石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于石油鉆機(jī)裝備領(lǐng)域。包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括調(diào)峰裝置、微電源和控制裝置，調(diào)峰裝置包括調(diào)峰電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置，其中，微電源經(jīng)整流器、直流母線和變流器連接至飛輪儲(chǔ)能裝置。微電源分別通過(guò)絞車能量回收裝置整流器、升壓整流器，經(jīng)直流母線并聯(lián)至飛輪儲(chǔ)能裝置與調(diào)峰電機(jī)之間的連接線上。本發(fā)明專利針對(duì)不同負(fù)荷和脈沖負(fù)荷特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功率柔性輸出和調(diào)峰運(yùn)行功能，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)容量，提高了經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)具備適應(yīng)短時(shí)大功率輸出功能，在嚴(yán)重卡鉆解脫工況時(shí)，實(shí)現(xiàn)絞車大扭矩及低速度和調(diào)速范圍寬的全電氣驅(qū)動(dòng)。
【專利說(shuō)明】石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于石油鉆機(jī)裝備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]石油鉆機(jī)配備大容量的獨(dú)立能源動(dòng)力系統(tǒng)，為鉆機(jī)的起升系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、鉆頭旋進(jìn)系統(tǒng)等提供充足的動(dòng)力。由于鉆機(jī)的工作機(jī)組的轉(zhuǎn)速、功率、負(fù)荷特性參數(shù)差別大而復(fù)雜，工況復(fù)雜，需要在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間設(shè)置復(fù)雜的并車傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變速、變矩、離合等功能。
[0003]機(jī)械石油鉆機(jī)的傳動(dòng)方式是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)液力耦合器、離合器與鏈條并車箱連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸入。傳動(dòng)系統(tǒng)由鏈條并車箱的輸出端離合器通過(guò)萬(wàn)向軸與泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)負(fù)載連接。機(jī)械鉆機(jī)鉆具的提升、下放工況的斷續(xù)特征引起的大功率頻繁沖擊負(fù)荷，大沖擊負(fù)荷影響動(dòng)力機(jī)組的燃油經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。
[0004]目前采用機(jī)械調(diào)峰裝置減少機(jī)械石油鉆機(jī)在負(fù)載狀態(tài)下對(duì)柴油機(jī)的沖擊負(fù)荷?，F(xiàn)有機(jī)械調(diào)峰裝置包括調(diào)峰電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置，在下鉆或下空游車工況狀態(tài)時(shí)，飛輪儲(chǔ)能裝置通過(guò)調(diào)峰電機(jī)僅儲(chǔ)存柴油機(jī)的冗余能量，在起鉆或負(fù)載狀態(tài)下，單純依靠飛輪儲(chǔ)能裝置釋放的能量，僅能達(dá)到減少對(duì)柴油機(jī)的沖擊負(fù)荷，難以滿足并車箱動(dòng)力要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)引入飛輪儲(chǔ)能直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，吸收儲(chǔ)存絞車非工作條件下動(dòng)力機(jī)組輕載時(shí)的富余功率，在提升鉆具、游車大鉤時(shí)大功率釋放，從而大幅度改善動(dòng)力機(jī)組的運(yùn)行條件，降低設(shè)備動(dòng)力機(jī)組容量，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。
[0006]本發(fā)明包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括調(diào)峰裝置、微電源和控制裝置，調(diào)峰裝置包括調(diào)峰電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置，其中，微電源經(jīng)整流器、直流母線和變流器連接至飛輪儲(chǔ)能裝置。
[0007]所述微電源是絞車能量回收裝置，由電磁剎車制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)組成，電磁剎車制動(dòng)器一端通過(guò)離合器與絞車滾筒軸連接，其另一端經(jīng)增速箱、發(fā)電機(jī)、絞車能量回收裝置整流器，并通過(guò)直流母線連接至飛輪儲(chǔ)能裝置與調(diào)峰電機(jī)之間的連接線上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器、絞車能量回收裝置整流器與直流微電網(wǎng)控制器連接，并受其控制。
[0008]上述的微電源是柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓整流器，并通過(guò)直流母線連接至飛輪儲(chǔ)能裝置與調(diào)峰電機(jī)之間的連接線上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器、升壓整流器與直流微電網(wǎng)控制器連接，并受其控制。
[0009]上述的微電源是網(wǎng)電系統(tǒng)，網(wǎng)電系統(tǒng)經(jīng)整流器，并通過(guò)直流母線連接至飛輪儲(chǔ)能裝置與調(diào)峰電機(jī)間的連接線上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器、升壓整流器與直流微電網(wǎng)控制器連接，并受其控制。
[0010]上述微電源分別通過(guò)絞車能量回收裝置整流器、升壓整流器，經(jīng)直流母線并聯(lián)至飛輪儲(chǔ)能裝置與調(diào)峰電機(jī)之間的連接線上。調(diào)峰電機(jī)雙向變流器、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器、升壓整流器、絞車能量回收裝置整流器與直流微電網(wǎng)控制器連接，并受其控制。
[0011]本發(fā)明專利的有益效果是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械-電氣混合驅(qū)動(dòng)，針對(duì)不同負(fù)荷和脈沖負(fù)荷特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功率柔性輸出和調(diào)峰運(yùn)行功能，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)容量，提高了經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)具備適應(yīng)短時(shí)大功率輸出功能，在嚴(yán)重卡鉆解脫工況時(shí)，實(shí)現(xiàn)絞車大扭矩及低速度和調(diào)速范圍寬的全電氣驅(qū)動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為機(jī)械-電氣混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)；
圖2為直流微電網(wǎng)系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0013]結(jié)合附圖1、2，本發(fā)明包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括調(diào)峰裝置、微電源和控制裝置，調(diào)峰裝置包括調(diào)峰電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置，其中，微電源經(jīng)整流器、直流母線和變流器連接至飛輪儲(chǔ)能裝置。
[0014]所述微電源是絞車能量回收裝置197，由電磁剎車制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)組成，電磁剎車制動(dòng)器一端通過(guò)離合器5與絞車I連接，其另一端經(jīng)增速箱、發(fā)電機(jī)、絞車能量回收裝置整流器196，并通過(guò)直流母線191連接至飛輪儲(chǔ)能裝置193與調(diào)峰電機(jī)161之間的連接線190上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器162、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192、絞車能量回收裝置整流器196與直流微電網(wǎng)控制器198連接，并受其控制。
[0015]上述的微電源是柴油發(fā)電機(jī)194，柴油發(fā)電機(jī)194經(jīng)升壓整流器195，并通過(guò)直流母線191連接至飛輪儲(chǔ)能裝置193與調(diào)峰電機(jī)161之間的連接線190上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器162、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192、升壓整流器195與直流微電網(wǎng)控制器198連接，并受其控制。
[0016]上述的微電源是網(wǎng)電系統(tǒng)，網(wǎng)電系統(tǒng)經(jīng)整流器195，并通過(guò)直流母線191連接至飛輪儲(chǔ)能裝置193與調(diào)峰電機(jī)161之間的連接線190上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器162、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192、升壓整流器195與直流微電網(wǎng)控制器198連接，并受其控制。
[0017]上述微電源分別通過(guò)絞車能量回收裝置整流器196、升壓整流器195，經(jīng)直流母線191并聯(lián)至飛輪儲(chǔ)能裝置193與調(diào)峰電機(jī)161之間的連接線190上。調(diào)峰電機(jī)雙向變流器162、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192、升壓整流器195、絞車能量回收裝置整流器196與直流微電網(wǎng)控制器198連接，并受其控制。
[0018]正常鉆進(jìn)工況中，開(kāi)動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組，經(jīng)過(guò)鏈條并車箱9驅(qū)動(dòng)泥漿泵、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)平穩(wěn)高效工作。轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)為鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。泥漿泵為通井提供循環(huán)泥漿。
[0019]下放鉆具工況中，柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)組停止運(yùn)行，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，根據(jù)脈沖功率特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功率柔性輸出。下放鉆具時(shí)，絞車能量回收裝置197與絞車同軸，絞車能量回收裝置197回收鉆具下放勢(shì)能，經(jīng)絞車能量回收裝置整流器196、直流母線191、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192向飛輪儲(chǔ)能裝置193供電，大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪裝置軸系升速儲(chǔ)存能量。鉆具下放完畢之后，柴油發(fā)電機(jī)194經(jīng)升壓整流器195、直流母線191、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器192繼續(xù)為飛輪儲(chǔ)能裝置193充電。提升空游車時(shí)，飛輪儲(chǔ)能裝置193降速發(fā)電，經(jīng)過(guò)連接線190驅(qū)動(dòng)調(diào)峰電機(jī)161運(yùn)行。調(diào)峰電機(jī)161輸出動(dòng)力提升空游車或短時(shí)提升鉆具。
[0020]起升鉆具工況中，輕負(fù)載時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組停止運(yùn)行，重負(fù)載時(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，調(diào)峰電機(jī)及直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行。本發(fā)明根據(jù)起鉆負(fù)荷脈沖特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)柔功率輸出。下放空游車時(shí)，絞車能量回收裝置197回收游車下放勢(shì)能，經(jīng)整流器196、直流母線191向飛輪儲(chǔ)能裝置193供電，飛輪升速儲(chǔ)能?？沼诬囅路磐戤吅?，柴油發(fā)電機(jī)194經(jīng)整流器195、直流母線191繼續(xù)為飛輪儲(chǔ)能裝置193充電；在提升鉆具時(shí)，飛輪儲(chǔ)能裝置193降速發(fā)電，經(jīng)過(guò)直流母線191驅(qū)動(dòng)調(diào)峰電機(jī)161運(yùn)行，輕載時(shí)，調(diào)峰電機(jī)161單獨(dú)輸出動(dòng)力提升鉆具；重載時(shí)，調(diào)峰電機(jī)161與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組提升鉆具。
[0021]通井循環(huán)工況，啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，泥漿泵啟動(dòng)時(shí)，其沖擊負(fù)荷由直流微電網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)。正常運(yùn)行后，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)停止運(yùn)行。
[0022]卡鉆解脫工況，直流微電網(wǎng)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，根據(jù)絞車大扭矩低速度負(fù)荷特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功率柔性輸出。輕度卡鉆時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)194為調(diào)峰電機(jī)161單獨(dú)供電，為絞車提供動(dòng)力；重度卡鉆時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)194先為飛輪儲(chǔ)能電機(jī)193供電儲(chǔ)能，然后柴油發(fā)電機(jī)194與飛輪儲(chǔ)能電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行為調(diào)峰電機(jī)提供短時(shí)間大功率輸入，為絞車提供動(dòng)力。
【權(quán)利要求】
1.一種石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng),包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是:所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包括調(diào)峰裝置、微電源和控制裝置，調(diào)峰裝置包括調(diào)峰電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能裝置，其中，微電源經(jīng)整流器、直流母線和變流器連接至飛輪儲(chǔ)能裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，所述微電源是絞車能量回收裝置(197)，其特征是:由電磁剎車制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)組成，電磁剎車制動(dòng)器一端通過(guò)離合器(5)與絞車(I)連接，其另一端經(jīng)增速箱、發(fā)電機(jī)、絞車能量回收裝置整流器(196)，并通過(guò)直流母線(191)連接至飛輪儲(chǔ)能裝置(193)與調(diào)峰電機(jī)(161)之間的連接線(190)上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器(162)、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器(192)、絞車能量回收裝置整流器(196)與直流微電網(wǎng)控制器(198)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，所述微電源是柴油發(fā)電機(jī)(194)，其特征是:柴油發(fā)電機(jī)(194)經(jīng)升壓整流器(195)，并通過(guò)直流母線(191)連接至飛輪儲(chǔ)能裝置(193)與調(diào)峰電機(jī)(161)之間的連接線(190)上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器(162)、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器(192 )、升壓整流器(195 )與直流微電網(wǎng)控制器(198 )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機(jī)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，所述微電源是網(wǎng)電系統(tǒng)，其特征:是網(wǎng)電系統(tǒng)經(jīng)整流器(195)，并通過(guò)直流母線(191)連接至飛輪儲(chǔ)能裝置(193)與調(diào)峰電機(jī)(161)之間的連接線(190)上，調(diào)峰電機(jī)雙向變流器(162)、飛輪儲(chǔ)能裝置雙向變流器(192),升壓整流器(195)與直流微電網(wǎng)控制器(198)連接。
【文檔編號(hào)】H02J1/16GK104201666SQ201410416089
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】孫清德, 張超平, 黃松偉, 戴興建, 錢君秀, 秦曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司