專利名稱：直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石油鉆機(jī)/修井機(jī)配備的動(dòng)力系統(tǒng)可分為四類；即柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、 直流電驅(qū)動(dòng)、交流電驅(qū)動(dòng)。近年來(lái)，隨著變頻技術(shù)的日益成熟，使得交流電 驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)/修井機(jī)越來(lái)越為各油田用戶所推崇。目前，交流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)/修井 機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的配置方案是采用大功率柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出三相交流電，通過(guò)組 網(wǎng)單元、交流母線輸送到各用電負(fù)載，供給不同變頻器驅(qū)動(dòng)的絞車電機(jī)、泥 漿泵電機(jī)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、頂驅(qū)電機(jī)，以及其它輔助用電設(shè)備。由于鉆/修井設(shè)備 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)多，負(fù)載變化大，要求發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量一定要大于所有用電 設(shè)備總的瞬時(shí)功率，造成了設(shè)備成本高，發(fā)電機(jī)組耗油量大，廢氣排放量多， 嚴(yán)重污染環(huán)境等問(wèn)題。另外由于三相異步交流電機(jī)啟動(dòng)電流一般為正常工作 額定電流的3倍，但其啟動(dòng)時(shí)間很短，因此發(fā)電機(jī)組在正常工作狀態(tài)下，絕 大多數(shù)時(shí)間處于大馬拉小車的狀態(tài)，導(dǎo)致了系統(tǒng)的用電效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題設(shè)計(jì)一種直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力 系統(tǒng)，降低發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量，進(jìn)而降低了設(shè)備成本和油耗，保護(hù)了環(huán)境， 同時(shí)并提高了系統(tǒng)的效率。特別是在鉆/修井過(guò)程中，設(shè)備電機(jī)產(chǎn)生的再生電 能回饋到直流母線可以被再次利用，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的用電效率。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案 一種直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系 統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組(1)、組網(wǎng)單元(2)及交流母線(3)，電機(jī)組(1)輸出
的交流電經(jīng)組網(wǎng)單元(2)接交流母線(3)，交流母線(3)接無(wú)需變頻調(diào)速 的負(fù)載電機(jī)(9)。交流母線(3)接大功率整流器(10)的輸入端，大功率整 流器(10)的輸出端接直流母線(11)，逆變器(12)輸入端接直流母線(11)， 逆變器(12)的輸出端分別接鉆/修井動(dòng)力系統(tǒng)各變頻電機(jī)。所述變頻電機(jī)為絞車電機(jī)(5)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)(6)、頂驅(qū)電機(jī)(7)、泥漿泵 電機(jī)(8)。
所述交流母線(3)和直流母線(11)均分為若干段，分別通過(guò)組網(wǎng)斷路 器(19)和母線聯(lián)接器(21)連接。
所述直流母線(11)上并聯(lián)有制動(dòng)單元(13)，且制動(dòng)單元(13)的輸出 端連接有制動(dòng)電阻(14)。
所述直流母線(11)上并聯(lián)有自耦變壓器(15)，且自耦變壓器(15)的 輸出端接交流母線(3)。
所述直流母線(11)上并聯(lián)有直流儲(chǔ)能裝置(16)。
所述直流儲(chǔ)能裝置(16)為大容量蓄電池組或者超級(jí)電容器組。
工作原理發(fā)電機(jī)組輸出的三相交流電通過(guò)組網(wǎng)單元接入交流母線，通 過(guò)交流母線將三相交流電輸送至大功率整流器整流變換為直流電輸送到直流 母線上，各逆變器將直流母線輸送來(lái)的直流電逆變?yōu)轭l率、電壓可調(diào)的交流 電進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鉆/修井設(shè)備的變頻電機(jī)。其它不需要變頻調(diào)速的鉆井設(shè)備的電機(jī) 可直接從交流母線上取電。在鉆/修井過(guò)程中，某些設(shè)備的變頻電機(jī)在一定工 況下會(huì)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)，逆變器內(nèi)整流回饋單元會(huì)將該電機(jī)發(fā)電狀態(tài)下 再生的電能轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的直流電反饋到直流母線上，這部分電能可被直 流母線上其它處于電動(dòng)狀態(tài)的鉆/修井設(shè)備電機(jī)所使用。如果該電能無(wú)法被完 全消耗，仍有富余，則可通過(guò)以下三種方案進(jìn)行處理方案一，即直流母線 上并聯(lián)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，將富余的再生電能以熱量的方式消耗掉；方案 二，即直流母線上并聯(lián)自耦變壓器，將富余的再生電能回饋到交流母線，供 所有鉆/修井設(shè)備電機(jī)使用；方案三，即直流母線上并聯(lián)直流儲(chǔ)能裝置，富余 的再生電能會(huì)存儲(chǔ)于該裝置中，待直流母線上用電負(fù)荷增大或鉆/修井設(shè)備消 耗的瞬時(shí)功率大于發(fā)電機(jī)組向交流母線輸出的功率時(shí)，該儲(chǔ)能裝置可與發(fā)電 機(jī)組一起向負(fù)載供電，因此本動(dòng)力系統(tǒng)配備的發(fā)電機(jī)組的功率可小于鉆井設(shè) 備總的瞬時(shí)功率。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果-
1、鉆/修井過(guò)程中，設(shè)備電機(jī)產(chǎn)生的再生電能回饋到直流母線可以被再次利用，進(jìn)而提高了動(dòng)力系統(tǒng)的用電效率。
2、 由于鉆/修井設(shè)備電機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生電能可與發(fā)電機(jī)組一同向 鉆/修井設(shè)備進(jìn)行供電，故只要發(fā)電機(jī)組的輸出功率加上再生電能的功率大于 鉆/修井過(guò)程中最大需求功率的條件下，可以適當(dāng)降低發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量， 從而減少了設(shè)備成本和耗油量，保護(hù)環(huán)境。
3、 本供電系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定，使用本系統(tǒng)，可使鉆機(jī)/修 井機(jī)繼續(xù)擁有變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)外，大大提高鉆/修井設(shè)備運(yùn)行的可靠性。


圖1為本實(shí)用新型第一種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2為本實(shí)用新型第二種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖3為本實(shí)用新型第三種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4為本實(shí)用新型第一種實(shí)施方案應(yīng)用于半潛式海洋平臺(tái)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng) 的單線圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖1描述本實(shí)用新型的第一種實(shí)施方案。
發(fā)電機(jī)組1發(fā)出的三相交流50/60赫茲交流電經(jīng)組網(wǎng)單元2接入交流母 線3，大功率整流器10從交流母線3獲取交流電并將其整流變換為直流電輸 送到直流母線11，各逆變器12將從直流母線11上獲得的直流電逆變?yōu)轭l率、 電壓可調(diào)的交流電源，驅(qū)動(dòng)絞車電機(jī)5、轉(zhuǎn)盤電機(jī)6、頂驅(qū)電機(jī)7和泥漿泵電
機(jī)8，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆井設(shè)備的變頻控制。其它不需變頻調(diào)速的鉆機(jī)/修井機(jī) 設(shè)備的電機(jī)9從交流母線3獲取交流電。鉆/修井過(guò)程中，某些設(shè)備的電機(jī)發(fā) 電狀態(tài)產(chǎn)生的再生電能通過(guò)其逆變器12內(nèi)的整流回饋單元轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的 直流電回饋到直流母線11，這部分電能可被直流母線上其它處于電動(dòng)狀態(tài)的 電機(jī)所利用，對(duì)于仍無(wú)法消耗掉的富余再生電能則經(jīng)制動(dòng)單元13消耗到制動(dòng) 電阻14上。
結(jié)合附圖2描述本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方案。工作原理與第一種實(shí)施 例基本相同，僅是在解決富余再生電能的方式上有所不同。當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生 富余再生電能時(shí)，并聯(lián)于直流母線11上的自耦變壓器15將該電能回饋到交流母線3，從而可供鉆/修井設(shè)備電機(jī)利用。
結(jié)合附圖3描述本實(shí)用新型的第三種實(shí)施方案。工作原理與第一種實(shí)施例基本相同，僅是在解決富余再生電能的方式上有所不同。當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生富余再生電能時(shí)，該電能會(huì)被回饋到并聯(lián)于直流母線11上的直流儲(chǔ)能裝置16中，在需要時(shí)，直流儲(chǔ)能裝置16將儲(chǔ)存的電能回饋到直流母線11，同發(fā)電機(jī)組1 一起向鉆/修井設(shè)備供電。
結(jié)合附圖4描述本實(shí)用新型第一種實(shí)施方案在半潛式海洋平臺(tái)鉆井模塊上的具體應(yīng)用實(shí)例。由八臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組1每?jī)膳_(tái)為一組分別通過(guò)一個(gè)組網(wǎng)單元2接入交流母線3，每個(gè)組網(wǎng)單元2含兩個(gè)發(fā)電機(jī)進(jìn)線斷路器17，兩個(gè)組網(wǎng)斷路器19，變壓器20進(jìn)線斷路器23以及母線濾波裝置18。根據(jù)海洋平臺(tái)入級(jí)規(guī)范對(duì)可靠性的相關(guān)要求，交流母線3分成了四段，每段母線上的兩個(gè)組網(wǎng)斷路器19的斷開(kāi)與接通可控制該段母線從環(huán)形交流母線供電網(wǎng)中接入與切除。發(fā)電機(jī)組1的輸出經(jīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)線斷路器17與交流母線3連接，進(jìn)線斷路器17的斷開(kāi)與接通控制發(fā)電機(jī)從交流母線3上接入與切除，整流器10、逆變器12、變壓器20以及其它負(fù)載電動(dòng)機(jī)9的進(jìn)線端均設(shè)有進(jìn)線斷路器23，用于對(duì)其線路負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。
變壓器24從交流母線3獲取電能并將其變換為大功率整流器10的工作電壓，整流器10變換輸出的直流電壓接入直流母線11，為了提高系統(tǒng)可靠性，直流母線ll分兩段，中間由母線聯(lián)接器21連接，直流母線ll并聯(lián)有制動(dòng)單元13和制動(dòng)電阻14，可將鉆機(jī)/修井機(jī)無(wú)法消耗的富余再生電能以熱能的形式消耗在制動(dòng)電阻14上。各逆變器12分別從直流母線11獲取直流電并變換為頻率、電壓可調(diào)的交流電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備變頻電機(jī)，即絞車電機(jī)5、轉(zhuǎn)盤電機(jī)6、頂驅(qū)電機(jī)7、泥漿泵電機(jī)8。本實(shí)施例中半潛式海洋平臺(tái)配置了雙鉆井作業(yè)系統(tǒng)，故絞車、轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)均為兩個(gè)。
無(wú)需變頻調(diào)速的其它負(fù)載電機(jī)9從低壓交流母線22獲得交流電，變壓器20將從交流母線3獲得的電能變換為低壓電能輸送到低壓交流母線22，出于可靠性考慮，低壓交流母線22分為兩段，中間由母線聯(lián)接器21連接。
權(quán)利要求1、一種直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組(1)、組網(wǎng)單元(2)及交流母線(3)，發(fā)電機(jī)組(1)輸出的交流電經(jīng)組網(wǎng)單元(2)接交流母線(3)，交流母線(3)接無(wú)需變頻調(diào)速的負(fù)載電機(jī)(9)，其特征在于交流母線(3)接大功率整流器(10)的輸入端，大功率整流器(10)的輸出端接直流母線(11)，逆變器(12)輸入端接直流母線(11)，逆變器(12)的輸出端分別接鉆/修井動(dòng)力系統(tǒng)各變頻電機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，其特 征在于所述變頻電機(jī)為絞車電機(jī)(5)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)(6)、頂驅(qū)電機(jī)(7)和泥 漿泵電機(jī)(8)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，其特 征在于交流母線(3)和直流母線(11)均分為若干段，分別通過(guò)組網(wǎng)斷路 器(19)和母線聯(lián)接器(21)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系 統(tǒng)，其特征在于直流母線(11)上并聯(lián)有制動(dòng)單元(13),且制動(dòng)單元(13) 的輸出端連接有制動(dòng)電阻(14)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系 統(tǒng)，其特征在于直流母線(11)上并聯(lián)有自耦變壓器(15)，且自耦變壓器(15)的輸出端接交流母線(3)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系 統(tǒng)，其特征在于直流母線(11)上并聯(lián)有直流儲(chǔ)能裝置(16)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，其特 征在于直流儲(chǔ)能裝置(16)為大容量蓄電池組或者超級(jí)電容器組。
專利摘要一種直流母線供電的鉆機(jī)/修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組(1)、組網(wǎng)單元(2)及交流母線(3)，發(fā)電機(jī)組(1)輸出的交流電經(jīng)組網(wǎng)單元(2)接交流母線(3)，交流母線(3)分別接無(wú)需變頻調(diào)速的負(fù)載電機(jī)(9)及大功率整流器(10)的輸入端，大功率整流器(10)的輸出端接直流母線(11)，逆變器(12)輸入端接直流母線(11)，逆變器(12)的輸出端分別接鉆/修井動(dòng)力系統(tǒng)各變頻電機(jī)。本實(shí)用新型可降低發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量，進(jìn)而降低了設(shè)備成本和油耗，保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)并提高了系統(tǒng)的效率。特別是在鉆/修井過(guò)程中，設(shè)備電機(jī)產(chǎn)生的再生電能回饋到直流母線可以被再次利用，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的用電效率。
文檔編號(hào)H02J1/00GK201266838SQ200820221729
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者叢萬(wàn)生, 于興軍, 蘇 欒, 王亞峰, 王耀華 申請(qǐng)人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司