干旱区生态环境知识资源中心(Arid): SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统的研制

Arid

	SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统的研制
	张振中; 刘小宝; 魏永武; 石建龙; 戴恒阳; 李国芳; 刘晋雷; 胡志鹏; 贾炳琦; 邓月婷; 许美成; 赵宏; 安宁宁
完成单位	天水电气传动研究所有限责任公司
登记(发布)日期	2011
中文摘要	1 任务来源根据天水电气传动研究所有限责任公司与胜利石油管理局海洋钻井公司于2010年8月签订的《改造胜利九号钻井平台电传动系统的技术协议》。 2 应用领域和技术原理 “SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统的研制”是天水电气传动研究所有限责任公司为中石化胜利海洋钻井工程公司开发的一套自升式海洋钻井平台的电传动控制系统。该系统将逻辑控制、发电控制、传动控制组成Profibus-DP总线通讯控制系统,真正使电传动系统实现了数字化、网络化、自动化。司钻的操作指令和驱动装置的状态参数可以通过通信网络进行高速可靠的发送和接收。该套装置的发电控制部分、传动控制部分、司钻操作部分通过西门子S7-300PLC组成的Profibus-DP总线进行通讯。Profibus-DP总线作为国际化和开放式的标准现场总线,满足现场总线标准EN50170第二部分定义的规则。Profibus-DP适用于快速响应控制设备与现场控制设备间的通讯,主站和从站之间通过高速串行口连接,传输速率为9.6kbps～12Mbps,周期性的与从站进行数据交换,并在数据交换期间进行参数化、诊断、报警处理。它广泛应用于制造业自动化、过程控制自动化、电力系统等领域。这样,由于这几部分都采用同一厂家产品,提高了系统各部分之间的兼容性及系统的可靠性。 3 性能指标 “SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统的研制”控制驱动系统采用AC-SCR-DC方案,由西门子PLC、6RA70直流调速器、发电机控制系统及上位机智能监控系统组成网络,实现高速,稳定,可靠的现场总线控制。采用全数字控制的柴油发电机控制系统控制4台卡特3516B柴油发电机组发出AC600V,60Hz交流电为全平台提供动力及控制电源。4台SCR直流传动柜采用“一对一”或“一对二”控制方式,通过选择不同的程序驱动8台他励直流电动机(泥浆泵4台、绞车2台、转盘1台、顶驱1台)。绞车、转盘、顶驱电机具有正、反转功能,转盘、顶驱扭矩限制可从0-100% 任意调节;带绞车、泥浆泵各自的两台电机工作时负荷均衡、转速同步。拖动性能满足绞车、转盘、顶驱、泥浆泵的作业要求。他励直流电机的励磁分别由7台励磁装置提供。由于泥浆泵A、B电机和绞车A、B电机的电枢都是并联连接,所以A、B两台电机的负载均衡就成为了本套系统的一个技术难点。为了确保双电机的负载均衡,该系统采用了数字控制的方法,实时采集两台电机的电枢电流进行比较,并将比较值与电机的特性匹配值作为扰动给定来自动调节励磁,从而实现两台他励直流电机的负载均衡,负载均衡度可以控制在10%之内。 4 与国内国际技术比较国外已有同类成熟产品,其性能先进,但价格较高。按单位功率(每峰瓦)计算,其价格约为国内同类产品的1.5～2倍。国内目前已有同类产品,但大多转换效率低,功能不太完善,可靠性不是很高。与国内外已有技术相比,该系统在MPPT、主动式孤岛保护、智能主从控制、逆变器的结构以及实时数据采集分析处理功能上都有独特的地方,这就保证了装置整体技术先进、可靠。 5 成果的创造性、先进性 “SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统”以全数字发电与传动控制为基础,以Profibus-DP现场总线网络为纽带,采用数字控制的方式自动调节励磁来实现他励电机电枢并联运行时负载均衡新方法,自动化程度高,调节跟随响应快,系统简洁可靠,运行稳定,可应用于陆地、沙漠及海上钻井作业。经国家一级查新中心甘肃省科学技术情报研究所全国联网查新,这些新技术也是首次全部应用于电驱动钻机,具有很强的技术竞争力。 1)胜利九号钻井平台电传动系统将逻辑控制、发电控制、传动控制组成Profibus-DP总线通讯控制系统。真正的使电传动系统实现了数字化、网络化、自动化。司钻的操作指令和驱动装置的状态参数可以通过通信网络进行高速可靠的发送和接收; 2)在系统设计上,系统操作采用完全相同的两套PLC冷备冗余方式,正常情况下由一套PLC通过总线通讯的方式完成逻辑操作控制;当一套PLC或总线网络出现故障,可以通过转换开关切换到另外一套PLC控制。传动控制采用双总线通讯板、通过迅速切换操作方式来减少停机时间,提高系统的可靠性。 3)公司自主研制的全数字柴油发电机组控制系统应用到海上平台,实现了能源目标管理,增强了系统的运行可靠性。 4)全数字直流调速系统应用于直流他励电机的电枢、励磁调节回路,通过一套特殊算法解决了双台电机电枢并联同轴运行时电流不平衡的问题。 6 作用意义该项目为适应我国在海洋油气的开发过程中对电气传动系统装置的需求,替代进口,满足国家能源发展战略“向海洋发展”的要求,提高了我国海洋石油勘探与开采的国际竞争能力。项目采用先进的变频节能技术,节能效果显著,振兴国家重大装备制造业,促进企业向高端制造业发展,经济社会效益显著。 7 推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 “SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统”在石油钻机行业他励直流电机的电枢并联运行的方式下,首次采用数字控制自动调节励磁的方法实现两台电枢并联的他励直流电机的负载均衡。经过现场的运行,负载考核,该套电传动系统运行可靠,稳定,完全能够满足海洋钻井的工况需要。通过这段时间的运行证明这种控制方案可以在石油钻井行业中大力推广,前景非常乐观。
中文关键词	海洋钻井平台 ; 全数字控制 ; 主从控制 ; 负载均衡
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	TE53
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001469074
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242873
推荐引用方式 GB/T 7714	张振中,刘小宝,魏永武,等. SS70H-40A海洋钻井平台石油钻采电传动控制系统的研制[Z]. 应用技术,2011.