[發(fā)明專利]一種高壓變頻器的暫態(tài)故障穿越控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710351598.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107017819A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭新;歐陽(yáng)暉;林華章;黃青梅;劉庸;彭明明;周永峰;柳彬;曾祥孔;皇豐輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢華海通用電氣有限公司
• 主分類號(hào): H02P23/00
• 分類號(hào): H02P23/00;H02P27/04;H02P29/028;H02P29/024
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙)42224
• 代理人: 方可

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種用于為鉆進(jìn)式井壁取芯器供電的高壓變頻器的控制方法及系統(tǒng)，具體涉及一種鉆進(jìn)式井壁取芯高壓變頻器在取芯過程中鉆頭卡鉆(電機(jī)的機(jī)械負(fù)載劇增)時(shí)避免變頻器因輸出電流過大而發(fā)生停機(jī)保護(hù)，并且實(shí)現(xiàn)變頻器自動(dòng)柔性恢復(fù)使電機(jī)迅速恢復(fù)對(duì)取芯器的動(dòng)力供應(yīng)，從而穿越卡鉆故障的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在鉆進(jìn)式井壁取心領(lǐng)域，鉆進(jìn)式井壁取芯器及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)在數(shù)千米深的井下巖層位置進(jìn)行取芯作業(yè)時(shí)，高壓變頻器則位于井口，變頻器通過長(zhǎng)電纜給電機(jī)供電。變頻器輸入AC380V市電，通過交直交高頻功率變換，輸出頻率電壓可調(diào)的交流電，輸出交流電壓最高可達(dá)AC1800V。由于電纜長(zhǎng)度長(zhǎng)，位于井下的井壁取芯器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)難以實(shí)施檢測(cè)，并且長(zhǎng)電纜的電阻會(huì)導(dǎo)致的電壓損失，長(zhǎng)電纜導(dǎo)致的分布參數(shù)也會(huì)對(duì)傳感器檢測(cè)產(chǎn)生的模擬信號(hào)的傳輸造成較大的干擾，故井下電機(jī)一般不進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，而是直接運(yùn)行在恒壓頻比模式，但是對(duì)于如何克服長(zhǎng)線纜產(chǎn)生的壓降造成的不利影響，使電機(jī)的定子端電壓頻率比合理，從而使電機(jī)工作在最佳工作狀態(tài)，目前尚沒有方便快捷的解決方案。目前取芯操作人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)設(shè)置變頻器的輸出電壓，使經(jīng)過長(zhǎng)纜損失后電機(jī)的電壓頻率比維持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，使電機(jī)輸出盡可能大的轉(zhuǎn)矩，且不會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電感飽和，造成發(fā)熱。

取芯器的鉆頭在井壁巖石中鉆進(jìn)的過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生巖石突然變硬鉆頭被卡死的情況，這種情況下電機(jī)由于負(fù)載突增轉(zhuǎn)速急劇下降甚至堵轉(zhuǎn)，變頻器負(fù)載電流也會(huì)急劇增大，最大可以達(dá)到額定電流的3倍以上，這種情況下一般變頻器使用輸出過流停機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器及電機(jī)的保護(hù)，即一旦檢測(cè)到輸出電流達(dá)到一定的閾值時(shí)即刻停止工作，等待運(yùn)行維護(hù)人員排除過流原因后再次啟動(dòng)變頻器才能重新投入工作。這種處理方式雖然可以防止設(shè)備損壞，但是卻不能應(yīng)用于井壁取芯器變頻器。因?yàn)榫谌⌒酒鞯你@頭在卡死之后，變頻器一旦停機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)法工作，整個(gè)取芯器就失去動(dòng)力，鉆頭在無(wú)法鉆進(jìn)的情況下必須立刻退出巖石，否則一旦井壁取芯器在井下泥漿循環(huán)的沖擊下發(fā)生下滑，嵌在巖石中的鉆頭就會(huì)被徹底卡注，此時(shí)即使電機(jī)重新啟動(dòng)，也無(wú)法將鉆頭退出巖石，更難以繼續(xù)鉆進(jìn)；并且如果退鉆困難費(fèi)時(shí)，又會(huì)反過來導(dǎo)致取芯器在同一個(gè)巖層位置停留的時(shí)間過長(zhǎng)，取芯器被井內(nèi)泥漿粘卡，取芯器無(wú)法移動(dòng)甚至無(wú)法拉出深井，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，所以卡鉆時(shí)變頻器停機(jī)保護(hù)將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

為了避免發(fā)生上述事故，井壁取芯器操作人員在遇到鉆頭卡鉆的情況，往往要緊盯取芯控制系統(tǒng)面板的顯示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)異常時(shí)迅速做出反應(yīng)，立即按下退鉆指令按鈕，避免大電流損壞取芯儀器，同時(shí)也為了避免變頻器停機(jī)造成電機(jī)失去供電，精力必須高度集中，操作稍慢就會(huì)導(dǎo)致大電流取芯器損壞或者變頻器停機(jī)取芯器無(wú)法退鉆和繼續(xù)鉆進(jìn)。在一次長(zhǎng)達(dá)幾十個(gè)小時(shí)的取芯過程中，遇到的卡鉆次數(shù)非常多，這就對(duì)取芯操作人員形成巨大的負(fù)擔(dān)。因此，迫切需要一種能夠自動(dòng)限流且能夠柔性恢復(fù)供電的變頻器。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種高壓變頻器的暫態(tài)故障穿越控制方法及系統(tǒng)，在卡鉆定子電流劇增時(shí)快速將電流降低到安全范圍，并且避免發(fā)生保護(hù)性停機(jī)，并且能夠柔性自動(dòng)恢復(fù)為井壁取心器卡鉆時(shí)鉆頭的及時(shí)退鉆和后續(xù)的鉆進(jìn)提供持續(xù)動(dòng)力，適應(yīng)頻繁連續(xù)卡鉆的工況，整個(gè)過程完全自動(dòng)化，避免了井壁取芯器因?yàn)殂@頭卡鉆而造成儀器損壞，并且大大降低了井壁取芯器操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

一種高壓變頻器的暫態(tài)故障穿越控制方法，包括以下步驟：

(1)高壓變頻器正常運(yùn)行；

(2)實(shí)時(shí)采集變頻器輸出電流值；

(3)若變頻器輸出電流值大于等于卡鉆保護(hù)值，則表明出現(xiàn)卡鉆，進(jìn)入步驟(4)，否則轉(zhuǎn)入步驟(1)；

(4)降低高壓變頻器的輸出電壓和工作頻率至最低值；

(5)實(shí)時(shí)采集變頻器輸出電流值，若變頻器輸出電流值小于限流值，則進(jìn)入步驟(6)，否則返回步驟(5)；

(6)將高壓變頻器設(shè)定到軟啟動(dòng)工作狀態(tài)，即工作頻率逐步增大，輸出電壓值逐步增大，輸出電流值逐步增大；

(7)若輸出電流恢復(fù)到卡鉆前狀態(tài)，進(jìn)入步驟(1)，否則，返回步驟(5)。

一種高壓變頻器的暫態(tài)故障穿越控制系統(tǒng)，包括：

采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集變頻器輸出電流值；

卡鉆判定模塊，用于判定若變頻器輸出電流值大于等于卡鉆保護(hù)值，則表明出現(xiàn)卡鉆，調(diào)用設(shè)置模塊，否則表明變頻器正常運(yùn)行；

設(shè)置模塊，用于降低高壓變頻器的輸出電壓和工作頻率至最低值；