本实用新型涉及压裂机组设备配套设施，具体为一种压裂机组设备电驱动系统电控房。
背景技术：
页岩油气的开采已成为全球资源开发的一个热点,中国页岩油气的存储量约占全世界的1/5，具有良好的勘探开发前景。水平井组大规模分段压裂技术的应用促进了工厂化压裂技术的发展。压裂泵组作为页岩气开采中的核心装备，投资比重占到页岩气开发装备总额的25%～30%，它的质量、效率和运行成本将直接影响页岩气开采成本，决定了页岩气开采进程。
目前压裂装备主要以压裂车形式为主，压裂泵车传统的机械传动方式存在单机功率小、占地面积大、采用柴油机提供动力，噪声大和污染高等问题，无法实现自动化控制和精准控制。传统压裂车一般采用发动机通过液力变矩器或变速箱驱动压裂泵的传动形式，实现大功率大扭矩下的无级变速进而驱动柱塞泵动作。柴油发动机作为整机作业动力源,自动化控制系统通过压力温度传感器和plc控制器对整机参数进行监控。液体通过泵吸入管汇进入大泵增压后排出。排出压力超过设定压力时,自动执行超压保护动作,即：①点亮控制面板上的故障指示灯；②发动机转速自动降到怠速状态；③变矩器自动摘到空挡。采用柴油机作为动力源的机械传动方式存在单机功率小、占地面积大、采用柴油机提供动力、噪声大和污染高等问题，且无法实现自动化控制和精准控制。
技术实现要素：
本实用新型为解决柴油压裂泵车传统的机械传动方式存在单机功率小、占地面积大、采用柴油机提供动力、噪声大和污染高等问题，提供了一种大功率页岩油气开采设备电驱动系统电控房。
本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种大功率页岩油气开采用电控房，包括高压进线柜、第一出线柜、第二出线柜、第一充电限流柜、第二充电限流柜、进线联络柜，第一多脉波移相变压器、第二多脉波移相变压器、第一变频器、第二变频器、mcc柜、第一水冷系统、第二水冷系统、输出柜；每个变频器包括有一台整流柜、两台逆变柜，变频器配有上位机；每台逆变柜内部集成安装的主控制盒含有一组功率模块的控制板，整流柜内部集成安装的plc控制器含有检测、通讯、控制模块，plc控制器与高压进线柜、第一出线柜、第二出线柜，变频器的上位机、整流柜、逆变柜、水冷系统建立通讯；每个水冷系统均由水冷柜和热交换器外机组成，分别对应一个变频器并用于该变频器水冷基板散热；
网侧10kv电压送入高压进线柜内，由内部高压母排分出两路送入第一出线柜、第二出线柜，再分别进入第一充电限流柜、第二充电限流柜，然后两路10kv网侧电压经两台多脉波移相变压器分别转换为四组三相电压1800v与一组380v电源；1800v电源供给变频器的整流柜输入端，整流柜的输出直流母线电压与逆变柜输入端连接，逆变柜输出端为六相异步/永磁同步电机提供动力电源。
一路10kv网侧电压供给两套电驱动系统，并能够实现满功率运行工作；同时当负载功率减半时，通过进线联络柜扩展实现两套电控房串柜连接，实现一路10kv网侧电压供给四套电驱动设备正常供电。
进一步的，还包括辅助设备系统，所述辅助设备系统包括用于检测多脉波移相变压器绕组用的变压器温控仪、应急灯、温控电加热器、烟雾报警器；mcc柜提供各辅助单元所需380v/220v电源。该技术方案使得相比同等功率与空间尺寸的电控设备，井场占地面积更小，功率密度集成化更高。
进一步的，变压器温控仪与plc控制器通过can-open建立通讯。
进一步的，所述输出柜为3300v输出柜，输出柜内部安装异步/永磁同步电机动力电源线采用两组共十二个电连接器、两组用于检测异步/永磁同步电机绕组温度、速度共采用的四个电连接器，用于外部远程通讯的电连接器两个、以及为外部设备提供380v/100a电源的三个三相四线制电连接器，380v/400a电源的一个三相四线制电连接器。
进一步的，整流柜为24脉波整流柜，内部整流桥构成24脉波整流电路。
进一步的，mcc柜辅助电源配置为由一路移相变压器辅助绕组单独提供的电源给380v/400a备用设备供电，另一路移相变压器辅助绕组提供的电源为两套电驱系统的辅助设备供电；两路移相变压器辅助绕组分别接入mcc柜内各自主断路器。两路移相变压器辅助绕组分别接入mcc柜内各自主断路器，两断路器之间增加断路器能够实现两者自由切换，当一路移相变压器辅助绕组故障时，380v/400a备用设备停止使用，由另一路变压器辅助绕组供电，保证整个电控房内部辅助设备供电不会中断。
进一步的，电控380v供电回路做成双电源供电形式。当电控房内部在低于-20℃环境温度下，保持mcc柜两台输入主断路器处于断开状态，外接380v电源由输出柜备用电源接口引入到mcc柜内，为内部电加热器供电，环境温度达到0℃以上时，由内部变压器辅助绕组供电。
本发明技术方案带来的有益效果：
1.采用高压电网供电，较常规柴油/天然气发动机几乎为零的氮氧化物和碳氧化物的排放量，降低能源消耗成本；
2.采用该电控系统电控房相比同等功率与空间尺寸的电控房，更进一步减小井场占地面积，使得功率集成性密度更高。
附图说明
图1本实用新型结构示意图。
1-高压进线柜、2-第一出线柜、3-第二出线柜、4-第一充电限流柜、5-第二充电限流柜、6-进线联络柜，7-第一多脉波移相变压器、8-第二多脉波移相变压器、9-第一变频器、10-第二变频器、11-mcc柜、12-热交换器、13-水冷柜、14-输出柜，15-第一变压器室，16-第二变压器室。
具体实施方式
如图1所示，一种页岩油气设备电驱动系统电控房，包括高压进线柜、第一出线柜2、第二出线柜3、第一充电限流柜4、第二充电限流柜5、进线联络柜6，第一多脉波移相变压器7、第二多脉波移相变压器8、第一变频器9、第二变频器10、mcc柜11、第一水冷系统、第二水冷系统、3300v输出柜、辅助设备系统。
网侧10kv电压通过高压进线柜1、第一出线柜2、第二出线柜3、第一充电限流柜4、第二充电限流柜5输出电压分别与两台多脉波移相变压器连接，移相变压器与变频器整流柜输入端相连，整流柜输出直流母线电压与逆变柜输入端连接，逆变柜的输出端通过电控房橇座底部电缆连接到3300v输出柜。每一台变频器包括一台整流柜、两台逆变柜。逆变柜中集成安装的主控制器包含一组逆变功率模块的控制板。整流柜中集成安装plc控制器、网关等检测模块；通过网关可以与电控房上一级上位机建立远程通信。电控房设计安装两个维修通道门，电控房维修通道门上安装的上位机与维修通道内变频器的主控制器、plc控制器建立通讯。
电控房辅助设备系统包括烟雾报警器、温湿度计、led灯和移相变压器用温控仪。变压器用温控仪与plc控制器建立通讯，变压器用温控仪可实时检测变压器室内的温度，并将采集的绕组温度数据传送到plc控制器，plc控制器针对采集的温度信号做出判断，及时发出报警或跳闸信号，做到切除负载，避免绕组温度过高对移相变压器造成损坏。
变频系统整流柜采用模块化及高性能系统单元组成，主要用于为电压型逆变器提供稳定可靠的直流电压。变频系统主要功能是把1800vac电源经过整流柜内部整流桥转换为4800vdc电源，通过由逆变柜将直流母线电压逆变为频率、电压可控的交流电源用于驱动异步/永磁同步电机。
整流单元采用四组二极管组件(简称“整流模块”）组成，模块化设计，结构简单，安全性能高，安装维护方便。
逆变柜的作用是把直流母线电压转换成交流电源去驱动异步/永磁同步电机，进而控制电机转速和扭矩。
plc控制器安装在整流柜内，变频器侧方安装了低压配电系统-mcc柜。
(1)倍福plc控制器包括beckhoff的cx8050、kl1408、kl3464模块、微型断路器、端子排等。beckhoff系列模块保证了系统的逻辑处理控制；上位机通过友好的人机界面，提供了系统运行、故障数据及其他重要参数的显示、记录、查询和储存。
(2)mcc柜：安装有12个配电回路：两路为压裂撬电源供电、两路为380v/100a备用电源、一路380v/400a备用电源、一路电控房供电、两路水冷系统供电、两路变压器冷却风机供电、两路变频器辅助供电，回路安装方式为固定式。
(3)3300v输出柜包括六相异步/永磁同步电机动力电源、电机速度传感器信号、电机绕组温度信号、压裂撬电源380v/100a、380v/400a备用、远程通讯，急停通讯均采用电连接器形式。异步/永磁同步电机动力电源采用单芯电连接器，380v电源采用三相四线制四芯电连接器、远程通讯采用五芯电连接器，急停通讯采用两芯电连接器，速度传感器采用十芯电连接器，温度信号传感器采用二十芯电连接器。
该电控房在相同电控房设备同一尺寸空间内实现一万水马力等级，功率密度更加集中，占地面积进一步减小，更适于有限空间内大功率作业。
本实用新型属于页岩油气开采设备驱动领域，具体为一种页岩油气开采设备电驱动系统电控房，包括高压进线柜1、第一出线柜2、第二出线柜3、第一充电限流柜4、第二充电限流柜5、进线联络柜6，第一多脉波移相变压器7、第二多脉波移相变压器8、第一变频器9、第二变频器10、mcc柜11、第一水冷系统、第二水冷系统、3300v输出柜、六相异步/永磁同步电机、辅助设备系统等。变频器包括整流柜、逆变柜；整流柜内部集成安装的plc控制器含有检测、通讯、控制模块，每台逆变柜内部集成安装的主控制盒含有一组功率模块的控制板，plc控制器与高压进、出线柜，上位机、整流柜、逆变柜、水冷系统建立通讯；变频器的上位机安装在维修通道门上；辅助设备系统包括多脉波移相变压器温控仪、应急灯、电加热器、烟雾报警器、led照明灯、外部照明射灯等。网侧10kv电压送入高压进线柜内母排分出两路送入第一出线柜2、第二出线柜3，两台出现柜分别进入第一充电限流柜4、第二充电限流柜5，然后两路10kv网侧电压经两台多脉波移相变压器分别转换为四组三相电压1800v与一组380v电源，1800v电源供给变频器整流柜输入端，整流柜的输出直流母线电压与逆变柜输入端连接，逆变柜输出交流电为六相异步/永磁同步电机提供动力源，变压器辅助绕组提供380v电源供给mcc柜为辅助设备系统供电。采用这种方案的电控系统电控房能降低能源消耗成本，相比同等功率与空间尺寸的电控房，更进一步减小井场占地面积，使得功率集成密度更高。
1.一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，包括高压进线柜（1）、第一出线柜（2）、第二出线柜（3）、第一充电限流柜（4）、第二充电限流柜（5）、进线联络柜（6），第一多脉波移相变压器（7）、第二多脉波移相变压器（8）、第一变频器（9）、第二变频器（10）、mcc柜（11）、第一水冷系统、第二水冷系统、输出柜（14）；每个变频器包括有一台整流柜、两台逆变柜，变频器配有上位机；每台逆变柜内部集成安装的主控制盒含有一组功率模块的控制板，整流柜内部集成安装的plc控制器含有检测、通讯、控制模块，plc控制器与高压进线柜（1）、第一出线柜（2）、第二出线柜（3）、变频器的上位机、整流柜、逆变柜、水冷系统建立通讯；每个水冷系统均由水冷柜和热交换器外机组成，分别对应一个变频器并用于该变频器水冷基板散热；
网侧10kv电压送入高压进线柜（1）内，由内部高压母排分出两路送入第一出线柜（2）、第二出线柜（3），再分别进入第一充电限流柜（4）、第二充电限流柜（5），然后两路10kv网侧电压经两台多脉波移相变压器分别转换为四组三相电压1800v与一组380v电源；1800v电源供给变频器的整流柜输入端，整流柜的输出直流母线电压与逆变柜输入端连接，逆变柜输出端为六相异步/永磁同步电机提供动力电源。
2.如权利要求1所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，还包括辅助设备系统，所述辅助设备系统包括用于检测多脉波移相变压器绕组用的变压器温控仪、应急灯、温控电加热器、烟雾报警器；mcc柜提供各辅助单元所需380v/220v电源。
3.如权利要求2所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，变压器温控仪与plc控制器通过can-open建立通讯。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，所述输出柜（14）为3300v输出柜，输出柜（14）内部安装异步/永磁同步电机动力电源线采用两组共十二个电连接器、两组用于检测异步/永磁同步电机绕组温度、速度共采用的四个电连接器，用于外部远程通讯的电连接器两个、以及为外部设备提供380v/100a电源的三个三相四线制电连接器、380v/400a电源的一个三相四线制电连接器。
5.如权利要求1~3任一项所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，整流柜为24脉波整流柜，内部整流桥构成24脉波整流电路。
6.如权利要求1~3任一项所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，mcc柜辅助电源配置是由一路移相变压器辅助绕组单独提供的电源给380v/400a备用设备供电，另一路移相变压器辅助绕组提供的电源为两套电驱系统的辅助设备供电；两路移相变压器辅助绕组分别接入mcc柜（11）内各自主断路器。
7.根据权利要求1~3任一项所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，电控380v供电回路做成双电源供电形式。
8.如权利要求1~3任一项所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，所述电控房分割成多个空间，自左向右共分成第一、第二、第三共三个空间，第一、第三空间对称设置，第一空间设置有第一水冷系统、第一变频器（9）和mcc柜（11）；第三空间设置有第二水冷系统和第二变频器（10）；第二空间设置有两个变压器室、第一、第二充电限流柜、第一、第二出线柜、高压进线柜（1）以及进线联络柜（6）。
9.如权利要求8所述的一种大功率页岩油气开采用电控房，其特征在于，第一空间分为上下两部分，第一水冷系统位于上部，第一变频器（9）和mcc柜（11）位于下部；第三空间分为上下两部分，第二水冷系统位于上部，第二变频器（10）位于下部；第二空间也分为上下两部分，其中上部为两个变压器室，下部自左向右分别为第一、第二充电限流柜、第一、第二出线柜、高压进线柜（1）以及进线联络柜（6）；电控房内设有维修通道，变频器的上位机安装在维修通道门上。
技术总结