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天拓分享:SINAMICS S120驱动在海洋石油钻机中的运用

点击次数:5809 发布时间:2018/4/24

随着变频传动技术的发展,传动系统由早期的直流SCR传动系统逐渐转变为以VFD装置为主的交流传动系统。相对于SCR直流系统,交流传动系统使用的是交流一步电动机,具有节能、维护简便、防爆性能好(不会产生火花)、司钻操作简便等优点。基于以上优点,交流传动系统在石油钻机上的应用得到迅速发展,在海洋平台的电控钻机中,已占据绝对地位。

一、 S120变频器简介
S120变频器是西门子公司推出的SINAMICS S系列变频器的一种,适用于各类系统集成和各种工程应用,可为所有传动任务提供全面解决方案。
S120变频器是基于公共直流母线系统的多机传动运用,其独特的结构和特殊的性能专为完成复杂的传动任务而开发。
S120系列采用模块化设计,具有体积小、噪音低、维修方便,集成度高、互换性好、配置灵活等特点,特别适用于海洋平台等安装空间有限的场合。

二、海洋平台钻机系统介绍
海洋平台钻机电控系统一般包括电站系统、低压配电及照明系统、传动控制系统、PLC控制系统、司钻操作系统等。
以7000米模块钻机(MDR)电控系统为例,电站系统一般采用柴油发电机组或者中压配电盘(通过变压器降压)为钻机电控系统提供电源。低压配电系统为模块钻机所有用电设备提供所需的低压电源和应急电源;传动控制系统主要是钻机主要传动设备的控制,包括高压泥浆泵、绞车、转盘、送钻电机等。PLC控制系统作为整个电控系统的控制核心,全面控制和监测在网的所有设备,实现自动控制、状态监测、故障连锁、数据共享,提高钻井质量,降低工作强度,减少意外事故发生。司钻操作系统采用HMI和操作指令元件,主要用于司钻操作和状态显示,以及设备故障时的应急处理。

三、经典案例分析
本次我们通过一个项目分析下SINAMICS S120公用直流母线驱动方案。系统采用4台1500KW/690V的基本整流模块(BLM),为各电机模块提供电源。
基于模块钻机的结构,S120变频器被分别放置在DES(钻机设备模块)配电间和DSM(钻机支持模块)配电间,每个配电间设置一台APF就近集中进行谐波治理,消除变频系统对供电电网的谐波污染,APF的容量根据谐波计算书设置。
基于海洋平台电站系统属于微电网特点,采用中央制动柜进行能耗制动,实现绞车电机的四象限运行。
DSM模块的设备主要包括三台高压泥浆泵,根据泥浆泵的运行工况,为每台泥浆泵配置一台1200kW/690V电机模块驱动,采用矢量控制方式,并实现两台电机并联运行。
DES模块主要传动设备包括绞车、转盘和自动送钻电机。
绞车两台电机为同轴驱动,每台电机各自独立配置1000KW/690V电机模块。两台电机可以单机运行,也可以同步运行。
转盘采用一台电机驱动,配置一台710KW/ 690V电机模块驱动。转盘在扭矩释放期间再生能量通过中央能耗制动系统释放。
自动送钻电机为当电机驱动,独立配置S120 AC/AC模块和能耗制动单元,用于自动送钻状态下的能耗制动。控制方式采用带速度反馈的闭环控制,提高了系统的控制精度。

图为:变频传动系统网络拓扑图

四、总结
随着相关案例的成功应用,S120系列的变频器在陆地和海洋平台石油钻机方面的应用越来越普及。实践证明,S120变频器可以大程度地满足各类钻机的现场使用需求,同时其模块化的硬件设计和基于全集成自动化(TIA)的软件系统,使用户可以灵活的配置控制系统,适用于各种复杂应用的场合。不仅在海洋平台,陆地钻机上也越来越多的运用SINAMICS S120传动系统,以替代停产的Masterdrive系列变频器,取得良好的使用效果。

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