張坤波 勝利油田海洋鉆井公司，山東 東營(yíng) 257000

RC-阻容吸收電路在頂驅(qū)變頻器應(yīng)用

張坤波 勝利油田海洋鉆井公司，山東 東營(yíng) 257000

PTD-500-AC交流變頻頂驅(qū)在技術(shù)上比較領(lǐng)先，其冷卻風(fēng)機(jī)、液壓泵由vacon變頻器驅(qū)動(dòng)，由于諧波對(duì)變頻器影響較大，導(dǎo)致頂驅(qū)主電機(jī)高溫停機(jī)，嚴(yán)重影響到鉆井生產(chǎn)，本項(xiàng)目利用RC-阻容吸收電路消除了諧波對(duì)vacon變頻器影響，收到了良好效果。

頂驅(qū)；諧波；交流變頻；峰值電壓；高溫報(bào)警

引言

頂驅(qū)驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，又被簡(jiǎn)稱為頂驅(qū)，目前作為一種新型鉆井設(shè)備，已經(jīng)引入石油鉆井領(lǐng)域。它顯著提高了鉆井作業(yè)的能力和效率，從而在國(guó)內(nèi)和國(guó)際鉆井市場(chǎng)上得到了廣泛的采用和良好的聲譽(yù)。目前頂驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)由液壓、直流驅(qū)動(dòng)向交流變頻驅(qū)動(dòng)的方向發(fā)展。

勝利二號(hào)鉆井平臺(tái)引進(jìn)的挪威（M H）公司生產(chǎn)的交流變頻頂驅(qū)，型號(hào)為：PTD-500-AC 、參數(shù)如下：

1、PTD-500-AC 頂驅(qū)主要技術(shù)參數(shù)

2、PTD-500-AC 頂驅(qū)主要組成部分

PTD-500-AC 交流變頻頂驅(qū)主要由外接電源（600 V）、整流裝置、逆變器、變頻器控制系統(tǒng)（該系統(tǒng)包括矢量控制板和通訊板）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。它集機(jī)械、電氣、液壓于一體，先進(jìn)和復(fù)雜的電氣和液壓系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員提出了較高的要求。

3、PTD-500-AC 頂驅(qū)工作原理

PTD-500-AC 頂驅(qū)通過(guò)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪箱內(nèi)輸入軸旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)齒輪二級(jí)減速驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)軸帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)鉆井的目的，頂部驅(qū)動(dòng)與以前的轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)相比，無(wú)論是打立柱、循環(huán)起鉆處理事故，還是套管鉆井等特殊工藝井施工，頂驅(qū)都具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其是深探井井下情況復(fù)雜，對(duì)頂驅(qū)的依賴性更強(qiáng)，因此，維護(hù)、使用好頂驅(qū)，強(qiáng)化頂驅(qū)的技術(shù)分析及故障診斷尤為重要。

一、使用中存在問(wèn)題

PTD-500-AC 型頂驅(qū)主電機(jī)散熱為強(qiáng)迫風(fēng)冷式，風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)：功率8.4KW、電壓600V，頻率60Hz。液壓泵電機(jī)參數(shù)：功率為8.4KW、電壓600V，頻率60Hz。頂驅(qū)冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)和液壓泵電機(jī)共用一套vacon變頻器，主要參數(shù)：電壓525～690V功率15/18.5Kw 頻率50/60 Hz。

主電機(jī)上接有溫度傳感器和風(fēng)壓傳感器對(duì)電機(jī)實(shí)施監(jiān)控保護(hù)，在使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)機(jī)、液壓泵電機(jī)時(shí)常停機(jī)，造成主電機(jī)出現(xiàn)高溫（溫度超過(guò)155℃），主變頻器關(guān)斷，主電機(jī)需冷卻20～30分鐘才能恢復(fù)工作，而此時(shí)頂驅(qū)液壓?jiǎn)卧膊还ぷ?，鉆工無(wú)法操作，極易造成井下事故，影響到鉆井生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須改進(jìn)。

二、原因分析

當(dāng)頂驅(qū)風(fēng)機(jī)電機(jī)停機(jī)時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻、線路、風(fēng)機(jī)本身均無(wú)問(wèn)題，是vacon變頻器出現(xiàn)了問(wèn)題。調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)vacon變頻器出現(xiàn)（overvoltage）過(guò)電壓故障，交流側(cè)電壓峰值634伏，變頻器直流側(cè)最高電壓值996伏（正常值應(yīng)為843伏），超過(guò)變頻器容許最高限值保護(hù)跳閘。經(jīng)分析比對(duì)是平臺(tái)電網(wǎng)諧波污染所致，具體來(lái)講就是在鉆機(jī)絞車、泥漿泵等直流設(shè)備低速運(yùn)行時(shí)，直流可控硅整流器在觸發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生的毛刺電壓，在變頻器直流側(cè)電容累積所致。問(wèn)題發(fā)生后，平臺(tái)邀請(qǐng)外方服務(wù)人員對(duì)vacon變頻器直流側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，更證明了我們的判斷是正確的，并且建議對(duì)平臺(tái)電網(wǎng)進(jìn)行全面治理，平抑諧波，消除電網(wǎng)諧波干擾，改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。但是，若對(duì)平臺(tái)整個(gè)電網(wǎng)改造需上百萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)和時(shí)間都不允許。

三、解決思路及改造過(guò)程

從以上分析，我們不難發(fā)現(xiàn)造成vacon變頻器關(guān)斷的主要原因是直流側(cè)峰值電壓過(guò)高（實(shí)際值比允許值高996-843=153V），只有消除諧波過(guò)高的峰值電壓，才能將其控制在額定范圍之內(nèi)。經(jīng)理論和實(shí)踐證明，采用RC-阻容吸收電路能很好地消除尖鋒電壓，即電容在充放電時(shí)，通過(guò)電阻將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到部分消除高次諧波尖脈沖的目的，關(guān)鍵是選擇合適的時(shí)間常數(shù)。為此，我們對(duì)vacon變頻器直流側(cè)的峰值電壓進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)詳細(xì)計(jì)算，確定了阻容吸收電路的連接方式及電容容量、電阻的阻值，并將RC-阻容吸收電路串接在vacon變頻器直流側(cè)，利用R-C 充放電過(guò)程將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到消減過(guò)高峰值電壓目的，進(jìn)而消除了諧波干擾，改造后頂驅(qū)電機(jī)工作正常。

vacon變頻器RC-阻容吸收電路接線原理圖：

四、改造的目的和意義

在對(duì)平臺(tái)電網(wǎng)諧波進(jìn)行全面治理前，通過(guò)增加RC-阻容吸收電路，以達(dá)到消除諧波對(duì)vacon變頻器的影響，消除主電機(jī)高溫跳閘隱患，最終確保頂驅(qū)主電機(jī)正常工作。意義在于用較小的投入解決了頂驅(qū)運(yùn)行中的重大問(wèn)題，較好地滿足了鉆井生產(chǎn)的要求，也為類似設(shè)備改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

五、取得經(jīng)濟(jì)效益

改造后vacon變頻器直流側(cè)峰值電壓始終控制在允許范圍之內(nèi)，未出現(xiàn)因過(guò)電壓關(guān)斷現(xiàn)象，頂驅(qū)主電機(jī)冷卻良好，未再出現(xiàn)高溫跳閘的現(xiàn)象，確保了鉆井生產(chǎn)的正常運(yùn)行。2009年～2010年，經(jīng)平臺(tái)在渤海灣勝利海區(qū)鉆井16口井驗(yàn)證，無(wú)高溫跳閘、變頻器關(guān)斷等故障發(fā)生，進(jìn)尺30000余米，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

張坤波 男 1966.2月出生 漢族 籍

貫：河北巨鹿 學(xué)歷：大學(xué) 職稱：電氣主任工程師 作單位：勝利油田海洋鉆井公司 郵編：257000 工作及研究方向：主管鉆井平臺(tái)電氣技術(shù)運(yùn)行工作 研究方向：電氣技術(shù)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.095