于冰

摘 要：随着钻井设备的不断更新，变频器的交流控制技术在钻井施工也来越广泛，随着交流电机自动控制技术在钻井施工的应用，通过变频器的整流和逆变能很好的控制钻机的钻速和泵压。变频调速是一种全新的可编程和高精度的控制系统，它能完成复杂的调速工作，执行可编程的控制指令，并对控制对象的运行状态进行监控，和最优化运行参数自动识别。由于控制系统采用的是大规模数字电路及微处理器的可编程技术，它的输入给定和输出控制与系统内部的设定，在数字信号处理时可获得很高的精度，随之也带来一些干扰问题，有些干扰问题已经严重到影响钻机的电控系统的plc和仪器仪表的正常工作，如果其干扰问题得不到很好的解决，不断影响钻井工程的正常施工，还给其他钻井设备和员工带来极大的安全隐患。

关键词：变频设备 石油钻井 应用 利弊

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0100-01

变频技术在油田钻机上的开发应用，不仅提高了钻机的水平，改善了钻机的操作性能，更重要的是加强了钻机的作业能力，提高了钻井效率和质量。油田钻机是油井生产的最主要的设备之一，它的正常运转和工作效率直接关系到油井的经济建设和成井率。由于其钻井工艺的特殊性，对钻机电控设备要求特别苛刻，特别在变频器选用上非常谨慎。变频驱动钻机的优点主要体现在节能，操作简单，无级调速，控制精度高，工作效率高。为了保护变频器，就要减少特殊情况下对模块的极限冲击来保护变频器，提高了整机的安全性和可靠性。

1 变频器在石油钻井中干扰问题分析

1.1 石油钻井线槽的相互干扰

石油钻机上有两类线路。模拟信号线路和数字量控制线。这两类线材应保持间隔10公分以上，才能防止其相互干扰。因此在设计石油钻机时，要特别注意线槽的设计。模拟信号控制线必须要采用双绞线或是屏蔽线，并确保一头接地，一头悬空。另需特别注意的是：当采用长距离输线时，数字量控制线路要务必确保中间期间的转接。

1.2 外部电磁波的干扰

假如变频器四周存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵进变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器四周所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过20 cm；尽量缩短控制回路的配线间隔，并使其与主回路分离；变频器控制回路配线绞合节间隔应在15 mm以上，与主回路保持10 cm以上的间距；变频器间隔电动机很远时（超过100 m），这时一方面可加大导线截面面积，保证线路压降在2%以内，同时应加装变频器输出电抗器，用来补偿因长间隔导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地，必须在专用接地点可靠接地，不能同电焊、动力接地混用；变频器输进端安装无线电噪声滤波器，减少输进高次谐波，从而可降低从电源线 到电子设备的噪声影响；同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器，以降低整输出真个线路噪声。

2石油钻井变频设备的优缺点分析

2.1 变频器的优点

（1）节能。传统设备调速是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量或给水量，不但输入功率大，而且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。而使用变频器调速，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求，从而降低电耗。

（2）提高设备自动化程度。可以根据客户要求，通过设计灵活地满足客户个性化要求、行业性要求，甚至满足各种高难度高精度的传动，同时为客户提供高集成度的一体化解决方案。

（3）延长电机寿命。工频状况下马达采用星三角降压延时启动，此时电流是电机额定电流的5倍左右，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大冲击。使用变频器后，马达在额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对马达和电网的冲击，延长了电机的使用寿命。

（4）操作连续、广泛。使用原有的常用电源，利用另外的变速设备（减速机、传动带等）进行变速。但是只能进行阶段性变速、不能进行连续变速。

（5）启动方便：可以软启动和软关闭，任意调整发动机的加/减速时间。

（6）减低启动电流：通过软启动和软关闭，能降低启动电流到电机启动时额定电流的2倍左右。一般直入启动时，流动额定电流6倍的启动电流，因此会给电机的频繁运转/停止带来负荷。

3.2 变频器的缺点

变频器的缺点主要体现在两方面，第一，变频器在变频过程中逆变时会产生较多的高次谐波，影响电源质量，并造成较多的干扰谐波影响电气设备的正常工作，使电机发生机械震动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，使绝缘老化，寿命缩短甚至损坏。第二，变频器的造价较高，且变频器的技术要求高，保密性强，所以在变频器内部发生故障后必须联系厂家提供技术支持，一般都得将损坏元件或整机发回厂家，由厂家进行维修。

变频器在多个行业的众多电气驱动设备上均有应用，在矿业中，其大部分应用在泥浆泵、传送带、提升机、切削机、掘削机、起重机鼓风机、泵、压缩机等设备的驱动上。针对该厂的实际情况，笔者认为，该厂110 kW以上的电动机驱动均应使用变频。现在我该厂110 kW以上的电动都是用的是软启动器启动，软启动器主要解决电动机启动时对电网的冲击和启动后旁路接触器工作的问题，对电机有较好的保护作用，在轻载情况下可以实现一定程度的节能（约5%），但是不可以在运行过程中随负载的变化而调节功率的输出，所以其节能效果远远不如变频器。

3 结语

随着变频器技术的逐渐成熟，其在石油钻机中的各个系统应用中均发挥着很大的作用。同时，在变频器的日常工作使用中，应当注意变频器的安装技术问题、干扰问题、电网质量等问题，克服以上问题带来的困难。确保其更好的运转以为钻机提供更好的电力保障。如今数十台钻机变频器已经投入运行，钻机变频器经受住了恶劣条件的考验，运行效果良好，使其朝向有利的方向发展，有着广阔的市场前景和发展潜力。

参考文献

[1] 徐松平.变频器的干扰与防治在钻井中的应用[J].科技与企业，2012（14）：357.

[2] 朱奎林.变频器的干扰实例与对策[J].自动化技术与应用，2014（8）：111-112.

[3] 范先涛.变频器在石油钻井中应用的常见问题及对策[J].中国石油和化工标准与质量，2013（15）：162.

[4] 高成海.变频器在国内石油钻机的应用[J].电气传动，2001（1）：56-59.

[5] 王辉，刘健，潘登，等.变频器技术在石油钻采中的应用[J].中国新技术新产品，2012（18）：161.

[6] 江平，梅文庆，杨大成，等.石油钻机驱动变频器控制系统研究[J].大功率变流技术，2012（4）：43-47.