Системы управления электроприводами лебёдки и насоса буровых установок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

A. Anikin

Experience of introduction of the frequency-regulated electric drive based on the VACONfrequency converter on the self propelled car V15K

Adoption experience of frequency-controlled asynchronous drive on mining transport are presented, videlicet, implementation of tractive drive of shaft self-propelled car V15K is introduced. Drive contain one frequency converter and four parallel-connected induction motors, which does not have feedback sensors.

Keywords: controlled asynchronous electric drive, tractive electric drive, frequency converter.

Получено 06.07.10

УДК 62-83:621/.69

Е.А. Бабкин, асп., (495) 362-74-25,

babkin83@mail.ru (Россия, Москва, МЭИ(ТУ)),

А.В. Симонов, зав. отделом, (495) 362-74-25,

babkin83@mail.ru (Россия, Москва, ООО «Электропром»),

А.Ю. Щёболев, ведущий инженер, (495) 362-74-25,

babkin83@mail.ru (Россия, Москва, ООО «Электропром»)

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ЛЕБЁДКИ И НАСОСА БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Рассматриваются системы асинхронного частотно-регулируемого электропривода лебедки и насоса буровых установок, обеспечивающие их высокие технико-экономические показатели работы.

Ключевые слова: системы асинхронного частотно-регулируемого электропривода, технико-экономические показатели работы.

На буровой установке (БУ) имеется мощная буровая лебедка, осуществляющая выполнение спуско-подъемных операций с бурильными трубами (СПО). В приводе буровой лебедки в соответствии с Правилами безопасности предусматривается аварийное защитное отключение при превышении усилия на крюке сверх допустимого и при подъеме талевого блока выше определенной отметки. Однако в процессе отключения привода и наложения аварийного тормоза возникают значительные динамические усилия колебательного характера, представляющие опасность для персонала и оборудования.

В приводе бурового насоса высокого давления также предусматривается защитное отключение в случае возможного превышения давления в манифольде (трубопроводы и другие устройства гидравлического канала), по которому промывочная жидкость подается в скважину, при этом могут возникать гидравлические удары в манифольде. Их результатом могут

быть разрывы шлангов высокого давления и опасные ударные нагрузки на гидроаппаратуру.

Для исключения подобных явлений в приводах главных механизмов БУ предлагается ввести доработанные функциональные устройства в общепринятые системы управления.

Для асинхронного частотно-регулируемого электропривода лебедки по системе ПЧ-АД реализацию предложений можно показать на примере функциональной схемы управления, представленной на рис. 1, где МЛ -главный электродвигатель лебедки; ДС-МЛ - датчик скорости на валу главного двигателя; ДВ - датчик веса на крюке (входит в состав системы контроля процессов бурения СКПБ); ШЦМ - шкаф цифровых модулей со станцией удаленной периферии ЕТ200; ПБ - пульт бурильщика; ФП1 -функциональный преобразователь, ограничивающий скорость (а соответственно и мощность) в установившихся режимах; РС - ПИ-регулятор скорости; РТ - ПИ-регулятор тока двигателя; ОТ - регулируемый узел ограничения выходного сигнала РС; ОМ - регулируемый узел ограничения момента; ДТ - датчики тока двигателя.

51МАТ1С БШАМЮЭ

Г ФПЛ

Рис. 1. Функциональная схема САР электропривода лебедки в режиме "Главный привод СПО"

Регулирование основных координат привода лебедки осуществляется при постоянстве момента в области частот вращения от нуля до номинального значения и постоянстве мощности при более высоких частотах.

Основное назначение функционального узла ФП1 в существующем виде - это автоматическое задание скорости лебедки в зависимости от веса бурильной колонны. Вес колонны определяется с помощью датчика веса ДВ. Характеристика ФП1 выражается как зависимость задаваемой (требуемой) установившейся скорости подъема (1-й квадрант) и спуска (4-й квадрант) от сигнала датчика веса ДВ, что отражают горизонтальный и наклонный участки характеристики ФП1. Расчетные характеристики ФП1 строятся на основе нагрузочных характеристик лебедки, с учетом того, что максимальному расчетному усилию на крюке соответствует максимальный сигнал ДВ.

Произведена доработка узла ФП1 таким образом, чтобы при превышении некоторой уставки максимального усилия на крюке Екр производилось автоматическое снижение скорости до нуля (вертикальный участок характеристики). Уставка этого усилия должна быть несколько меньше (на 1... 2 %) по сравнению с усилием, при котором производится аварийное отключение.

Таким образом, отличительной особенностью доработанной САР электропривода лебедки является отсутствие аварийного отключения привода с наложением аварийного тормоза и оставлением талевой системы в натянутом и не управляемом состоянии. При достижении предельного веса разработанная САР снижает скорость лебедки до нуля и позволяет приводу работать в данном режиме без аварийного останова в течение 10 секунд. За этот период времени бурильщик предпринимает действия, ликвидирующие аварийный останов электропривода лебедки. Тем самым исключается опасность резких колебаний в подъемной системе в результате превышения веса.

Для асинхронного частотно-регулируемого электропривода бурового насоса по системе ПЧ-АД с двухзонным регулированием реализацию предложений можно показать на примере функциональной схемы управления, представленной на рис. 2, где МН - двигатель насоса; ДС-МН -датчик скорости на валу двигателя насоса; ДД - датчик давления в мани-фольде; ПН - пульт насоса; ФП2 - функциональный преобразователь, ограничивающий скорость (а соответственно и мощность) насоса в зависимости от давления в манифольде. Остальные элементы подобны узлам, применяемым в функциональной схеме управления лебедки.

Ввод доработанного функционального узла ФП2 в СУ насоса обеспечивает автоматическое управление скоростью насоса в зависимости от давления в манифольде, определяемого с помощью датчика давления (ДД). Характеристика ФП2 выражается как зависимость наибольшей допустимой скорости насоса от сигнала датчика давления ДД.

Рис. 2. Функциональная схема САР электропривода насоса

Произведена доработка узла ФП2 таким образом, чтобы при превышении некоторой уставки максимального давления Рнас производилось автоматическое снижение скорости до нуля. Уставка этого давления должна быть несколько меньше (на 1.. .2 %) по сравнению с давлением, при котором производится аварийное отключение.

В результате исключаются гидравлические удары в манифольде с соответствующими негативными последствиями.

Разработанные способы защиты по быстродействию на порядок выше штатных систем защиты. Рассмотренные САР асинхронного частотно-регулируемого электропривода лебедки и насоса внедрены на буровых установках и существенно повышают надежность работы бурового оборудования.

E. Babkin, A. Simonov, A. Schebolev

Control systems of electric drives of a crab and the pump of drilling units

Systems of the asynchronous frequency-regulated electric drive of a winch and the pump of the chisel installations, high technical and economic indicators of work providing them are considered.

Keywords: systems of the asynchronous frequency-regulated electric drive, technical and economic indicators of work.

Получено 06.07.10