ZJ70DB钻机技术协议SP7018

1、ZJ70/4500DB 钻机（大庆 ）电气传动控制系统技术协议用户：大庆石油管理局钻探集团钻井一公司总包方：宝鸡石油机械有限责任公司 分包方：天津市瑞灵自动化工程有限公司ZJ70/4500DB 钻机（大庆 ）电气传动控制系统技术协议根据大庆 ZJ70DB 钻机的总体技术和质量要求， 为确保该钻机的整体水平及 可靠性与先进性， 明确电控系统供货范围， 大庆石油管理局钻探集团钻井一公司 （以下简称用户）与宝鸡石油机械有限责任公司 （以下简称总包方 ）及天津市瑞灵 自动化工程有限公司 （以下简称分包方 ），就大庆 ZJ70DB 钻机电气传动控制系统 的技术要求，技术设计范围，技术设计标准及分包范围，

2、质量控制与责任，技术 文件，技术服务等问题，双方进行充分协商，达成如下协议：一、总体技术要求1、系统的设计制造本着“先进、可靠、安全、方便、经济、国际通用”的原则， 积极采用先进、成熟的新技术、新结构。其动力控制系统，交流输出特性，控制 操作和各种保护功能，互锁功能、模块化设计等能完全满足 7000 米钻机的工作 参数和传动特性，达到钻井工艺要求，具有优异的调速性能、过载能力强、可靠 性高、抗干扰能力强、设计布局合理、操作简便可靠、易于维护及维修等特点， 并能满足国内反承包井和出国钻井工程服务。 充分发挥 IPC、PLC 及现场总线技 术的优点，优化控制和监测整个钻井过程。 系统设计遵循机、

3、电、液、气、仪表、 数字、 通讯一体化的原则， 采用正确可靠的防爆、 防震、防潮、 防水、防火措施， 符合安全操作要求。2、系统在环境温度-30°C+50°C、海拔高度w 1000m、+20 C时相对湿度w 90%、 以及野外油田恶劣工况下能可靠、稳定运行。系统停机率低于千分之一 （指影响 钻井的故障时间 ）。3、系统设计，制造标准与国际通用标准接轨，系统设计符合下列电气标准。3.1 GB3797-89 电控设备 第二部分 装有电子器件的电控设备3.2 GB4720-84 电控设备 第二部分 低压电器电控设备3.3 API RP 500石油设施电力装置场所分类推荐作法3.4

4、 GB 50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装备设计规范3.5 GB38361 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求3.6 SY/T 6283-97 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南3.7 SY/T 5609-1999石油钻机型式与基本参数3.8 IEC 和 IEEE 的相关标准3.9 噪声符合欧洲 EN61800-00 标准4、总包方派员到分包方参与设计和调试，分包方给予配合，最终分包方设计图 纸应经总包方审核确认后方可生效。在设计过程中，若出现修改影响进度时， 分 包方应遵循合作原则，双方协商解决。5、系统所有铭牌均为中英文对照。二、系统总体设计方案1、系统动力采用 ROSSHI

5、LL 1400 型发电机控制系统，控制四台 CAT3512B 1900KVA 600V 50Hz 柴油发电机组，实现频率和电压的稳定、并网运行和负 荷均匀分配的功能，输出 600V 向 6+1 套交流变频传动柜提供电源，并通过一台 1500KVA 600/400VAC 50Hz 变压器向 MCC 和生活用电设施供电。 留有工业电 网驱动钻机接口及600V 5000A 350Hz断路器（断路器进线为工业电网电接 口，断路器出线为 VFD 房交流母排）。2、变频单元采用 SIEMENS 全数字矢量控制电压源型交流变频调速装置，具有 V/f 特性曲线的频率控制方式和磁场定向矢量控制方式。 “ 一对一

6、”控制驱动绞车， 转盘、泥浆泵主电机及独立自动送钻电机，实现无级调速，满足传动要求。绞车 电机采用二台 700kW 高速变频电动机 ，转盘电机采用一台 600kW 变频电动机， 二台泥浆泵各采用一台 1200kW 变频电动机，送钻电机采用一台 37KW 变频电动 机，同时满足应急电机使用工况要求。 绞车其中一台电机的变频单元能与转盘电 机控制系统实现切换。3、系统配置 2 座 VFD 房，其中发电机控制柜并车单元及电源柜 （31 台），绞车 A、B 变频柜 （二台），转盘变频柜 （一台）、制动单元柜 （一台）、制动电阻（一套）、 PLC 综合柜（一台）、过压保护箱（一台） 、配电柜 （一台）、

7、网电进线柜（一台）、 电机切换柜（一台）、风机柜（一台）、送钻变频柜 （一台）、空调 （二台）安装在 VFDI 房内。泥浆泵1、2、3号变频柜（各一台）、MCC柜（五台），变压器（一台）、风 机柜（一台）、进线柜（柜）、空调（二台）安装在VFDII房内。电气柜及设备应合理 搭配，安装可靠，外形尺寸均控制在 12800（长）X 2950（宽）X 3050（高）mm以内。4、系统采用 8MF 标准开关柜，对井场标准化电路系统进行供电、控制和提供保 护，各柜均具有接地保护且各控制单元具有检修锁定功能，并采用施耐德智能软 起动装置，PLC控制。5、采用大功率能耗制动制动单元和制动电阻定量控制制动扭矩作

8、为绞车辅助刹 车，自动投入制动，电阻散热采用整体放置、强制风冷，工作可靠，游车可实现 平稳下放。6、独立电机自动送钻系统可以控制钻机的钻速及钻压，实现 0.1-36m/h速度范围内的恒钻压自动送钻，并可以对设定参数进行修改，监控钻进过程的钻压、钻速、游车位置等参数，自动控制游车减速和软停、紧急故障与盘刹刹车连锁等功 能，有效的防止溜钻、卡钻、事故的发生，提高钻速及钻进质量。7、 钻机控制系统以西门子高性能的PLC（S7 300）为控制核心，通过现场总线控制技术把数字化设备组成 PROFIBUS-DP网络,实现发电机控制单元、七台 变频器、智能远程司钻监控、电液气联控、人机界面、自动送钻、一体化

9、仪表系 统、电子防碰等控制系统间的高速通讯，上位工控机实时监控、储存各个系统的 运行状态并提供故障时的诊断报文。上位工控机IPC、自动化级（PLC）、数字传动级和司钻操作台通过 PROFIBUS-DP网络连接，构成三级网络系统，参数双 向传递，一体化钻井仪表参数及画面，各种状态提示和帮助文本显示，为钻井工 程创建一个数字化、信息化、智能化的管理平台，最终实现对系统各装置的远程 数据传输和故障监控，优化控制和监测整个钻井过程。系统操作与监控具有两种 模式：PLC正常模式与继电器应急模式。双 PLC系统具有备份功能，自动切换 功能不包括HMI和变频器（软冗余）。&智能化远程司钻操作台具有钻

10、机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、故障显示、报警的齐备功能。三、配套范围项目名称型号数量1.柴油发电机控制柜Ross Hill14004台2.同步系统及电源柜Ross Hill1台3.800kW变频柜（绞车）6SE7138-5HG62-3BA0-Z2台4.630kW变频柜（转盘）6SE7136-5HG62-3BA0-Z1台5.1200kW变频柜（泥浆泵）6SE7141-2HJ62-3BA0-Z3台项目名称型号数量6.45 kW变频器（自动送钻）6SE7031-0EE60-Z1台7.PROFIBUS总线系统SIEMENS1套8.全套变频电机动力、控制电缆及连接件含润滑泵电机电缆1

11、套9.VFD房全套动力、控制电缆及连接件1套10.交流过压保护装置2套11.转盘与绞车变频单元手动切换柜1台12.MCC柜（含开关柜）1套13.综合控制柜（含IPC、PLC、I/O板）1台14.进口调速手柄1套15.智能化远程司钻操作系统（含PLC、HMI）1套16.绞车、转盘制动单兀柜及制动电阻、风机9套17.扩展板、SLMOLINK通讯板SIEMENS1套18.自动送钻控制系统1套19.系统接地装置1套20.游车位置自动控制系统1套21.一体化仪表系统（含远程计算机、刻录机）1套22.VFD房（含1500KVA变压器、空调）2栋23.维修调试工具：万用表1个；钳型电流表1个；兆欧表1个；常

12、用电工工具；1套四、分系统技术说明1、发电机控制单元（型号：ROSS HILL 1400）用于控制钻机配置的四台柴油发电机组。对机组频率及电压进行调节，并实现机组同步并网运行。具有功率限制、接地检测、相序保护、过流保护、过压保 护、欠压保护、欠频保护、过频保护、逆功保护、短路保护、误操作保护、柜内 故障自检等功能。2、交流变频控制系统（VFD）2.1变频装置将交流电整流成直流电再逆变成频率可调的交流电对交流变频电机 进行控制，实现对钻机绞车、转盘、泥浆泵、送钻交流电机的速度、扭矩的连续控制VFD输出频率的大小均由智能化远程司钻电控操作台控制，系统采用PROFIBUS总线进行通讯传输，实现系统的

13、监视，自动故障诊断和控制a. 交流变频电动机主要技术参数用途绞车电动机转盘电动机泥浆泵电机自动送钻电机型号YJ13BYJ23FYJ31E2X1YTSP225M 4额定功率(KW)700600120037额定电压(V)600600600400额定电流(A)854714134864额定转速(r/min)66166110001500最高转速(r/min)2800280015003000额定频率(Hz)33.533.55050额定转矩(N.m)10108868410502246.4极数6664保护等级IP54IP54IP54IP44b. 变频器主要技术参数用途配绞车电动机配转盘电动机配泥浆泵电机配送钻

14、电机额定输入电压(V)3AC6003AC6003AC6003AC400额定输入电流(A)9467151353101额定输出电压(V)3AC0 600V3AC0 600V3AC0 600V3AC0 400V额定输出电流(A)860650123092最大输出电流(A)117060S884 60S167360S12660S基本负荷电流(A)783592111984额定功率(kW)800630120045外形尺寸(W X H X D)2100X2000X 6002100X 2000X6002700X 2000X600800 X 2000 X 600冷风流量(m3/s)1.451.351.90.1噪 音

15、 db(A)85858570保护等级IP20IP20IP20IP20c. 变频单元主要器件及功能：具有导线保护/半导体保护功能熔断器主开关网侧进线电抗器2%变频器控制电源 参数设定单元 PMU控制端子排d. 系统主要保护功能具有变频器故障报警指示并控制液压盘刹紧急刹车功能 具有防碰防砸安全停车速度交流输入电压失压保护过流、短路保护I2t 监视最大过载电流为 1.36 倍额定电流交流电机失风保护电动机锁定保护2.2 能耗制动单元及制动电阻由斩波器功率制动单元、 制动电阻组成，在需要制动的工况下，自动投入工 作并产生能耗制动， 实现绞车下钻速度平稳可调及钻具悬停。 制动电阻风机采用 380V 轴流

16、风机强制风冷。2.3 综合控制柜采用 PLC、PROFIBUS-DP 总线技术进行绞车、转盘、泥浆泵、自动送钻变频系 统之间的数据快速交换， 并可通过工控机进行监控、 操作及故障报警、 参数修改、 故障诊断、数据存储、报文、画面组态、报警记录。预留RJ45 以太网通讯接口支持后台计算机扩展。 系统具有快速恢复功能， 可以快速恢复 PLC 程序和 CUVC 参数设定， IPC 上安装有 CUVC 专用调试软件 Drivemonitor 。2.4 动力监测系统 采集每台发电机组在线频率、电压、电流、功率；发电机运行、并网、接地故障；运行时间等数据，送往远程司钻操作台，同时在上位工控机（IPC）存储

17、。2.5 绞车自动化控制系统PLC通过总线采集主电机的运行参数和滚筒的转速等数字信号，可自动判断 游车所处起 / 下钻，钻进，划眼等工况，计算出游车的位置、游动系统的悬重、 速度、通过PLC发出控制信号，使主电机以合理的设定速度驱动绞车，实现绞车 合理的功率分配和最高的工作时效 。2.6 转盘控制系统通过变频器、PLC采集到转盘电机的运行参数，计算出转盘转速、转矩，并 在触摸屏上显示。同时通过设定转盘转矩， 控制电机的运行参数， 使钻井工作能 够安全运行在设定的转矩范围内。 为防止转盘扭矩过大而损坏钻具， 设有扭矩限 制功能，在钻井过程中，司钻可根据现场实际情况，随时设定转盘扭矩的限制 值，同

18、时在发身电机堵转的情况下，可以 通过转矩限制功能手动或自动释放反 扭矩，满足钻井工艺的要求。2.7 泥浆泵控制系统通过PLC逻辑控制带泵电机的运行参数，可实现多台泵电机负载均衡，优化 钻井泵排量，建立稳定的无波动泵压，同时为保证钻井工作的安全运行，符合 HSE的要求，泥浆泵控制系统具有着泵压过高报警和自由停车功能，停车过程保 证泵压不上升。2.8 软件系统软件系统包括独立电机自动送钻系统、 泥浆泵控制系统、 转盘控制系统、 绞 车控制系统、软启动控制系统，一体化仪表及其它监控系统。3 MCC 单元及低压配电采用 1500KVA 600/400V 变压器馈电及交流辅助发电机， 对钻机辅助电机 进

19、行驱动及对设备照明等进行供配电。3.1 600V 3 相馈电断路器变压器原边采用600V 1600A 350Hz断路器，顶驱供电采用600V 1250A 350Hz断路器。留有工业电网驱动钻机接口及 600V 5000A 350Hz断路器（断路器进线 为工业电网电接口，断路器出线为 VFD 房交流母排）3.2、400V 3 相辅助发电机组接口设变压器副边400V 2000A 350Hz断路器和辅助发电机组400V 600A 350Hz断路器，两个断路器采用电气互锁关系向 MCC及低压配电单元进行供电。 并为地质录井仪等精密仪器的供电提供 2个150A的电源接口（如有需要滤波电 源由总包方提供，

20、分包方预留安装位置） 。3.3、MCC 单元柜及低压配电柜 配置足够数量和容量的交流电机起动供电回路，并按需备用控制和供电回路。30KW （含30KW）以上容量的交流电机均采用集中控制，两地操作。采用 施耐德智能软起动方式，起动装置放在MCC柜内，在电机旁设控制按钮。30KW 以下交流电机只需分区供电，就近控制， MCC柜内具有与ET-200配套的标准 接口（可实现对 MCC系统的运行状况监视）。照明配电电源控制开关设在低压配电柜内，分区供电区域为钻台区、固控区、泵房区、油水罐区3.4、MCC主要负荷包括：设备名称容量数量控制方式灌注泵75kW3集中控制两地操作除砂泵55kW2集中控制两地操作

21、混合泵55kW2集中控制两地操作剪切泵55kW1集中控制两地操作备用75+ 55kW1 + 2集中控制两地操作组合液压站150A1断路器生活区供电和备用400A2断路器1-6#固控区供电150A6断路器固井供电150A1断路器空压机供电150A2断路器油罐区供电150A1断路器钻台区供电150A2断路器司控房供电63A1断路器防喷器供电63A1断路器发电机房用电1-3100A5断路器水罐区供电100A1断路器录井仪供电150A2断路器绞车电机风机11kW2断路器绞车润滑油泵电机7.5kW1与风机同时起/停转盘电机风机+润滑油泵电机11 + 3kW1断路器（同时起/停）泥浆泵电机风机+喷淋泵电机

22、11 + 3kW3断路器（同时起/停）备用150A3断路器备用100A3断路器3.5、400V/230V照明配电箱2个400V/230V 200A照明配电箱I、II通过VFDII房里MCC馈电，其中照明配电箱I置于VFDI房内，内容包括：项目数量描述1.1VFDI房照明2.1VFDI房插座3.1绞车电机A加热4.1绞车电机B加热5.1转盘电机加热6.2备用照明配电箱II置于VFDII房内，内容包括:项目数量描述1.1VFDII房照明2.1VFDII房插座3.1变压器风机4.4钻机照明5.4探照灯6.1泥浆泵1电机加热7.1泥浆泵2电机加热8.1泥浆泵3电机加热9.2备用4、智能化远程司钻操作台

23、具有钻机操作和显示报警的全部功能，主要功能及器 件包括：项目数量描述11绞车操纵手柄（带正反转）21备用绞车调速手轮31转盘速度给定手轮41泥浆泵速度给定手轮51绞车电机正转-反转切换开关（备用）62绞车、转盘电机启动-停止切换开关71旁路-通讯切换开关83急停按钮（发电机，绞车、转盘，泥浆泵急停各一）97电机风机起停开关（HMI ）101转盘转矩限制0100%可调111绞车电机A-AB-B选择开关（HMI ）127变频器状态指示灯（HMI ）133发电机状态指示灯（HMI）147电动机风机状态指示灯（HMI ）151司钻台“气损”指示灯及报警（HM）161PLC I/O装置，用于与VFD系统

24、的连接171套SIEMENS通讯缆连接件、包括PLC到司钻控制台的连接181套司钻台连接用插头/插座。191套彩色触摸屏主要显示：1、操作控制任何在网络中的设备。2、查看任何在网络中设备的实时状态。3、查看钻机的运行状态。4、报警信息提示司钻关注提示到的设备状况。5、故障信息提示司钻关注已产生错误的设备。6、显示体化仪表参数。7、安全防护信息。&操作的相关提示和帮助文本显示。9、报警状态下可能的简单原因提示和帮助文本显示。故障 状态的查询提示和帮助文本显示。5、自动送钻控制单元（同时具有应急功能）通过钻压和转盘扭矩的变化作为自动送钻系统的闭环控制反馈信号，由PLC对送钻电机变频系统进行

25、精确控制， 在绞车滚筒轴端安装进口编码器，通过速度 闭环控制确保送钻速度的稳定性和精确性， 实现恒钻压或恒机械钻速的自动送钻 功能。系统具有钻压、钻速和转盘扭矩上限限制功能。当实际钻压、钻速和转盘 扭矩超过设定的上限值时，系统不仅会报警， 而且送钻速度进行自动调整，同时 自动送钻系统和泥浆循环系统进行故障连锁， 泥浆系统故障时自动送钻自动短提 后悬停，转盘继续工作并报警，。当恒钻压钻进时，限制条件为转盘扭矩、泵压、 钻速；当恒钻速钻进时，限制条件为转盘扭矩、泵压、钻压；起钻时，限制条件 为遇卡吨位、提钻速度；下钻时，限制条件为遇阻吨位、下钻速度，确保系统安 全6、游车位置自动控制系统PLC通过

26、采集滚筒轴编码器的数字信号，精确计算出当前游车的具体位置， 并与设定的防止上碰下砸位置进行比较分析。 当游车到达预警位置， 将发出预警 指令信号，控制主电机进入安全速度， 到达危险位置再发出急停指令信号， 同时 盘刹进行紧急制动。该系统具有断电位置记忆功能。7 一体化仪表系统通过数据采集单元（现场的传感器、编码器、变送器等），PLC经过计算、 处理，最终将在远程司钻操作触摸屏上显示（IPC可实时监控、储存、记录、打 印）以下钻井参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、钩速、转盘转速、转盘扭矩、 泵冲、总泵冲、泵压、出口流量、泥浆体积、液位、大钳扭矩、钢丝绳吨 /公里、 大钩位置（图形化） 及衍生的其

27、它参数。 配套的各类传感器 （1 立管压力传感器、 3个泵冲传感器、 1套悬重压力变送器、 1 套绞车编码器、 1套大钳扭矩传感器、 1 套出口流量传感器、 12 套液位传感器 、 1 套大钩位置编码器）均满足相应的防 护等级要求。仪表系统配有远程计算机和 8个网络接口（总线传输，长度 150米）， 能实时进行数据采集、存储、处理；能实时监控和实时打印输出；能根据需要显 示和打印各种参数报表、曲线；能刻录光盘（配刻录机） ；数据可通过网络接口 传输，通过多媒体卫星通信系统可实现远程数据传输。计算机实行分级管理 （主 要是对大钩提升负荷、钻压等参数设定值等级别授权进行分级管理） 。钻井参数显示屏

28、、电控触摸屏设计原则：探司钻台采用两台MP37Q触摸屏，互为备用，有效的提高钻井的安全性； 工况切换为：钻进、起下钻、循环、划眼紧急备用； 两种仪表板面：当中文显示时其计量单位为国际计量单位，当英文显示 时其计量单位为英制计量单位。屏幕做到防静电； 动力系统运行状态及参数显示。8、电、气、液联控系统通过数据采集单元（现场的传感器、变送器等），由PLC程序处理，控制阀 岛等完成一些气、液操作及保护功能（由总包方提供工艺要求） 。9、VFD 房9.1、适合油田恶劣工况的拖撬式底座。具有防火、防沙、防震、防水、保温 等功能， 每栋房安装有双制式空调两台 （制冷量共 60KW ，适合环境温度 600C

29、）， 并满足环境温度在 -300C 时房内加热要求。风道设计合理。内部设备便于维修。 室内温度在任何环境温度下可控制在 15°C270C左右。房体颜色为白色（使用 关西漆）。9.2、全钢结构底座、骨架、外墙、起吊装置等焊为一体，整体房子保温，吊 顶、瓦楞板外墙，美观大方， 进出门两扇（两 VFD 房之间相对的门应向同一方 向开）。房体外墙钢板厚度为 4mm,墙壁厚度80mm。具有足够刚度，房内设 备固定可靠，便于整体吊装和运输，地面铺设绝缘橡胶板。进线口、房门位置等 与发电机房协调一致。9.3、 室内设有足够的照明荧光灯、应急灯、380/220V插座、灭火器（2+3+ 3Kg/房,满足电控设备的灭火要求）,配烟雾报警器1个。出线端门上锁，VFD房与发电房接合部位，上有防雨盖板，下有人行踏板。10、电缆及附件全套动力及控制电缆内容包含：1） VFDI>n房内所有动力及控制电缆（含发电机组控制电缆）。2）VFDI、U房端AC盘至7台变频电机及绞车、转盘润滑泵电机的动力及控 制电缆。3）VFDI至VFDU房之间的动力电缆（含控制电缆、插头/插座）。4）VFDI房至司钻控制箱控制电缆及光缆（含插头/插座）。5）配30 X 1500伽黄铜棒一根。主电机动力户外电缆采用国产石油