辅发并网技术在电动钻机中的应用

第６期　一８９一　

辅发并网技术在电动钻机中的应用　

方永春，曾志伟，王普平，李树新，李建华　

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依８３４００９）　

［摘　要］介绍了电动钻机辅助发电机与主发电机并网技术原理及实施方案，通过克拉玛依钻井公司７　０２　０７队试验使用及　现场测试，试验数据与原供电方式对比分析表明，采用辅助发电机并网供电技术不仅能满足电动钻机钻井施工的需求，而　且节约燃油消耗，经济效益明显，在电驱动钻机中有着较广阔的推广应用前景。　

［关键词］电驱动钻机；辅发并网技术；现场监测；供电质量；经济效益　

电动钻机动力一般由３．５台６００　Ｖ、１２００　ｋＷ以　

上ＣＡＴ３５１２Ｂ或国产济柴１１００ＧＦ主发电机和１．２台　

４００　Ｖ、４００　ｋＷ以上沃尔沃、康明斯辅助发电机组　

组成。在正常钻井生产中，所需动力通常需要１台　

以上主发电机机组并网运行提供，所配辅助发电　

机通常无法与主发电机并网使用，利用率较低。　

各并网主发电机组的负载率在其额定负载的５０％左　

右运行较为常见，造成柴油发电机燃油消耗高，　

钻井生产运行成本居高不下。为降低电动钻机燃　

油消耗，实现节能减排、降本增效的目的，克拉　

玛依钻井公司与天水电气传动研究所开展联合技　

术攻关，依靠电动钻机现有设备配置，研究根据　

生产所需负荷的功率大小决定投入主柴油发电机　

组数量的多少，同时在生产所需负荷功率超过一　

台主发电机组容量的１０％或２０％，利用钻机所配置　

的４００　Ｖ辅助发电机经变压器与６００　Ｖ主机并网，　

通过传动系统与机组功率配合的控制软件。满足　

柴油发电机组运行状况的实时监控，对用电设备　

电能进行功率管理，合理调配动力配置要求，实　

现发电机组经济投切，高效运行的目的。经克拉　

玛依钻井公司７０２０７钻井队承钻的ＤＸ１７８１水平井　

进行现场工业化试验，获得成功，达到了预期效　果。　

１辅助发电机并网技术原理及方案　

１．１电动钻机原供电原理　

电动钻机动力来源为两部分（如图１）。一　

部分为主柴油发电机组（６００Ｖ）。该动力为同　

容量、同电压的柴油发电机组进行并网使用，根　

据后面所带负荷（ＤＷ、ＲＴ、ＭＰ）的大小决定　投入动力机组的多少。柴油发电机组为裸机形　

式，电控房内的发电机控制柜对柴油发电机组进　

行调压、调速等控制，使其输出稳定的６００　Ｖ电　

源作为动力电源。另一部分为辅助柴油发电机组　

（４００Ｖ）。辅助柴油发电机组为带调压和调速功　

能的动力机组，一般为单机使用，可输出稳定的　

４００Ｖ电源与电控系统内１２５０　ｋＶＡ　６００／４００Ｖ变压器　

副边输出的４００Ｖ电源互锁后为交流电动机控制中　

心（ＭＣＣ）进行供电。　

１．２辅发并网供电原理　

通过技术攻关研究，实现供电系统根据钻井　

生产不同工况所需负荷的功率大小决定投入主柴　

油发电机组数量的多少。同时如果生产过程中所　

需负荷功率为单台主发电机组额定功率的整数倍　时，可使用主发电机组根据实际进行主机并网以　

满足生产需要；但如果钻井生产所需负荷功率超　

过单台主发电机组容量的１０％或２０％，未达到两台　

主发电机组并网的总功率时，采用主发电机组与　

辅助发电机组并网使用，为满足６００Ｖ主发电机组　

与４００Ｖ辅助发电机组并网要求，需将辅助发电机　

组的４００Ｖ电源通过电动钻机原配变压器副边经升　

压转换为６００Ｖ电源，如图２。为满足并网要求，实　

现主发电机组的调速和调压对辅助发电机组的调　

速和调压进行同类型的控制，达到并车和负荷均　

衡的效果，需对４００Ｖ辅助发电机组进行相应技术　

改造。　

……●●－●●●●●●●●●●●……●●●●●●●－●●●●●●●●●●……●●●－●●●●●●●●●●●●●。●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●。●‘●●●●●●●●●●●●●●●●●●…　作者简介：方永春（１９６６一），男，湖北枣阳人，１９９Ｏ：￣－－Ｔ－　江汉石油学院机械系石油矿场机械专业，高级工程师。现任西部钻　探克拉玛依钻井公司副总工程师。

　第６期　方永春等辅发并网技术在电动钻机中的应用　一９Ｊ一　

控制系统，调压功能通过ＡＣ模块经双闭环控制回　

路进行控制，所以辅助发电机的调压也同样采用　

ＡＣ模块经双闭环控制回路进行控制。　

１．３．３增加柴油发电机控制柜　

对辅助柴油发电机组进行调压和调速改造　

后，还需增加一面发电机控制柜，柜内装有动力　

断路器、发电机管理器作为并网、负荷分配、微　

调压、微调速及智能补偿装置使用。　

２现场试验情况　

辅发并网试验在克拉玛依钻井公司７０２０７钻井　

队施工的克拉美丽气田ＤＸＨＷ１７８１水平井进行，　该井于２０１４年５月ｌ０日开钻，试用辅助发电机组并　

网为钻机提供动力，驱动绞车、泥浆泵和顶驱以　

及井场其它各种辅助设备用电，经６个月试验，　

完成了ＤＸＨＷ１７８１水平气井钻井施工任务，现场　

使用情况证明供电设备、井场用电设备运行稳定　

正常，电流、电压、功率因数、电压总谐波畸变　

率、电流总谐波畸变率等电能质量参数达到标准　

要求，燃油消耗量有明显降低。　

２．１现场工业试验中技术数据测试情况　

２．１．１测试依据标准说明　

现场工业试验测试单位为中石油工程技术节　

能监测中心认可的四川科特石油工业井控质量安　

全监督测评中心，依据ＧＢ／Ｔ　２５８９。２００８《综合能　

耗计算通则》、ＧＢ／Ｔ　１５３２０—２００１《节能产品评价　

导则》、ＧＢ／Ｔ　１４５４９—１９９３《电能质量公用电网谐　

波》、ＳＹ／Ｔ　６４２２．２００８《石油企业节能产品节能效　果测定》、Ｑ／ＳＹ　１５８０．２０１３《石油钻井设备节能技　

术措施效果测试与计算方法》等标准为依据。　

２．１．２测试方法及说明　

测试主要通过在相同或近似工况条件下，对　

４００　Ｖ辅助发电机组并网与否两种运行模式的燃　

油消耗率进行对比计算，得出其节能率，同时分　

析其电网电能质量在该两种运行模式下的变化情　

况。其中，技术措施节能率计算公式如下：　

ｒ　一　］　＝ｌ　—　ｌＸ１００　【－　ｊ　

式中：　．节能率，以百分数表示，％；ｑ　一全　

主机运行模式下的燃油消耗率，ｇ／ｋＷｈ；ｑ　一辅机　

并网运行模式下的燃油消耗率，ｇ／ｋＷｈ。　

此次对柴油发电机组燃油消耗率、电网电能　

质量参数的监测计算和评价均参照国家及行业的　

有关标准和规定执行。　

在柴油发电机组正常运行情况下，通过对其　

燃油消耗量、发电功率等运行数据进行测试，计　

算出柴油发电机组的燃油消耗率，同时记录其电　

流、电压、功率因数、电压总谐波畸变率、电流　

总谐波畸变率等电能质量参数。　

柴油消耗量测点选在发电机组油料进（出）　

口直管段处；电流、电压、有功功率、功率因　

数、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率等参　

数测点选在发电机组电能输出端处。　

２．１．３测试结果　

表１设备机组信息表　

设备编号　设备型号　出厂编号　额定功率（ｋｗ）　１　主机　ＣＡＴ３５１２　７ＴＮＯ５２１６　１２００　

２　主机　ＣＡＴ３５１２　７ＴＮ０５２１５　１２００　

辅机　Ｃ５５０　Ｄ５Ｅ　Ｂ１４Ｋ６３５７６３　４００　

本次测试参与对比的两种运行模式分别为：模式一全主机运行模式；模式二辅机并网运行模式。两　

种模式下电能质量参数测试结果如表２所示，两种模式下燃油消耗率测试结果如表３所示。　

表２电能质量参数测试结果　

运行模式　运行机组　发电功率（ｋｗ）　功率因数　电压总谐波畸变（％）　电流总谐波畸变（％）　系统负载率（％）　

１　主机　３５２．８　０．７７９　７．６　１１．１　模式一　３０．４　２　主机　３７７．０　０．８０８　７．６　１１．Ｏ　

辅机　１８Ｏ．２　０．８７３　６．０　５．８　模式二　４５．８　２　主机　５５３．０　—０．１４０　１．６　

８．４　第６期　方永春等辅发并网技术在电动钻机中的应用　．９３．　

运行模式，可以有效降低系统燃油消耗率，提高　

系统能源利用效率。　

（４）负载率　

两种运行模式下系统负载率变化情况见图６。　

图６系统负载率变化情况对比　

由图６可以看出，在辅机并网发电运行模式　

下，系统负载率明显上升，其负载率比全主机运　

行模式提高了１５．４个百分点，说明在该工况条件　

下，采用辅机并网发电运行模式，可以有效提高　

系统电网负载率，降低系统供电电网损耗。　

３结论　

通过７０２０７队使用新配套ＺＪ７０Ｄ钻机在克拉美　

．丽气￣ＩＤＸＨＷ１７８１水平井实施辅助发电机并网技　

术现场工业化试验，该队已高效、快捷、安全完　

成该井钻井施工作业。通过现场试验监测及分析　使用记录数据可得出以下结论。　

（１）辅发并网技术提供的电网电能质量完全满　

足钻井工艺需要。　

（２）在同等工况下，采用辅发并网运行模式，　

能有效降低燃油消耗率，降低钻机运行成本。　

（３）使用辅发并网技术可高效提升辅助发电机　

的使用效率，尤其是在钻井辅助作业（如电测、　

固井候凝、装防喷器及接防喷管线），当需要启　

动绞车移动游车但负荷又较小时，不需启动主　

发电机，只需利用正在为井场的生产、生活提供　

４００Ｖ电的辅助发电机输出的电能即可。辅发并网　

技术在电动钻机中的应用，不仅满足了电动钻机　

钻井施工的要求，而且节约燃油消耗，在电动钻　

机的推广应用具有较广阔的前景。　

◆参考文献　［１】孙亚平．柴油发电机组并网控制技术探析【Ｊ】．移动电源与车　辆，２００５，３６ｆ２１：３７　３８．　［２］王代华，万小宏，李国孝等．电驱动钻机控制系统配置方　案探讨［Ｊ］石油机械，２００１，２９（９）：５３．５６．　［３】田树贵．国产电驱动钻机控制系统综述［Ｊ］．电气传动自动　化，１９９９，２５（３）：３－６．　［４］张奇志．电动钻机自动化技术【Ｊ］ｊ匕京：石油工业出版社，　２０ｏ６．　

（上接８８页）　

２－３轴头两端密封　

采用以上两种改造方案后，轴头两端不存在　

漏气问题。分析如下：　

（１）进料端轴头伸进回转窑内，进料口不存在　

漏气现象；　

（２）驱动轴头端不会漏气，因本装置螺旋己采　

用２．２节所述的螺旋出料口密封改进方案～料封。　

物料随着轴的转动从出料口端自流落下，始终有　

物料堆积在出料口端无螺旋叶的整个圆周部位，　

造成氟化氢气体无法到达出料口，就不存在到驱　

动轴头部位发生泄漏问题。　

３结束语　

综上所述，出料螺旋密封改进后，整个出料　螺旋与回转窑成为一体，出料端的物料起到堵头　

的作用，氟化氢气体仅在螺旋和回转窑内存在并　

且不断被回转窑前端负压抽走进入整个系统。多　

氟多化工股份有限公司现有生产线都使用此种螺　

旋装置，使用年限最长已达５年，密封效果好，改　

善了现场工作环境，产品收率提高，成本下降，　

生产实践证明了此种螺旋设计方案的合理性和技　

术可行性，可为同行提供参考。　

◆参考文献　［１］田伯勤主编．新编机械密封实用技术手册【Ｍ】．北京：中国　知识出版社，２００５．　［２］蔡仁良，顾伯勤，宋鹏云．过程装备密封技术（第二版）　

．北京：化学工业出版社，２０１０．