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摘要：在南美厄瓜多尔钻井市场，目前几乎是国内钻井公司在提供石油钻井服务。AC60-400kVA三相变频净化电源可以实现国内钻机50Hz电制和当地60Hz电制的平稳转换，适应南美钻井市场的需求。其具有投入费用低，安装简单，运行稳定，不受井场空间限制，适应环境能力强等特点,特别适用于南美60Hz电制国家钻井工程服务的需求。
关键词：AC60-400kVA三相变频净化电源；钻井工程；应用
中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0035-03
随着油田钻井市场的不断扩大，石油钻井服务逐步走向更多的国家。地区的差异，带来了对钻机设备不同的需求。南美钻井市场地处亚马逊平原上游热带雨林，环保要求很高，聘请当地泥浆处理公司及其固控设备是最安全经济的选择，同时也成为当地钻井施工一贯的模式。当地泥浆处理公司服务需要自带处理设备，一般负荷都在250 kW左右。工程合同上都要求钻井承包商提供电力。南美地区是美国电制，工业用266 V/460 V电，60 Hz，当地公司的设备都使用这一电制。国内过来的钻井装备固定模式确是220 V/380 V 50 Hz的电制，无法满足当地固控设备的需求。原有的工程模式是购买（或者租用）一台600 kW当地电制的发电机组，专门为固控设备供电。这样虽然简单却使用维护成本不菲，并且钻机发电机组的电力充裕却无法使用造成严重浪费。AC60-400 kVA三相变频净化电源可以使钻机发电机组220 V/380 V 50 Hz的电力转换成266 V/460 V 60 Hz电源供设备使用，满足当地设备负荷要求，运行稳定可靠，一次性成本投入，维护费用低，可有效解决当地泥浆处理设备使用的问题。
1AC60-400 kVA三相变频净化电源简介
变频电源的主要功用是将现有的交流电网电流变换成所需频率的稳定的纯净的正弦波电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真），变频电源十分接近于理想交流电源。三相市交流电经过AC-DC-AC变换的双逆变电源，称为三相变频电源。AC60-400 kVA三相变频净化电源就是专门把220 V/380 V 50 Hz的电力转换成266 V/460 V 60 Hz的理想的交流电源设备。系统包括两组200 kVA变频柜和一台10P空调和相应的空气开关、连接电缆和电缆插座，都内置在一个长4 000 mm宽2 700 mm高3000 mm的房子里，完成266 V/460 V 60 Hz稳频稳压输出，稳频精度±0.05%，电压±15%连续可调，总容量400 kVA，额定电流556 A。操作简单，运行稳定，安装使用方便，体积小，重量轻，可随意摆放，适合现场施工要求。
1.1操作方法
AC60-400 kVA三相变频净化电源控制面板简洁，只有启动，复位/停机两个按钮，显示三相输出电流，输出电压可以15%微调，选择显示。电源指示，正常指示和故障指示都是指示灯，输出频率60 Hz精度高，面板上不做调整。当连接好输入电源和输出设备以后，合上输入空气开关，电源指示灯亮，按下启动按钮即可。如果有故障指示报警时，系统自动切断电源输出。排除故障以后按下复位/停机按钮，故障指示灯灭，按下启动按钮系统重新工作。原则上不允许在输出电路空气开关未断开的情况下进行启动操作，按下启动按钮以后再合上输出空气开关，系统自动进入工作状态。
1.2工作原理
变频净化电源系统采用两组200 kVA三相可控硅整流桥整流，三相单极独立IGBT大功率双极晶体管逆变，两组系统总体脉宽调制控制的框架。系统原理如图1所示，输入输出滤波器只要用于提高变频净化电源的电磁兼容性。
1.2.1输入整流器
输入整流器由三相可控硅、整流桥组成，三相电抗器起抑制共模干扰作用。在变频净化电源开机或启动时通过调节导通角来实现软启动，如图2所示。这将限制冲击电流不超过变频净化电源满载时的额定电流。软启动结束后，可控硅、整流桥的导通角最大，此时相当于标准的整流桥。整流后通过直流平波电抗器和电解电容滤波得到平稳的直流电送到逆变器。
1.2.2逆变器和输出电路
逆变器和输出电路如图3所示，三相电路由完全相同的三组单相电路通过变压器副边耦合而成。每对跨接在直流母线的IGBT组成一相，每对IGBT模块由脉宽调制信号控制其导通和关断，脉宽调制波连接在LC滤波电路上，以滤除高次谐波和平滑输出波形。完全相同且独立的三相输出通过变压器副边耦合在一起，形成三相三线制或者三相四线制输出。
由于三相逆变电路和控制为单相集结组成，各相相对独立，因此可三相使用或者任意一相单独使用，适用于三相平衡和不平衡(100%不平衡)负载。
1.2.3控制系统
控制系统有三种工作模式：正常工作模式，启动模式及保护模式。
当电源开始工作或者在故障后启动的时候，为了防止负载侧电压上升过快而导致电路故障，我们采用软启动的方法，这时，控制系统处于启动模式下。软启动包括两个部分。首先，在输入侧通过对输入的三相电压慢慢升压的方式，我们可以保证逆变电路不会因母线电压直接加上去而导致故障的发生。另外，在逆变电路的控制过程中，我们需要采用闭环控制方法，通过采样记录分析的数据调整驱动信号频率，当负载侧电压上升到一定值的时候，我们再将电路转入正常工作的模式之下，所以在软启动条件下，负载侧不会因瞬间出现的高电压而发生故障在电源运行的过程中，由于短路故障，工作电流将急剧升高，若不采取措施，将会使电路中许多元器件被过电流破坏。过电流发生时，电路中的过流保护装置会动作，这时，控制电路的驱动信号将被閉锁，驱动信号停发，电路由正常工作模式转入保护控制模式。保护模式下，控制系统会在闭锁驱动信号后，自动切断输出电路，等待工作人员进行故障处理，处理故障以后，工作人员按下系统复位后，重新启动，系统自检并转入启动状态无故障后自动转入正常工作模式。
正常工作模式下要求提供稳定的60 HZ频率和266V/460V输出电压，不需要变频调速，控制系统只需做好频率电压调制和相应的保护系统，保证稳定可靠的输出就可以了。AC60-400 kVA三相变频净化电源采用数字分频，D/A转换，瞬时值反馈，正弦脉宽调制技术，以微处理器综合控制，波形生成和控制，逆变扩展和驱动，同步保护单元等控制部分模块化处理，实现了系统的高精度和实时全面的保护功能。各模块工作区间相对独立，各自设有相应的故障显示，便于工作人员进行故障排查。保护功能有过流保护，过压保护，短路保护，过温保护，自诊断保护及报警装置等。主要技术指标有：工作环境温度0℃～45℃，相对湿度0℃～95℃，频率稳定率≤±0.1%，负载稳压率±0.5%，稳压反应时间在2ms，波形失真度≤±2%（阻性负载）。
2AC60-400kVA三相变频净化电源在厄瓜多尔钻
井工程中的使用情况
以中原油田RIG2承接的厄瓜多尔ANDES石油公司TARAPOA钻井项目为例，泥浆处理为当地的MISWACAO泥浆公司，现场设备包括两台离心机，一台清洁器，4台振动筛和3个混浆罐和4台离心泵和钻井现场近10套营房，总负荷大约240 kW，基本都是电动机类感性负载，正常工作情况下一般为上单台离心机工作，正常工作负荷150 kW左右，但是由于都是感性负载，启动电流大，因此容量上有相对大一些的客观需求。AC60-400 kVA三相变频净化电源容量为400 kVA，负荷上完全满足需求。变频净化电源房一次性购买成本大约30 W元人民币。RIG2项目运行近8个月以来，变频净化电源系统没出现任何问题，维护费用基本为零。对比先于RIG2来厄瓜多尔施工的RIG1队，RIG1施工中专配一台600 kW的卡特发电机组，起初购买成本约8 W美元，工程使用中还需耗费柴油，机油，滤清器等，成本浪费巨大。显然，多方面考虑来看，配备变频净化电源房是非常优越的。
南美厄瓜多尔地区属热带雨林气候，高温高湿，变频净化电源房中配一台10P分体空调降温，再配一台500 W小型除湿机房内除湿，这样正常情况下可以保证变频电源常年不间断稳定使用。AC60-400 kVA三相变频净化电源还可以根据需要，在井场上随意摆放，不受井场条件限制，而且合理利用了钻机发电机组的剩余电力，零排放不污染环境，强化了环境保护工作，提高了钻井工程的HSE业绩。目前除RIG2队以外，中石化 RIG8队也配备了这种变频净化电源房。
3认识和结论
①AC60-400kVA三相变频净化电源工作性能可靠、便于操作、易于维护。
②AC60-400kVA三相变频净化电源合理使用了钻机发电机组的剩余电力，零排放无污染，应用中取得了很好的经济效益和较好的社会影响，为开拓和巩固南美地区钻井市场打下牢固的基础。
③AC60-400kVA三相变频净化电源在南美等不同电制国家钻井施工中，很具有推广价值。
参考文献：
[1] 梅建伟,刘美怡.基于TMS320F2812数字化三相变频电源 的研制[J].电源技术应用,2009,(3).
[2] 朱朝霞,杨其华.正弦波输出变压变频电源调制方式的研 究[J].电源技术应用,2006,(5).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：AC60-400kVA三相变频净化电源；钻井工程；应用
中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0035-03
随着油田钻井市场的不断扩大，石油钻井服务逐步走向更多的国家。地区的差异，带来了对钻机设备不同的需求。南美钻井市场地处亚马逊平原上游热带雨林，环保要求很高，聘请当地泥浆处理公司及其固控设备是最安全经济的选择，同时也成为当地钻井施工一贯的模式。当地泥浆处理公司服务需要自带处理设备，一般负荷都在250 kW左右。工程合同上都要求钻井承包商提供电力。南美地区是美国电制，工业用266 V/460 V电，60 Hz，当地公司的设备都使用这一电制。国内过来的钻井装备固定模式确是220 V/380 V 50 Hz的电制，无法满足当地固控设备的需求。原有的工程模式是购买（或者租用）一台600 kW当地电制的发电机组，专门为固控设备供电。这样虽然简单却使用维护成本不菲，并且钻机发电机组的电力充裕却无法使用造成严重浪费。AC60-400 kVA三相变频净化电源可以使钻机发电机组220 V/380 V 50 Hz的电力转换成266 V/460 V 60 Hz电源供设备使用，满足当地设备负荷要求，运行稳定可靠，一次性成本投入，维护费用低，可有效解决当地泥浆处理设备使用的问题。
1AC60-400 kVA三相变频净化电源简介
变频电源的主要功用是将现有的交流电网电流变换成所需频率的稳定的纯净的正弦波电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真），变频电源十分接近于理想交流电源。三相市交流电经过AC-DC-AC变换的双逆变电源，称为三相变频电源。AC60-400 kVA三相变频净化电源就是专门把220 V/380 V 50 Hz的电力转换成266 V/460 V 60 Hz的理想的交流电源设备。系统包括两组200 kVA变频柜和一台10P空调和相应的空气开关、连接电缆和电缆插座，都内置在一个长4 000 mm宽2 700 mm高3000 mm的房子里，完成266 V/460 V 60 Hz稳频稳压输出，稳频精度±0.05%，电压±15%连续可调，总容量400 kVA，额定电流556 A。操作简单，运行稳定，安装使用方便，体积小，重量轻，可随意摆放，适合现场施工要求。
1.1操作方法
AC60-400 kVA三相变频净化电源控制面板简洁，只有启动，复位/停机两个按钮，显示三相输出电流，输出电压可以15%微调，选择显示。电源指示，正常指示和故障指示都是指示灯，输出频率60 Hz精度高，面板上不做调整。当连接好输入电源和输出设备以后，合上输入空气开关，电源指示灯亮，按下启动按钮即可。如果有故障指示报警时，系统自动切断电源输出。排除故障以后按下复位/停机按钮，故障指示灯灭，按下启动按钮系统重新工作。原则上不允许在输出电路空气开关未断开的情况下进行启动操作，按下启动按钮以后再合上输出空气开关，系统自动进入工作状态。
1.2工作原理
变频净化电源系统采用两组200 kVA三相可控硅整流桥整流，三相单极独立IGBT大功率双极晶体管逆变，两组系统总体脉宽调制控制的框架。系统原理如图1所示，输入输出滤波器只要用于提高变频净化电源的电磁兼容性。
1.2.1输入整流器
输入整流器由三相可控硅、整流桥组成，三相电抗器起抑制共模干扰作用。在变频净化电源开机或启动时通过调节导通角来实现软启动，如图2所示。这将限制冲击电流不超过变频净化电源满载时的额定电流。软启动结束后，可控硅、整流桥的导通角最大，此时相当于标准的整流桥。整流后通过直流平波电抗器和电解电容滤波得到平稳的直流电送到逆变器。
1.2.2逆变器和输出电路
逆变器和输出电路如图3所示，三相电路由完全相同的三组单相电路通过变压器副边耦合而成。每对跨接在直流母线的IGBT组成一相，每对IGBT模块由脉宽调制信号控制其导通和关断，脉宽调制波连接在LC滤波电路上，以滤除高次谐波和平滑输出波形。完全相同且独立的三相输出通过变压器副边耦合在一起，形成三相三线制或者三相四线制输出。
由于三相逆变电路和控制为单相集结组成，各相相对独立，因此可三相使用或者任意一相单独使用，适用于三相平衡和不平衡(100%不平衡)负载。
1.2.3控制系统
控制系统有三种工作模式：正常工作模式，启动模式及保护模式。
当电源开始工作或者在故障后启动的时候，为了防止负载侧电压上升过快而导致电路故障，我们采用软启动的方法，这时，控制系统处于启动模式下。软启动包括两个部分。首先，在输入侧通过对输入的三相电压慢慢升压的方式，我们可以保证逆变电路不会因母线电压直接加上去而导致故障的发生。另外，在逆变电路的控制过程中，我们需要采用闭环控制方法，通过采样记录分析的数据调整驱动信号频率，当负载侧电压上升到一定值的时候，我们再将电路转入正常工作的模式之下，所以在软启动条件下，负载侧不会因瞬间出现的高电压而发生故障在电源运行的过程中，由于短路故障，工作电流将急剧升高，若不采取措施，将会使电路中许多元器件被过电流破坏。过电流发生时，电路中的过流保护装置会动作，这时，控制电路的驱动信号将被閉锁，驱动信号停发，电路由正常工作模式转入保护控制模式。保护模式下，控制系统会在闭锁驱动信号后，自动切断输出电路，等待工作人员进行故障处理，处理故障以后，工作人员按下系统复位后，重新启动，系统自检并转入启动状态无故障后自动转入正常工作模式。
正常工作模式下要求提供稳定的60 HZ频率和266V/460V输出电压，不需要变频调速，控制系统只需做好频率电压调制和相应的保护系统，保证稳定可靠的输出就可以了。AC60-400 kVA三相变频净化电源采用数字分频，D/A转换，瞬时值反馈，正弦脉宽调制技术，以微处理器综合控制，波形生成和控制，逆变扩展和驱动，同步保护单元等控制部分模块化处理，实现了系统的高精度和实时全面的保护功能。各模块工作区间相对独立，各自设有相应的故障显示，便于工作人员进行故障排查。保护功能有过流保护，过压保护，短路保护，过温保护，自诊断保护及报警装置等。主要技术指标有：工作环境温度0℃～45℃，相对湿度0℃～95℃，频率稳定率≤±0.1%，负载稳压率±0.5%，稳压反应时间在2ms，波形失真度≤±2%（阻性负载）。
2AC60-400kVA三相变频净化电源在厄瓜多尔钻
井工程中的使用情况
以中原油田RIG2承接的厄瓜多尔ANDES石油公司TARAPOA钻井项目为例，泥浆处理为当地的MISWACAO泥浆公司，现场设备包括两台离心机，一台清洁器，4台振动筛和3个混浆罐和4台离心泵和钻井现场近10套营房，总负荷大约240 kW，基本都是电动机类感性负载，正常工作情况下一般为上单台离心机工作，正常工作负荷150 kW左右，但是由于都是感性负载，启动电流大，因此容量上有相对大一些的客观需求。AC60-400 kVA三相变频净化电源容量为400 kVA，负荷上完全满足需求。变频净化电源房一次性购买成本大约30 W元人民币。RIG2项目运行近8个月以来，变频净化电源系统没出现任何问题，维护费用基本为零。对比先于RIG2来厄瓜多尔施工的RIG1队，RIG1施工中专配一台600 kW的卡特发电机组，起初购买成本约8 W美元，工程使用中还需耗费柴油，机油，滤清器等，成本浪费巨大。显然，多方面考虑来看，配备变频净化电源房是非常优越的。
南美厄瓜多尔地区属热带雨林气候，高温高湿，变频净化电源房中配一台10P分体空调降温，再配一台500 W小型除湿机房内除湿，这样正常情况下可以保证变频电源常年不间断稳定使用。AC60-400 kVA三相变频净化电源还可以根据需要，在井场上随意摆放，不受井场条件限制，而且合理利用了钻机发电机组的剩余电力，零排放不污染环境，强化了环境保护工作，提高了钻井工程的HSE业绩。目前除RIG2队以外，中石化 RIG8队也配备了这种变频净化电源房。
3认识和结论
①AC60-400kVA三相变频净化电源工作性能可靠、便于操作、易于维护。
②AC60-400kVA三相变频净化电源合理使用了钻机发电机组的剩余电力，零排放无污染，应用中取得了很好的经济效益和较好的社会影响，为开拓和巩固南美地区钻井市场打下牢固的基础。
③AC60-400kVA三相变频净化电源在南美等不同电制国家钻井施工中，很具有推广价值。
参考文献：
[1] 梅建伟,刘美怡.基于TMS320F2812数字化三相变频电源 的研制[J].电源技术应用,2009,(3).
[2] 朱朝霞,杨其华.正弦波输出变压变频电源调制方式的研 究[J].电源技术应用,2006,(5).
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