自动垂直钻井系统大功率开关电源的研制

2 01 2年 第 2 6卷 第 4期 石 油 仪 器 PETRoLEUM I NS TRUM ENI S · 2 5 ． · 开发设计 · 自动垂直钻井系统大功率开关电源的研制 解 庆 张建 国 白玉新 韩志富 李广伟 ( 北京精 密机 电控 制设备研究所 北 京) 摘 要 ： 针 对 以泥 浆发 电机 为供 电方 式的 自动垂直 钻 井 系统 ， 需要 大功率 电源 系统 来驱 动随钻 测量 仪 器与液压 动力组件 ， 为 了适 应较 宽的泥 浆发 电机 电 压 输 入 范 围，并在提 供 大功率 、高稳 定性 的基 础上 满足 井下 高温环境 工作 要 求 ， 研 制 出 了一 种额 定功率 为 2 0 0 W 的移 相 全桥 ( Z V S ) 软开 关 电源 ，性 能稳定 可靠 、 电能效率 达到 9 2 ％。 关 键 词 ： 自动垂直 钻 井 系统软 开 关 电源移相 全桥 Z VS 中图法分 类号 ：T N8 6 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 4 — 9 1 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 — 0 0 2 5 — 0 4 0 引 言 随着石 油钻 井 工业 的发展 ，自动 垂直 钻井 系统 已 进入 了更加智能化 、信息化 阶段 。在复杂地质条件 下， 垂钻系统中的精密随钻仪器与液压动力组件对 电 能的要求量越来越大 ，对 电能品质 要求也越来越苛 刻 ， 并 且井 下长 时 间高温 环境 对 电源 的性 能与 寿命 也 是 一大考 验 。因此除 去常 规性 能指 标外 ，井下 电源 还 必 须 要具 备耐 高温 、高效 率和 小体 积等 优点 。目前 较 先进的垂钻系统采用泥浆发电机将泥浆压能转换为机 械能带动永磁发电机发出交流电， 再通过大功率电源 系统将电能转换为稳定的直流电供随钻测量仪器与液 压动力组件使用。 泥浆涡轮的转速制约发电机的输出 功率 ，转 速越 高 ，电机 输 出 电压 越 高 、功率 越大 。因 此 垂钻 系统 的大功率 电源 也必须 适应 宽范 围的电压 输 人 ，为控制系统稳定供电。 1 方 案设计 与技术指标 1 ． 1 总体方案设计 针对 井下 特 殊环境 与 垂钻本 体 结构 特点 ， 在 满足 功 率要 求 的前提 下 ， 方案设 计 时要 更 多的考 虑 电源耐 高温设计与结构工艺设计 。 随着下井深度的增加 ， 每 钻 进 1 0 0 0 1 T I 温 升 3 0℃ ，这 对本 身发 热 量大 的 电源功 率器 件 提......