相電流經三相/二相變換後
，再與觸發裝置模塊過來的轉子磁鏈的空間相位角q1一起通過矢量變換產生。公式如下

輸出電流

輸出轉矩 Mact=KIWyR
轉子磁鏈yR由電流模型或反電動勢模型計算得到。在頻率小於fs時采用電流模型法，反之為反電動勢模型法, fs在參數辨識時確定。電流模型是根據異步電機的定子電流求yR，dansuizhecitongbaohehuodianjiraozuwendudebianhua，yaoduimoxingzhongdecanshujinxingtiaozheng，cainengbaozhengyunsuanjingdu
，yincizhizaidisushicaiyong。erfandiandongshimoxingshicongdianjiduandianyazhongjiandiaoraozudedianzuyajiang，zaijiangdianjidefandiandongshijifendechuyR
，反電動勢在電機轉速為額定轉速的10%以下時運算不準
，一般在速度提高後使用。變頻器在運行時可自動轉換，這也確保了矢量控製的精度。
轉速實際值由定子電壓和電流檢測值經電流模型和反電動勢模型計算得出。
電流模型計算出的滑差頻率fslip，與實際頻率fact組成同步頻率f
，輸入觸發裝置。

3.2 PWM調製
6SE71bianpinguicaiyongyibukongjianshiliangtiaozhi。zaiyidingdemaichongpinlvxia，tongguocizhongfangshikeshidianjidexiebodianliujiandaozuixiao
，yijianqingsunhaohezhuanjumaichong。zaizhezhongqingkuangxiaIGBT通斷後電機三相繞組產生的電壓矢量在空間旋轉，通過調節“占空比”和相鄰矢量的值使電壓矢量的數值和電壓相角可調，這樣，輸出電壓可達到最大值的87%。
當要求90%以上輸出電壓時，則采用“邊緣調製”在60 時的方波波形上設置1個或幾個槽口以消除電流峰值。逆變器中IGBT的通斷狀態如表1所示，相應的電壓矢量圖如圖5所示。

表1 逆變器中IGBT的通斷狀態表

開關狀態 L1 L2 L3
U1  + - -
U2   + + -
U3   - + -
U4   - + +
U5   - - +
U6   + - +
U7   + + +
U8   - - -

3.3 自檢測
，自設定
4 其它技術特點和注意事項
1）針zhen對dui鑽zuan井jing工gong藝yi特te點dian，可ke利li用yong變bian頻pin器qi內nei部bu功gong能neng完wan成cheng負fu載zai限xian製zhi和he動dong態tai功gong率lv限xian製zhi功gong能neng。由you外wai部bu操cao作zuo隨sui意yi調tiao節jie電dian流liu限xian幅fu和he柴chai油you機ji的de輸shu出chu功gong率lv報bao警jing值zhi，切qie實shi保bao證zheng柴chai油you機ji安an全quan。
2）編製變頻器內部軟件功能塊實現零位鎖定，確保打井過程中變頻器不因小故障而停機，杜絕因此類原因引起的卡鑽。
3）完成腳踏開關的快提鑽杆功能，並禁止其反向工作，縮短工作周期。
4）采用變頻器內部控製軟件實現允許兩台電機並聯驅動絞車，而轉盤僅允許單台電機驅動
，避免轉矩過大扭斷鑽具。
5）電流環的前饋控製保證快速動態響應。
6）利用變頻器內部的自由功能塊可完成泥漿泵電機的斷帶保護。
7）操作麵板可作為手持終端，每個麵板可存儲8套參數。
8）控製線纜可采用總線方式，大大減小線纜數量，提高設備可靠性。
9）模塊化的結構，可采用水冷方式，適應更加惡劣的環境。
10）免費的SIMOVIS調試
、故障診斷軟件，適合進一步通訊和自動化。
此外，Siemens公司還可提供以IGBT元件作為整流功率部分的變頻器，徹底實現無諧波，功率因數可控，並可在5%額定輸入電壓下輸出額定轉矩。還應注意以下幾點。
1）電氣櫃內的元件應有足夠的強度
，耐腐蝕
，所有連接和緊固件應有防鬆措施。
2）jingchangshiyongdedianlanyingweinaire，naiyou，naihan
，rouruanqiekechengshoujiaodajixiewailidezuranxingdianlan。dianlanzaifanghuxingnengjiaohaodedianlanqiaojiashang，qiaojiayingweikezhedieshi。dianlanheduiyingdelianjieduanyingyoulaogudebiaoji，jietouzuofanghuyimianjixiesunshanghefuzhewuyinqijiechubuliang
，bingqieyaoyoulianghaodemifeng。
3）井場環境多屬“2”類lei危wei險xian區qu，司si鑽zuan台tai和he泥ni漿jiang泵beng操cao作zuo台tai除chu了le加jia熱re去qu濕shi設she備bei外wai還hai應ying做zuo正zheng壓ya防fang爆bao處chu理li，密mi封feng性xing好hao，選xuan用yong防fang鏽xiu材cai料liao。以yi上shang的de設she備bei均jun應ying有you較jiao高gao的de防fang護hu等deng級ji。