ZJDB钻机电控系统技术规格书样本.docx

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ZJDB钻机电控系统技术规格书样本

陆地钻机ZJ70DB

电控系统技术规格书样本

1.说明

本文中提供了ZJ70DB陆地钻机电控系统的最低设计要求，供应商需参考以下规格提供功能完整和适合的电控系统设备和元件。

2.订单优先顺序

若发生任何矛盾，应遵从以下顺序处理：

同时满足采购订单，国际规范和国家标准当有任何矛盾，应遵从高者。

3.供货范围

ZJ70DB陆地钻机电控系统供货范围包括设计，材料，加工/制造，装配，油漆，检验和测试，但不包括600/400V变压器，发动机组，气动力站及电控房。

主要内容如下：

3.1供货范围

序号

设备描述

单位

数量

安装位置

备注

1

发电机控制柜

台

4

电控房

2

接地检测单元

套

1

电控房

3

24V直流电源

套

2

电控房

4

功率限制功能

套

1

电控房

5

整流单元

台

2

电控房

6

绞车逆变单元

套

2

电控房

7

转盘逆变单元

套

1

电控房

8

能耗制动系统

套

2

电控房

9

自动送钻控制系统

套

1

电控房

10

泥浆泵逆变单元

套

3

电控房

11

系统综合控制柜。

套

1

电控房

12

智能化司钻电控台。

（含2个15寸触摸屏、绞车操作手柄等）

套

1

司钻房

13

工控机（PC）用于系统运行参数监控、故障报警提示等

套

1

电控房

14

400V馈电柜

套

1

电控房

15

400V电机控制中心（MCC）

套

1

电控房

施耐德或ABB

16

400V/230V辅助与照明配电盘

套

1

电控房

17

钻井仪表

套

1

现场

18

紧急关闭系统

套

1

电控房

19

紧急停止系统

套

1

电控房

3.2主要技术参数

1．柴油机转速控制

频率稳态调整率:

0～5%

频率波动率:

0.5%

频率动态调整率:

5%

频率稳定时间:

3S

2．发电机电压控制

电压稳态调整率:

0～2.5%

电压波动率:

0.5%

电压动态调整率:

10%

电压稳定时间:

1.5S

3．负荷分配均衡度

有功功率:

小于±5%

无功功率:

小于±5%

4．发电机保护值

逆功率跳闸保护:

7%

逆相序保护

过电压跳闸保护:

660V

欠电压跳闸保护:

545V

过频率跳闸保护：

55Hz

欠频率跳闸保护：

45Hz

5．交流VFD输出

交流输入电压:

600V、3φ、50Hz

交流输出:

0～600V、

0～110Hz

6．交流VFD及电机保护

交流输入失压保护

有

柜内短路保护

有

过流保护

有

超温保护

有

操作程序互锁保护

有

电机过热保护

有

4.规范和标准

供应商的设计，加工，检验和测试需参照和满足以下规范和标准，但不仅限于以下规范和标准。

*GB4720-84《电控设备第一部分低压电器电控设备》

*GB3797-2005《电控设备第二部分装有电子器件的电控设备》

*APIRP500B《石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐方法》

*GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装备设计规范》

*GB38361《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》

*SY/T6283-97《石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南》

*IEC和IEEE的相关标准

*噪声符合欧洲EN61800-00标准

5.设备工作环境条件

ZJ70DB陆地钻机电控系统设计用于户外、沙漠、盐碱地的工作环境，并满足陆地钻机的安装和操作。

电控系统动力控制，传动控制和控制主PLC盘柜安装于带空调系统的电控房内，PLC从站同样安装于带空调系统的司钻房内（电控房，司钻房由其他供应商提供）。

*温度：

-18℃-+50℃

*高度：

海拔≤1000M（满负荷运行）

*湿度：

+20℃时相对湿度≤90%

*野外油田恶劣工况

6.总体要求及设计

系统及盘柜的设计、配置、制造采用成熟、可靠、先进的技术和模块结构。

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7000M钻机的工作参数和传动特性，满足钻井工艺要求。

电控系统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，充分发挥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，配置遵循机、电、液、气、仪表、通讯等一体化的原则，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。

盘柜的设计、配置、制造应紧凑，有冷却要求的盘柜要配置冷却风机并确保冷却效果。

所有安装于电控房的盘柜的设计、配置、制造应满足可安装于一个标准集装箱高、宽的要求，并应充分考虑、预留房内电气连接,人员操作及维修所需的必要空间。

6.1动力、传动系统（电力系统单线图见附录1）：

通过系统内的4台数字式发电机组控制柜控制4台柴油发电机组并网运行，向交流母排上输出600VAC、3φ、50Hz交流电。

3512B发电机组由其他供应商提供。

采用ABB，SIEMENS（或相当的）公司6波头整流装置的公共直流母线方案，由2台整流单元将交流母排上的600VAC交流电转换成810VDC，输出到公共直流母排上。

由6台逆变单元将直流母排上的810VDC直流电转换成电压0～600VAC、频率0～150Hz连续可调的交流电，采用一对一控制方式驱动6台交流变频电动机（交流变频电动机由其他供应商提供），但是当转盘/顶驱电机供电的变频装置故障时，系统应能通过指配指令在不更动任何接线的情况下，指配绞车两台变频装置中的一台为转盘/顶驱电机供电，（1台绞车用2台800KW交流变频电动机驱动，可任意单机运行，也可以并机运行，1台转盘/顶驱用1台600KW交流变频电动机，3台泥浆泵各用1台1200KW交流变频电动机），拖动性能满足绞车、转盘、泥浆泵的传动要求。

系统预留600V、3φ、50Hz、1250A顶驱电源接口（可选项）。

系统配置紧急停止功能及接口，紧急时可不关闭电源但停止所有变频器向电机供电。

6.2MCC配电系统（MCC系统单线图见附录2）：

MCC系统采用开关柜控制辅助柴油发电机组和变压器，辅助柴油发电机组通过断路器（400V、3φ、50Hz、800A）或1600KVA、600V/400V主变压器副边的断路器（400V、3φ、50Hz、2500A）向MCC系统交流母排输出400V、3φ、50Hz交流电（3相4线制），为井场辅助交流用电设备和生活用电设施供电。

2台断路器采用电气互锁，实现变压器与辅助柴油发电机可靠隔离。

MCC系统采用标准GCS抽屉柜，柜内元件采用施耐德、ABB或相当的品牌产品。

6.3照明系统（照明系统单线图见附录3）：

照明系统电源由MCC馈电，照明系统柜采用断路器形式供电。

6.4控制系统（系统通讯单线图见附录4）：

整个系统以西门子PLC（S7-300）为控制核心，由工控上位机（PC）收集、存储数据、实时显示系统工作状态及提供外部以太网接口。

控制系统通过现场总线将数字化设备组成PROFINET网络,实现4台发动机组、6或6+1台变频器、智能远程司钻监控、电液气联控、人机界面、电子防碰等控制系统间的高速通讯，触摸屏实时监视、控制各个系统的运行状态，参数双向传递，为钻井过程创建数字化、智能化的管理平台，最终实现对系统各装置的数据传输和故障监控及咨询，优化控制和监测整个钻井过程。

控制系统采用双PLC（S7-300）（冷）冗余方案（S7-300全套模板及通讯线路均实现冗余，且在司钻台设置两套PLC系统的切换开关）（待定）。

房外PROFINET网络连接线采用环形联接，以保证点对点间双回路联接，双回路中的一条通讯电缆用光纤电缆，另一条西门子户外专用两芯双绞屏蔽通讯电缆，以避免信号中断及减少电力电缆的谐波干扰。

6.5司钻控制系统：

智能化司钻操作系统具有机、电、液、气操作和运行监控、故障报警与显示等功能，司钻操作台带有一套独立的手轮操作系统，并增加手轮操作/触摸屏操作切换按钮、电机启动/停止按钮、复位按钮及设备运行指示灯，配两套触摸屏（配存储卡，软件下载至存储卡内），并且具有柴油机组（以断气方式停柴油机）及驱动系统紧急关断控制钮。

司钻房内预留顶驱操作箱支架，增加“手动-停止-自动”三位开关进行转盘惯刹控制。

7.内容包括

供应商的工作范围需参照本段，任何没有具体提及但根据法律法规，规范标准或是产品的操作和完整性方面有其他需求的工作由供应商完成。

供应商提供的任何材料，设备，电气/仪表和其他配套工程，超出本文规定的，需提供一个安全可靠装置。

供应商还需提供配套设备的技术文件及合格证。

供应商需有专人负责各方面工作，包括部件转包或子供应商购买组件（如果适用）。

供应商在确保整套设备和认证符合规格书的全部要求方面负有全部责任（如果适用）。

供应商的供应和责任范围应包含上述内容，但不仅限于此。

7.1柴油发电机机组进线柜及控制

柴油发电机组控制采用WOODWARD（或相当的）调速器、同步控制器和巴斯勒（或相当的）调压器及频率、电压、功率指示表组成。

实现发电机组的闭环调节、运行操作及测量保护等功能。

发电机组控制柜采用标准的（RS系列或PROFINET）通讯接口将数据传送到整个系统中，组成完整的数字化系统，并在司钻台触摸屏上显示频率、电压、电流、功率等实时参数，超范围时报警输出。

基于单片机的全数字控制单元，能够实现发电机保护、并车以及显示等所必须的控制功能。

任何一台发电机组出现异常或故障，其内置同步并车装置都不会影响整个系统的并车控制功能，而功率管理系统可根据钻机负荷情况自动解裂，并给司钻发出相应报警。

机组进线及控制柜应有发电机防凝露加热器和热电偶保护回路。

机组控制柜设有远程启动，停止，怠速及运行控制按钮并设有紧急关闭（断电及发电机组紧急停机）接口。

发电机控制柜主要元器件如下：

序号

名称

描述

1

调速器

WOODWARD-2301A（或相当的）

2

励磁控制器

DECS100（或相当的）

3

同步控制器

SPM-D11（或相当的）

4

断路器

ABB-2000A（或相当的）

7.2接地检测网络

600V交流母线接地检测网络，对母线的接地状态进行检测和指示,接地检测网络由以下内容组成:

序号

描述

单位

数量

1

接地检测仪

套

1

7.324V直流电源单元

本单元为4台柴油机控制电路提供4路24V直流电源，每路电源容量为连续10A或间断20A。

7.4功率限制单元

通过监测每台柴油发电机组的KW和KVA（或电流）。

如果这些参数中的任何一个达到限制值，则功率限制控制器将限制传送到负载的功率，使每台发电机上的负载保持其限制值。

功率百分比由触摸屏显现。

负载功率达到限制值70%（可调）的情况下，司钻台显示屏上报警灯闪动，此时每台柴油发电机组仍然可以从限制值70%（可调）到限制值100%输出。

功率限制值可以从柴油发电机组额定功率的80%到110%任意设定，功率限制过程中，要求输出平稳。

到达功率限制状态时，从控制线路上禁止并网操作，司钻台显示相应报警提示。

7.5整流柜

系统选用2台整流单元，输出电流及功率，超范围报警在司钻台触摸屏显示。

直流整流单元将交流母排上的600VAC交流电转换成810VDC，输出到公共直流母排上。

其组成和参考技术参数如下：

整流柜

工程

参考参数

额定输入电压

3φ、600V、50Hz

额定输入电流

2457A（参考）

额定输出电压

810VDC

额定输出电流

3011A（参考）

数量

2台

7.6绞车交流变频控制柜：

绞车900kW变频器驱动钻机的绞车2台800KW的交流变频电动机（每台电动机带一只防爆编码器，随电控系统提供并安装，交流变频电动机厂提供安装接口）。

绞车自动化控制系统采用有速度反馈的闭环控制方案，游动系统的悬重、速度，通过程序发出控制信号，使主电机以设定的速度控制滚筒，实现绞车起下钻合理的功率利用及工作时效。

PLC通过分别采集绞车电机的电压、电流、频率、速度（参考值）参数，控制绞车。

绞车系统的主要功能如下：

*绞车的正、反转功能。

*绞车能耗制动功能

*输出电流、钩速等保护功能。

*变频器系统自诊断功能，并在司钻台触摸屏及VFD房PC上显示。

*零速悬停功能

*自动送钻功能

*具有油泵油压超限检测、报警功能，并能在司钻台触摸屏显示。

7.7转盘交流变频控制柜：

转盘900kW交流变频器单独驱动钻机的转盘1台600KW的交流变频电动机，但是当转盘/顶驱电机供电的变频装置故障时，系统将通过指配指令在不更动任何接线的情况下，指配绞车两台变频装置中的一台为转盘电机供电。

转盘控制系统采用有速度反馈的闭环控制方案，PLC经总线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。

PLC通过编程可设定转盘转矩，控制电机的运行参数，使转矩动态工作在设定范围。

转盘VFD控制系统主要功能如下：

*实现转盘的正、反转和参数显示功能。

*实现输出电流、扭矩限制（扭矩限制可调，便于司钻操作）等保护功能。

*转盘速度控制回零时，惯性刹车必须动作。

*变频器系统具有自诊断功能。

*通过扭矩限制可以实现反扭矩释放功能。

7.8能耗制动柜及能耗电阻箱

当绞车在执行能耗制动及钻具的悬停功能时，能耗制动柜的能耗制动系统将控制直流母排上的电压并消耗因变频器电机在执行能耗制动及钻具的悬停功能时反馈的电能在电阻箱的电阻上。

能耗制动柜设电阻箱温度监控，可在司钻台及VFD房内显示实时温度。

电阻箱配散热风机。

7.9自动送钻控制柜

自动送钻控制柜变频器配能耗制动电阻控制一台400V、45KW交流变频电动机以实现自动送钻，自动送钻控制系统采用有速度和悬重反馈的闭环控制方案，PLC经总线采集到送钻电机的运行参数，和给定信号，PLC通过编程可设定电机转矩，控制电机的运行参数，使钻机钻进动态工作在设定范围。

送钻VFD及控制系统主要功能如下：

*实现钻机钻进时的恒压/恒速。

7.10游车防碰自动控制系统：

智能天车防碰系统采用防爆编码器采集游车位置信号，通过PLC的计算，及对绞车变频系统的控制达到控制游车位置的目的，以防止因司钻误操作造成天车上碰下砸事故。

系统应具备以下功能：

监控界面可任意设置上碰下砸点，可预设报警点，防碰动作之前要有报警提示功能。

在任何速度的情况下，实现准确悬停使钻井工作实现最高效率并可避免司钻的误操作。

绞车滚筒编码器（要求满足所处区域的防爆要求）1只（实现游车位置的计算）

编码器技术数据：

供电电压：

24VDC

脉冲数：

1024冲/转

防护等级：

IP65

7.11泥浆泵交流变频控制柜

3台1200kW的泥浆泵交流变频柜分别驱动3台1200KW的交流变频电动机。

PLC通过采集泥浆泵电机的电压、电流、频率及泵冲等信号，通过计算并在触摸屏上显示泵功率和泵冲（或流量），泥浆泵的运行速度给定及保护也由PLC系统完成并显示在触摸屏上。

7.12系统综合控制柜（PLC柜）

系统PLC使用西门子S7-300系列产品，控制采用双PLC冗余控制方案。

PLC用于司钻台与电气控制房的通讯以及电气控制逻辑的实现。

PLC主站通过PROFINET总线网络连接至司钻操作台。

司钻操作台上的PLC从站及控制触摸屏与综合控制柜内的PLC主站直接通过PROFINET总线进行数据交换，将控制命令下达到各变频柜及相关电磁阀，完成主控功能；同时，将各变频器的状态参量如：

泵冲、转盘转速、转盘扭矩、各泵、绞车、转盘的启停在触摸屏和控制触摸屏上显示出来。

7.13智能化司钻电控台（PLC控制台）

满足正压防爆标准的司钻台由其他供应商提供，供方提供以下主要功能元件及设备组成的控制面板（带接线底板）:

序号

描述

单位

数量

1

绞车操纵手柄（带正反转）

套

1

2

转盘速度给定手轮

套

1

3

泥浆泵速度给定手轮

套

3

4

绞车主电机选择开关“电机A-电机AB-电机B”

只

1

5

送钻电机选择开关“提升-停止-下放”

只

1

6

绞车电机选择开关“主电机-停止-送钻电机”

只

1

7

转盘选择开关“正转-停止-反转”

只

1

8

转盘扭矩限制调整装置（0～100%可调）

套

1

9

泥浆泵选择开关“关-开”

只

3

10

灌注泵选择开关“自动-停止-手动”，补给泵选择开关“自动-停止-手动

只

5

11

电磁阀控制开关/按钮（气喇叭、转盘惯刹、风动旋扣、绞车盘刹、送钻离合等）

套

1

12

GEN紧急停车按钮

只

1

13

VFD紧急停车按钮

只

1

14

PLC系统远程分站单元

套

2

15

PLC1/PLC2选择开关（可选项）

只

1

16

系统故障声光蜂鸣器

只

1

17

故障复位/报警消音按钮

只

1

18

防碰释放开关

只

1

19

转盘惯刹控制开关

只

1

20

运行指示灯

套

1

21

15寸触摸屏（配存储卡）

套

2

22

Profinet双回路通讯电缆接口

套

2

7.13.1司钻台控制功能:

∙钻井参数监控（钩载,钻压,游车位置,转盘转速,转盘扭矩等必要参数）

∙钻井参数设定（钻压,游车位置,转盘转速,转盘扭矩等必要参数）

∙控制设备的启/停：

绞车,转盘,泥浆泵,辅助电机及自动送钻等

∙监视以下设备的启、停及报警：

绞车,转盘,泥浆泵,辅助电机及自动送钻等

∙游车位置及其运行速度

∙自动送钻控制

∙天车防碰功能

∙钻井仪表

7.13.2触摸屏操作及主要显示功能表

工程

描述

数量

绞车

启动/停止

HMI

2

绞车A、绞车B及AB选择

HMI

各1

速度给定（双向调速功能）

HMI

1

应加游车防碰位置设定

HMI

1

绞车速度、游车位置及故障显示

HMI

1

转盘

启动/停止

HMI

1

正转/反转

HMI

1

扭矩调节

HMI

1

速度给定

HMI

1

转矩，转速及故障显示

HMI

1

泥浆泵

启动/停止

HMI

3

速度给定

HMI

3

泵冲（流量）及故障显示

HMI

3

压力显示

HMI

1

送钻（应急）电机

恒压/恒速

HMI

1

提升/下放

HMI

1

启动/停止

HMI

1

钻压复位

HMI

1

钻压设定

HMI

1

钻速设定

HMI

1

发动机组

发电机功率显示及超限报警

HMI

1

发电机在线指示灯

HMI

4

发动机故障显示

HMI

4

发电机房烟雾、火源报警

HMI

8

变频器及其他

变频器状态指示灯

HMI

7

电动机风机状态指示灯

HMI

7

润滑泵、喷淋泵状态指示灯

HMI

8

电控房温度、烟雾报警

HMI

2

制动电阻温度报警

HMI

2

司钻台“气损”报警

HMI

1

司钻房“H2S”报警

HMI

1

固控区液位，泥浆回流量显示

HMI

1

固控及钻井区气体探测显示

HMI

1

液压站压力及报警

HMI

1

气动力站压力及报警

HMI

1

7.14顶驱馈电单元

从600V母排引出电力接口为顶驱系统供电。

它由以下内容组成：

序号

描述

单位

数量

1

1250A固定安装断路器，带有LI固态跳闸保护装置。

只

1

2

顶驱电力接口。

（双孔母排连接方式）

套

1

7.15变压器馈电单元

本单元给1个1600KVA600V/400V的变压器供电。

它由以下内容组成：

序号

描述

单位

数量

1

1600A固定安装断路器，带有LI固态跳闸保护装置。

（双孔母排连接方式输出）

只

1

2

变压器防凝露加热器和热电偶保护回路。

套

1

7.16400V馈电

在主变压器副边设置1台400V、2500A、3Ph的断路器，在辅助柴油发电机入口设置另1台400V、800A、3Ph的断路器，2个断路器之间采用电气互锁。

两个电源可分别向400VMCC母线供电。

它由以下内容组成：

序号

描述

单位

数量

1

2500A断路器

只

1

2

800A断路器

只

1

7.17400V电机控制中心

采用GCS型柜，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，每个电机启动控制回路设故障指示灯，11kW以上电机（含11kW）设防凝露加热器和热电偶保护回路（如果适用）。

部分30KW以下交流电机只需分区供电，就近控制，电源控制开关设在MCC房内。

分区供电区域为钻台区、固控区、泵房区、油水罐区。

控制方式说明：

缩写代码

方式描述

HOA

手动-停止-自动

3WRC

三线两地控制（房内只设关断按钮）

CB-3P或CB4P

三相全压直控

具体配置（仅供参考，需最终确认）

序号

名称

功率

数量

控制方式

1

1-3#喷淋泵

2.2KW

3

HOA

2

1-3#注油泵

5.5KW

3

HOA

3

转盘润滑泵

1.5KW

1

HOA

4

绞车润滑泵

5.5KW

2

HOA

5

绞车A、B电机风机

11KW

2

HOA

6

转盘电机风机

11KW

1

HOA

7

泥浆泵电机风机

11KW

3

HOA

8

自动送钻电机风机

0.23KW

1

HOA

9

制动电阻风机

7.5KW

2

HOA

10

混合泵

75KW

2

3WRC

11

除泥泵

75KW

1

3WRC

12

灌注泵

75kW

3

3地控制

13

除砂泵

75KW

2

3WRC

14

补给泵

15kW

2

3地控制

15

剪切泵

55KW

1

3WRC

16

值班房

150A

1

CB-4P

17

备用

75kW

1

3WRC

18

备用

75KW

1

3WRC

19

离心机

150A

2

CB-3P

20

钻台组合液压站

150A

1

CB-3P

21

1-9#固控区供电

200A

9

CB-3P

22

固井供电

150A

1

CB-3P

23

空压机供电

150A

2

CB-3P

24

油罐区供电

150A

1

CB-3P

25

钻台区供电

150A

1

CB-3P

26

远控供电

100A

1

CB-3P

27

水罐区供电

100A

1

CB-3P

28

照明

200A

1

CB-4P

29

地质录井电源

150A

1

CB-3P

30

生活区用电

200A

1

CB-4P

31

盘刹液压站

60A

1

CB-3P

32

备用

150A

3

CB-3P

33

备用

100A

3

CB-3P

注：

以上回路清单作参考，制造成套以最终沟通设计为准

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