石油钻机驱动变频器控制系统分析

常琦 1 高卫卫 2

摘要：本文首先简要阐述了石油钻机驱动变频器控制系统的应用功能和作用、石油钻机驱动变频器控制系统电磁兼容规范设计以及设计要点，旨在基于现有的钻井装备水平，不断强化石油钻机驱动变频器控制系统应用效能，更好地满足石油钻井的工作需要。

关键词：石油钻机；驱动变频器；控制系统

引言：钻井作业期间，基于工艺要求，灵活操作钻机，使得各个零部件都能够稳定发挥作用，达成协调、可靠的作用效果，达成钻机作业基本工作要求。在石油钻井期间，钻机驱动变频器控制系统是保证各项工作顺利展开的必要准备，也是整套机组的中枢神经系统，加强系统分析，也能够为后续钻井作业提供技术安全保障。

一、石油钻机驱动变频器控制系统的应用功能和作用

过去，主要采用柴油机动力系统，柴油机动力系统自身能耗高、排放高，在操作期间还会形成大量噪音，需要不断加强技术改造，提高应用效能。为了更好地贯彻能源减排的工作要求，许多技术人员都开始不断推进石油钻机动力系统改造工作。在钻井作业期间，应用石油钻机电控调速系统，始终将安全要素摆在重要位置，确保石油钻机驱动变频器控制系统的稳定运行，也是保障后续各项工作顺利展开的基础。石油钻机驱动变频器控制系统需要具备以下基础功能：首先，控制过程可靠稳定。其次，操作期间，尽可能保证系统使用方便简单，如果石油钻机驱动变频器控制系统操作难度过高，则不适应大规模的普及推广，简单的操作设置，则能够便于后续进行工程作业。对于系统中的各种零部件，则需要尽可能简化安装环节，如果出现系统部件损坏问题，元件维修和更换也能够更加容易。

与此同时，采用石油钻机驱动变频器控制系统在钻井作业中，则需要做好井架、动力机、钻井绞车等装置的管控工作。通过石油钻机驱动变频器控制系统，不仅能够完成A形并架、推开支架的整体提升和控制，还可以启动或停止钻井泵、钻井绞车等各种机械装置^[1]。

二、石油钻机驱动变频器控制系统电磁兼容规范设计

（一）电磁兼容规范区域原则

事实上，当处于电磁环境作用中，应用石油钻机驱动变频器控制系统能够起到理想的作用效果，而且也很少会对作业环境造成干扰，电磁故障发生的可能性也会相应降低。在此情况下，强化石油钻机驱动变频器控制系统的应用效能，需要严格遵循控制系统电磁兼容规范，切实保证系统装置的抗干扰性能稳定，基于电磁兼容规范的区域原则，完成噪声源和噪声接收器在空间范围内的隔离效果。具体而言，在使用噪声接收器时，不仅可以使用自动化装置，同时还可以使用接触器、变频器，基于现场实际工作情况，灵活划分电磁兼容规范区域，并将变频装置安装到合适位置上。需要注意的是，不同区域抗干扰情况和噪声发射状况都存在一些差别，为了避免出现电磁故障，则可以采用金属壳，同时运用接地隔板隔离，实现区域空间内的隔离作用，构建形成一个安全稳定的作业空间。

2. 基本电磁兼容规范规则

对于石油钻机驱动变频器控制系统，系统表面的金属部分主要运用最大可能表面积的方法完成连接，选择一些较短的接地链条，完成石油钻机驱动变频器控制系统、柜门的连接作用。并且，在整个钻井作业过程中，想要合理把控耦合噪声，则可以预先将信号电缆、动力电缆区分开，合理调节信号电缆、动力电缆之间的距离，距离至少为20cm，如果二者距离低于20cm，很容易相互干扰、形成耦合噪声。并且，设计石油钻机驱动变频器控制系统，还需要相应准备好隔板，将隔板直接安装在动力电缆、信号电缆之间的位置，沿着隔板长度方向，为了保证用电安全，则需要相应进行接地处理。对于处于同一电路的非屏蔽电缆，一般都是进行绞接，相应将电缆长度缩短。无论是备用电缆，还是导体两端位置，都需要采用接触处理，确保接触处理能够达成技术规范要求。

很多时候，石油钻机驱动变频器控制系统设计工作都会采用编码器，连接屏蔽电缆。对于数字信号电缆，一般都会采用两端接地的方式，强化电缆屏蔽效果。如果是自动化装置，则可以将电源和隔离变压器组合在一起，系统中通过设置噪声抑制滤波器，则需要尽可能将噪声抑制滤波器设置在距离故障源较近的位置，完成故障识别和故障抑制效用。石油钻机驱动变频器控制系统中应用到的各种调速电机，则可以通过屏蔽电缆完成连接，也正是借助屏蔽电缆，能够有效抑制噪音的产生。对于那些外部连接在石油钻机驱动变频器控制系统中的应用电缆，则需要完成电缆屏蔽，达成防止无线电干扰的作用^[2]。

三、石油钻机驱动变频器控制系统的设计要点

基于石油钻机的应用特点，需要参考石油钻机驱动变频器，完成整体系统设计与分析。在石油钻机驱动变频器整流回馈单元中，专门设置一个变频器，变频器直接放置于电压中间回路，可以直接通过调节中间回路电压完成变频器的控制和调节。但是此变频器本身并不会受到电网电压的干涉，整体使用也较为方便，电压将保持在恒等范围内。鉴于此，处于任何一种回路状态，即使是在电路回馈作业中，中间回路电压调节也能够到良好的应用效果，将其和滤波器协同使用，则能够切实减少电网扰动。如果是在使用标准电机，则需要结合具体的应用场合和建设要求，合理选择电机和变频器，切实提高各种设备设施的针对性和可行性，还需要对额定功率进行分析。一般来讲，如果电机额定电流明显超出变频器额定电流，则需要合理把控电机工作电流，避免电机工作电流过大，将电机工作电流控制在合理范围内。

在石油钻机驱动变频器控制系统设计过程中，通过加设变频器软件完成电机安全保护。需要注意的是，电机温度本身只是计算值，并非实测值，结果也很容易出现偏差。使用电机温度传感器则能够起到动态控制的作用，还能够灵活保护电机。在装置使用期间，则可以通过连接PTC热敏电阻，对电动机应用效能进行把控。对于变频器，变频器本身属于单电机传动的类别，无论是逆变器，还是其他类别的变频器，都不会影响到变频器运转效果，这就在一定程度上强化了变频器的应用效能，控制器的启动和停止，则可以相应带动单电机操作。当处于发电模式，传动系统运作过程中将会产生大量电能，这些电能则可以在制动电阻的作用下，被完全释放。

此外，想要调节功率因素，则可以通过矢量控制的方法，运用电压识别板，将电压识别板用作后续系统应用的电网角度变慢器。通过电源供应稳定电量，保证钻机驱动变频器、电压识别板的正常运作。其中，钻机驱动变频器自身电网回馈能力较强，和制动电阻系统保持着高度相似性，能够直接从电动状态转换到发电状态，而且还可以通过脉冲频率响应，灵活调控中间回路电压，切实保证电量供应稳定。

结论：综上所述，对石油钻机驱动变频器控制系统展开分析具有至关重要的意义。将钻机驱动变频器控制系统应用于石油钻机中，不仅传动效率高、安装位置性好，而且能够保护钻机机具。在具体设计时，则需要合理进行工程设计，切实提升钻井装备水平，制定形成更加安全可靠的钻机设备配置方案。

参考文献：

[1]吴昊.钻井井控设备现状与改进策略[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(20):109-110.

[2]毛一健.石油钻井机自动送钻系统控制的影响因素和优化对策[J].化工管理,2020(11):177-178.