俄羅斯蘇爾古特3千米鉆機MCC模塊電控設(shè)計

陳思橋，鄔 靜，陳 勇，唐 穎

（1.美國密歇根大學(xué)，美國底特律；2.華北電力大學(xué)，北京 102206；3.中國石油川慶鉆探川西鉆探公司，四川成都 610000；4.四川宏華石油設(shè)備有限公司，四川廣漢 618300）

俄羅斯蘇爾古特3千米鉆機MCC模塊電控設(shè)計

陳思橋1，2，鄔 靜3，陳 勇4，唐 穎4

（1.美國密歇根大學(xué)，美國底特律；2.華北電力大學(xué)，北京 102206；3.中國石油川慶鉆探川西鉆探公司，四川成都 610000；4.四川宏華石油設(shè)備有限公司，四川廣漢 618300）

介紹了出口俄羅斯的3千米鉆機中的MCC系統(tǒng)，是中國專門針對當(dāng)?shù)氐牡蜏貧夂驐l件設(shè)計的產(chǎn)品，目的是為鉆機九大系統(tǒng)的動力配置提供足夠支持。該系統(tǒng)經(jīng)用戶的實踐驗證，設(shè)計合理，滿足了俄羅斯嚴酷的低溫環(huán)境需求，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

鉆井設(shè)備；油氣開發(fā)；MCC模塊電控；低溫環(huán)境

俄羅斯第4大石油公司蘇爾古特石油和天然氣公司（Surgutneftegaz）近年來在中國訂購了大批鉆機。中國的MCC控制技術(shù)在該批鉆機上得到了全面的推廣運用。

石油鉆機是一種綜合性，多功能，聯(lián)合作業(yè)的全天候鉆井設(shè)備，電器自動化已經(jīng)全面應(yīng)用其中，針對其-45℃的低溫使用條件，結(jié)合其國家行業(yè)法規(guī)設(shè)計了機控中心，簡稱MCC模塊。MCC模塊用于接收400伏，50赫茲的電能并分配給鉆機的用電設(shè)備；同時把400伏，50赫茲的電能轉(zhuǎn)變成600伏，50赫茲的電能提供給鉆機主驅(qū)動系統(tǒng)。MCC模塊履行了電能控制和分配的功能，同時對鉆機用電設(shè)備起到保護作用[1-2]。

MCC模塊電氣設(shè)備的使用，按照《電氣設(shè)備規(guī)則》，MCC模塊由于電流、電壓原因，可能致人受傷，屬于危險區(qū)域。因此電氣設(shè)備的使用應(yīng)按照《電器用電設(shè)備技術(shù)操作規(guī)程》及《行業(yè)間電氣設(shè)備使用勞動保護規(guī)則》進行。

1 技術(shù)參數(shù)

所提供圖紙上的（圖紙?zhí)?ES198.D004P）MCC模塊外形主要尺寸如下：

長×寬×高： 8 800 mm×3 100 mm×3 000 mm

鉆機主驅(qū)動:600 V，50赫茲

使用溫度: -45°С～+45°С

存儲溫度: -62°С～+50°С

相對濕度: 90%

重 量： 24 000 kg

2 模塊供電及控制系統(tǒng)設(shè)計

工作原理單線圖如圖1所示。

（1）發(fā)電機模塊供電狀態(tài)，在確保各條發(fā)電線路正常供電的情況下，發(fā)電線路1在開關(guān)柜3面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，向母排供電。發(fā)電線路2在開關(guān)柜2面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，母排得電。發(fā)電線路3在開關(guān)柜2面板上的電紅色燈HL4指示得電，白色燈HL5指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL5指示運行，母排得電。如果三臺或兩臺發(fā)電機并車后同時供電，其電流在400 V主母排上匯流。

（2）變電站模塊供電，在確保變壓器T1、T2供電正常的情況下。變壓器T1進線在開關(guān)柜1面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行。變壓器T2進線在開關(guān)柜1面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，向母排供電。兩趟電流在400 V主母排上匯流。

主母排上有400 V電后，變壓器T3開關(guān)在開關(guān)柜3面板上的紅色燈HL4指示得電，白色燈HL5指示斷路器已經(jīng)儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL6指示運行，這時變壓器房內(nèi)SGB9-2000/0.4/2×0.6變壓器得電?？梢栽赩FD房進行600 V主驅(qū)動的操作。合上照明柜內(nèi)斷路器QF1斷路器，實現(xiàn)對照明柜內(nèi)各個開關(guān)上端的送電，合上柜內(nèi)的各個斷路器，即可實現(xiàn)相應(yīng)照明或者加熱等設(shè)備的供電。

將補償柜主斷路器QF對應(yīng)延伸手柄開關(guān)合上，即保證在使用高壓變電站對系統(tǒng)供電后，通過補償柜監(jiān)測到功率因數(shù)較低時，自動投入補償回路對系統(tǒng)進行無功補償。

通過400 V橫跨母排對自動送鉆柜供電，送鉆柜面板上的按鈕SB2和SB1分別是變頻器通電使能和變頻器斷電的作用。即按下SB2后，送鉆變頻器進入使能狀態(tài)，按下SB1后，送鉆變頻器將斷電，送鉆電機停止工作。

通過400 V橫跨母排對MCC抽屜柜供電，MCC1與MCC2紅色電源指示燈HL1處于亮的狀態(tài)，將軟啟動柜門上的操作手柄轉(zhuǎn)到“合閘”位置，白色指示燈HL2將處于亮的狀態(tài)，按下啟動按鈕SB2，使能指示燈HL3處于亮的狀態(tài)。啟動過程完成后，轉(zhuǎn)入旁路運行，HL15熄滅，這時抽屜上的綠色運行指示HL25燈將處于亮的狀態(tài)。在抽屜面板上的電流表PA1，顯示該電機啟動和運行時的電流。在啟動前或啟動過程中。CB回路的通電是將對應(yīng)抽屜操作手柄轉(zhuǎn)到“合閘”位置，即實現(xiàn)了對應(yīng)模塊的供電。FVNR+HOA控制回路抽屜的送電分為自動和手動兩種情況，將對應(yīng)抽屜操作手柄轉(zhuǎn)到“合閘”位置。合上開關(guān)柜4內(nèi)的斷路器QF11和QF15，即實現(xiàn)對頂驅(qū)和儲備灌區(qū)的供電。

圖1 原理單線圖

3 MCC柜負荷設(shè)計

動力分配及負荷布局設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 MCC柜負荷分配圖

抽屜式MCC單元1，2，3，4柜為鉆機輔助機械裝置低壓控制系統(tǒng)（PD箱）提供電源，并為鉆機上和井場的用電設(shè)備從400 V母排上通過自動斷路器供電;控制、配電和保護功能。

MCC抽屜為380 V電氣設(shè)備供電，并有控制和保護功能。在需要啟動電氣設(shè)備時，需接通相應(yīng)的抽屜并給相應(yīng)的電氣設(shè)備供電。

FVNR型抽屜-用于向具有保護功能的用電設(shè)備供電，保護功能為：短路保護、缺相保護、線圈過熱保護和，最小供電電壓保護。

FVNR+HOA型抽屜-具有FVNR功能的抽屜和可通過PLC通道控制該抽屜用電設(shè)備的抽屜。按照該原來設(shè)計的抽屜為：МСС 3柜的A，B， C，D和MCC4柜的A，B，C，D。

泥漿泵模塊中，功率為2.2 kW的1號泥漿泵噴淋泵電機的操作和供電抽屜；井架-絞車模塊ГУП-14（防噴器控制室）的操作和供電抽屜，50A［3］。

4 負荷分配

1.2.1 1，2，3，4號開關(guān)柜［3］

安裝在4個柜子上的自動開關(guān)保證了鉆機用電設(shè)備的電力供應(yīng)，并為用電設(shè)備提供保護。

QF1，QF2，QF3斷路器的額定電流為1 600 A，用于控制從主柴油發(fā)電站向MCC模塊母排供電。

QF4斷路器的額定電流為400 A，用于控制從應(yīng)急柴油發(fā)電站向MCC模塊母排供電。

QF5，QF6斷路器的額定電流為3 200 A，用于控制從KRU（高壓變電房）變壓器Т1，Т2向MCC模塊母排供電。

QF7開關(guān)，額定值為 25 A，為“RAZ?REZ-2”測量站供電。

QF8斷路器的額定電流為3 200 A，用于向變壓器T3供電的控制。

QF11斷路器的額定電流為630 A，用于控制向頂驅(qū)系統(tǒng)供電。

QF15斷路器的額定電流為630 A，用于儲備罐中供電操作。.

5 組成設(shè)備

（1）三相變壓器（牌號SGB9-2000/0.4/2× 0.6）［2］

2 000 kVA變頻變壓器位于MCC房一個單獨的變壓器室中。在變壓器室內(nèi)配有一個加熱器，一個照明燈，一個排風(fēng)扇。變壓器的作用是將400 V電源轉(zhuǎn)為兩路相位相差30°的600 V電源，為VFD系統(tǒng)提供電源。

（2）自動送鉆柜

設(shè)計圖如圖3所示。

在緊急傳動柜中安裝有自動斷路器QF20（額定電流100 A），及為送鉆電機提供電源的變頻裝置+P901+D150，變頻器牌號ACS800-1-0060-3。同時為確保應(yīng)急驅(qū)動MCC模塊從外部工作，在單獨艙內(nèi)安裝有剎車電阻BR2，功率25 kW。

在自動送鉆柜中還安裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)SA10，保證在PLC兩個通道出現(xiàn)故障時，實現(xiàn)超重保護功能。

圖3 自動送鉆設(shè)計圖

6 柜子加熱抽屜系統(tǒng)

MCC4柜中安裝下列抽屜：

（1）2.2 kW的轉(zhuǎn)子通風(fēng)電機操作和供電單元；

（2）11 kW的鉆井泵№2通風(fēng)電機的操作和供電單元；

（3）2.2 kW的轉(zhuǎn)子油泵電機的操作和供電單元；

（4）2.2 kW鉆井泵№2油泵電機的操作和供電單元；

（5）2.2 kW鉆井泵№2活塞桿灌溉泵電機的操作和供電單元；

（6）電流為25 A絞車組件中鉆井絞車盤式液壓站的操作和供電單元。

7 補償柜

補償柜內(nèi)安裝有6路補償裝置，6路補償裝置分別由電容器、電抗器、接觸器、熱繼電器、熔斷器等電器組成?？梢酝ㄟ^設(shè)置自控器參數(shù)改變補償柜使用的條件，即改變功率因數(shù)限值。由電流互感器檢測到工業(yè)網(wǎng)供電回路的進線電流，通過自控器自動調(diào)節(jié)選擇由幾路補償裝置投入到電網(wǎng)的無功補償中去。

從MCC模塊通過電纜為鉆機用電設(shè)備供電。從MCC輸出到用電設(shè)備通過插接件板完成。電纜通過插harting插接件連接該插接件板。插件的型號有：Han 3A、Han 4A、Han 10A、Han k 4/0、Han 6 HsB、Han Q 5/0、Han K 3/2、safe 20。

8 結(jié)論

目前中國制造公司已經(jīng)出口有五臺3千米鉆機在俄羅斯蘇爾古特地區(qū)，這些鉆機投入使用后已完成鉆井進尺約4.6萬米，這批設(shè)備運轉(zhuǎn)良好。表明該套MCC系統(tǒng)設(shè)計合理，功能可靠，能夠適應(yīng)俄羅斯蘇爾古特地區(qū)低溫環(huán)境的使用需求，基于巨大的市場需求，在未來該技術(shù)將會給制造企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟價值。

［1］孫克軍.電工手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］任元會.配電設(shè)計與民用手冊：第三版［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］孫祖梅.低壓電器及開關(guān)設(shè)備［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

Research of the Russia Surgut 3km Drilling MCC Module Electric Control Design

CHEN Si-qiao1，2，WU Jing3，CHEN Yong4，TANG Ying4
（1.University of Michigan-Dearborn，Detroit，U.S.A.；2.North China Electric University，Beijing102206，China；3.CNPC Chuanqing Drilling Company Equipment Department and chuanxi Drilling Company Equipment Department，Chengdu610000，China；4.Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Guanghan618300，China）

MCC system of 3 kilometer rig exported to Russia,is China specifically for the design of low temperature climate conditions of local products,for the purpose of power drill nine system provides enough support.The system is verified by practice,the user's design is reasonable,to meet the Russian temperature harsh environmental requirements,and achieve the desired objectives.

drilling equipment；oil and natural gas development；MCC module electronic control；low temperature environment

TE928

B

1009－9492(2014)05－0119－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.030

陳思橋，男，1992年生，四川遂寧人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：電器自動化控制技術(shù)。已發(fā)表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2013－11－19