1 引言
随着现代电力电子技术及微电子技术的飞速发展，变频器作为一种现代工业革命的产物，已越来越多地应用到工业生产的各个领域。从低压到高压，从普通到特殊，变频器在调速和节能等方面都发挥着无可替代的作用，并正在逐步地向纵深拓展。现在我们应大庆油田石油管理局井下作业分公司的要求，对其钻井设备—石油钻机又进行了变频改造，并收到了较好的效果。
2 石油钻机系统简介
石油钻机是油田生产的关键设备之一，随着生产效率的不断提高，对钻井系统的要求也越来越高。钻井过程中钻杆需要频繁的提放，由于钻具重，要求提放稳，到位准确，这是对钻机控制系统的总体要求。
现场的动力系统是有两台500kW的发电机组并网发电，供一台钻机及其他几台37kW的电机使用，用来驱动钻井用钻盘和提放钻杆及起放井架的绞车。打井深度为3000m(称30钻机)。所配置的电机，型号为Y423-6-500BPR，其主要参数如附表所示。
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3 变频器的配置情况
根据现场的特殊情况，我们选用了本公司生产的JD-BP32-500型500kW/380V的变频器。其基本的参数为:
输入:三相，380V，50Hz;
输出:三相，0~380V，0～50Hz;
频率范围:0～50Hz;
最高频率:33.5～50Hz任意设定;
基本频率:0～33.5Hz之间任意设定;
启动频率:0～5Hz;
转矩提升:根据负载转矩调整到最佳。
根据现场的特殊要求，经常用在低频2～5Hz，并且提升量大，所以变频器在额定频率0～33.5Hz采用恒转矩输出，33.5Hz以上采用恒功率输出。为适应大功率输出，以及负载根据地质情况的频繁波动，并且电流变化大，而且有频繁的周期性波动，以及现场安装空间的限制，使变频器体积尽量的小。采用两单元并联输出，每个单元四个功率模块直接并联的特殊结构，模块并联中产生的均流问题，采用均流电抗和强制均流两种方式，使每个模块都能正常工作。由于变频器输出电流大(接近2kA)，为防止强电流磁场造成的干扰，传输信号采用光纤通讯，并且控制电路也增加相应的抗干扰措施，从而增加了变频器工作的安全性，收到了较好的效果。
变频器主回路电路如图1所示。由于在工作过程中负载波动频繁，电流变化大，电机有时处于发电状态，为处理好这部分能量,保证变频器的安全,增加了如图2所示的能耗制动单元。这类负载周期性变化大，我们采用较大余量的功率器件，主电路采用电流传感器取样及对IGBT结压降保护和负载过流保护的三级措施，来确保变频器及电机能够长期的无故障运行。
点击看原图 图 制动单元图 4 应用效果 (2) 打井时原来就有四个档位，没有其他速度选择。工频50Hz时，合转盘离合器，这样对钻杆及电机、变速箱都有很大的机械冲击。特别是在打到岩层时，地下的地质情况复杂多变，负载有时轻，有时重，这样使得发电机要丢频丢压，转盘转速时快时慢。在打定向井时就会偏离设计倾斜度。使用变频后，转盘转速在设定范围内连续可调，减少了频繁换档，根据地形可以灵活掌握其速度，转盘带动转杆时可以零频启动，对转盘的扭力就大大减少了，变频器中还采用了较大的储能元件，以保证复杂多变的地质情况下负载的变化。 &nbs
经过两个月的试运行，该系统呈现出明显的效果:
（1） 没有使用变频器前，起放井架是在工频50Hz通过变速箱直接加上负载，速度不易控制，井架自身约为40t，大的钻机还要重，起放很不平稳，冲击大，不易于控制。安放二成平台时十分烦琐，费时、费力。使用变频器后可以在低频2～5Hz启动，速度慢，很容易操作控制起放位置，并且低频起重量大，安全可靠。
(4) 使用变频器后对于整个系统的的机械损耗也减少了，原来经常损坏的变速箱及刹车系统能够减少维修次数，减少大量的维修费用。在钻井情况下电机可以处于停止状态，而原来在工频运行时直接启动电机，启动电流大容易损坏发电机，运行后电机一直在运行状态，耗费大量能源。而变频器可以实现连续软启动，启动电流小，对发电机组没有冲击，原来每天用油3t以上，而现在每天用油在2t左右，所以也大大节约了能源。并且我们还配有电力变压器一套，以便有条件时直接接入高压网电运行。
5 结束语
石油钻机采用变频控制，是新兴的变频高科技技术在油田上的又一次成功
应用。通过这一实践，也可证明了变频器的应用范围是十分广泛的。我们应该抓住这一机遇，努力完善这一类产品的工艺及性能，使之更能适应现场的要求，为变频器在更新领域的拓展作出更大的贡献。
