摘 要：随着石油能源的紧张以及科学技术的进步，石油勘探与开采技术日趋成熟，同时有越来越多的新技术被应用于石油钻机当中。结合实际需求，对西门子变频器在石油钻机中的应用进行技术探讨，对未来石油钻机的技术发展具有重要意义。
关键词：西门子变频器；石油钻机；应用探讨
0引言
石油开采机械的研发设计作为推动石油产业发展的重要推力，其设备的高效、安全、稳定一直是研发人员不断追求的目标。石油钻机作为主要的专用设备，由于变频器在其中的广泛应用，使得钻机的工作效率和稳定得到了明显的提升。而在众多品牌的变频器中，西门子变频器以其独特的优势，在石油钻机的应用中占有显著地位。
1 西门子变频器介绍
西门子变频器对三相交流异步电机的速度能够进行良好的控制和调节，并且性能稳定、功能丰富、输出效果良好、动态特性优异，过载能力突出，属于变频器中的高端品牌。相关部门的统计结果表明，西门子的高低压变频器在中国占据着第一的市场份额。
西门子变频器在控制电机时，通过调整变频器的功率就能使钻机电机的转速和功率发生相应改变，从而得到节约电能的目的。同时西门子变频器还能够对电机进行软启动，避免电机电流瞬时增大，减小对电网和设备的冲击，延长设备寿命。除上述两点之外，当钻机在使用时若发生堵转等情况，变频器能够自动对电路进行保护，及时切断电源，避免钻头损坏；变器的滤波电容能够避免电机做无用功，使电机持续高效运行，间接节约了能源。通过加入西门子变频器，能够明显提升钻机工作效率，同时降低设备的能源消耗
2 变频技术在石油钻机中的应用
2.1在起升系统中的应用
石油钻机的起升系统的正常运转中，考虑到柴油消耗以及资源综合利用问题，设计单位通常依据钻机的起升重量和速度对电机功率进行评定，之后得到一个相对满意的功率，使钻机在此功率下进行工作。而变频器在这个判定过程中有着重要的节能作用，目前电机节能的最高效率4%，但自动化钻机在引入变频器技术后通过变频进行调速控制，能够使能源消耗降低30%左右。
2.2在绞车、转盘及送钻控制系统中的应用
以ZJ70DB钻机为例，使用数字通讯的传输方式进行电路控制,以西门子 PLC 为控制核心对操作回路进行设计，将变频器、PLC控制、状态指示等联通，能够实时完成逻辑处理与故障诊断，数据集中显示，对各项参数能直观把握，从而降低维修难度。
2.2.1绞车控制系统
钻机绞车动力源采用两台 1000 k W 电机，使用西门子S120系列变频系统，600 V/1140A交流变频控制柜，为钻机绞车电机提供动力，同时实现电机的无级调速。变频控制柜主要由四部分组成，分别是整流单元、中间回路、逆变单元和控制电路。其中整流单元接三相交流电，输出脉动直流电；中间回路将整流单元输出的脉动直流电进行转换，得到稳定、平滑的直流电；逆变单元将得到的固定直流电转换成交流电，同时产生与电机匹配的电压和频率；控制电路对其他三个装置发送并接收信号，从而保证整个变频器的稳定运行。
2.2.2转盘控制系统
钻机转盘通过一台600kW 电机进行驱动，电机齿轮传动比3.56。使用西门子 S120系列变频系统， 600V/714A交流变频柜，为钻机转盘电机提供动力，确保电机使用时能够实现无级调速。司钻只需控制触摸屏上的按钮，便可实现转盘电机的启停和运转方向的改变。
2.2.3送钻控制系统
熔断器、进线断路器、进线电抗器、37kW自动送钻变频装置、控制单元、制动电阻组成钻机的自动送钻变频系统。变频器选用西门子6SE70系列，能够对电机进行一对一驱动，精确控制送钻速度并且响应迅速。通过对系统参数修改，能够控制钻机钻速和钻压，使钻机能以恒定的钻速和钻压进行送钻，对钻机使用过程中的钻压、钻速等参数进行实时监测，自动控制游车速度和启动方式，手动和自动控制自由切换，遇到故障紧急刹车等。同时能够避免溜钻和顿钻情况的出现，保证钻机钻进质量，在出现紧急情况时能够及时提醒司钻将钻头提离井底
3变频器在石油钻机中常见问题及解决方案
3.1 石油钻机线槽的相互干扰。
石油钻机上包括三类线路，分别是动力线路、模拟信号线路和数字量控制线。在布线时这三类线材的间隔应保持在10公分以上，避免相互间的干扰，这就要求在设计石油钻机中线槽时，必须考虑线路干扰问题。而且模拟信号的控制线需要使用双绞线或屏蔽线，降低信号干扰程度，同时要保证控制线两端一端接地，一端悬空。进行长距离传输时，数字量控制线按照要求必须使用中间器件进行转接，防止信号衰减。
3.2特殊环境下的短路问题
在环境特殊区域，如沙漠、海边、山区等温差较大的地方，变频器内部容易形成凝露，容易造成变频器内部出现短路。为了避免短路，必须时刻确保空调和除湿机能够在VFD机房内部进行正常运转，同时还要加大巡查频率，保证VFD机房内维持一个恒温恒湿的环境，从而确保变频器的安全稳定运行。
3.3变频器内部电路的接触不良问题
石油钻井设备在进行拆卸、安装、搬运时，装有变频器的机房或者控制柜由于碰撞振动，容易导致变频器内部零件与电路线路松动造成电路与零部件之间缺乏有效接触，造成不可估量的影响。为了降低对变频器的影响，可以在安装变频器时添加抗震橡胶垫，同时在运输过程中，对机房或控制柜增加防震保护，平稳运输，最大限度降低由于冲击振动带来的影响。在钻机安装完成正式使用前，应对设备以及线路进行二次检查，避免由于接触问题造成机械电气事故，给公司造成不必要的经济损失。
3.4变频器因内部环境的影响而出现的一系列问题
由于石油开采地区的环境相对比较恶劣，导致钻机以及钻机中的变频器使用环境都比较极端，腐蚀、烟尘粉尘、湿度等都会对变频器内部的电路系统以及零件造成影响，主要以零件老化为主，导致系统线路之间的绝缘性降低，变频器故障频发。为了提高变频器的使用寿命，在进行钻机安装前，应对当地环境进行实地有针对性的考察，根据考察结果电气工程师确定相应维护方案，尽可能的增加设备使用寿命，为公司节省成本。
4总结
本文对西门子变频器进行了详细的介绍，分析了变频器在石油钻机中的具体应用，同时对变频器在钻机中常见的问题进行了探讨，并提出具体的解决方案，对未来西门子变频器在石油钻机中的应用具有重要意义。
参考文献
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