[实用新型]直流母线供电的钻机/修井机动力系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直流母线供电的钻机/修井机动力系统。

背景技术

石油钻机/修井机配备的动力系统可分为四类；即柴油机驱动、液压驱动、直流电驱动、交流电驱动。近年来，随着变频技术的日益成熟，使得交流电驱动钻机/修井机越来越为各油田用户所推崇。目前，交流电驱动钻机/修井机动力系统的配置方案是采用大功率柴油发电机组发出三相交流电，通过组网单元、交流母线输送到各用电负载，供给不同变频器驱动的绞车电机、泥浆泵电机、转盘电机、顶驱电机，以及其它辅助用电设备。由于钻/修井设备的驱动电机多，负载变化大，要求发电机组的装机容量一定要大于所有用电设备总的瞬时功率，造成了设备成本高，发电机组耗油量大，废气排放量多，严重污染环境等问题。另外由于三相异步交流电机启动电流一般为正常工作额定电流的3倍，但其启动时间很短，因此发电机组在正常工作状态下，绝大多数时间处于大马拉小车的状态，导致了系统的用电效率较低。

发明内容

本实用新型解决的技术问题：设计一种直流母线供电的钻机/修井机动力系统，降低发电机组的装机容量，进而降低了设备成本和油耗，保护了环境，同时并提高了系统的效率。特别是在钻/修井过程中，设备电机产生的再生电能回馈到直流母线可以被再次利用，进而提高了系统的用电效率。

本实用新型的技术解决方案：一种直流母线供电的钻机/修井机动力系统，包括发电机组(1)、组网单元(2)及交流母线(3)，电机组(1)输出的交流电经组网单元(2)接交流母线(3)，交流母线(3)接无需变频调速的负载电机(9)。交流母线(3)接大功率整流器(10)的输入端，大功率整流器(10)的输出端接直流母线(11)，逆变器(12)输入端接直流母线(11)，逆变器(12)的输出端分别接钻/修井动力系统各变频电机。

所述变频电机为绞车电机(5)、转盘电机(6)、顶驱电机(7)、泥浆泵电机(8)。

所述交流母线(3)和直流母线(11)均分为若干段，分别通过组网断路器(19)和母线联接器(21)连接。

所述直流母线(11)上并联有制动单元(13)，且制动单元(13)的输出端连接有制动电阻(14)。

所述直流母线(11)上并联有自耦变压器(15)，且自耦变压器(15)的输出端接交流母线(3)。

所述直流母线(11)上并联有直流储能装置(16)。

所述直流储能装置(16)为大容量蓄电池组或者超级电容器组。

工作原理：发电机组输出的三相交流电通过组网单元接入交流母线，通过交流母线将三相交流电输送至大功率整流器整流变换为直流电输送到直流母线上，各逆变器将直流母线输送来的直流电逆变为频率、电压可调的交流电进而驱动钻/修井设备的变频电机。其它不需要变频调速的钻井设备的电机可直接从交流母线上取电。在钻/修井过程中，某些设备的变频电机在一定工况下会处于发电状态，此时，逆变器内整流回馈单元会将该电机发电状态下再生的电能转换为电压稳定的直流电反馈到直流母线上，这部分电能可被直流母线上其它处于电动状态的钻/修井设备电机所使用。如果该电能无法被完全消耗，仍有富余，则可通过以下三种方案进行处理：方案一，即直流母线上并联制动单元和制动电阻，将富余的再生电能以热量的方式消耗掉；方案二，即直流母线上并联自耦变压器，将富余的再生电能回馈到交流母线，供所有钻/修井设备电机使用；方案三，即直流母线上并联直流储能装置，富余的再生电能会存储于该装置中，待直流母线上用电负荷增大或钻/修井设备消耗的瞬时功率大于发电机组向交流母线输出的功率时，该储能装置可与发电机组一起向负载供电，因此本动力系统配备的发电机组的功率可小于钻井设备总的瞬时功率。

本实用新型与现有技术相比具有的优点和效果：

1、钻/修井过程中，设备电机产生的再生电能回馈到直流母线可以被再次利用，进而提高了动力系统的用电效率。

2、由于钻/修井设备电机发电状态产生的再生电能可与发电机组一同向钻/修井设备进行供电，故只要发电机组的输出功率加上再生电能的功率大于钻/修井过程中最大需求功率的条件下，可以适当降低发电机组的装机容量，从而减少了设备成本和耗油量，保护环境。

3、本供电系统的设备结构紧凑，工作稳定，使用本系统，可使钻机/修井机继续拥有变频调速的诸多优点外，大大提高钻/修井设备运行的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施方案的结构示意图，

图2为本实用新型第二种实施方案的结构示意图，

图3为本实用新型第三种实施方案的结构示意图，