王勇+孫鵬+王德亮

摘要：交流變頻系統(tǒng)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用以來，由于部件老化或設(shè)備頻繁搬遷安裝或者設(shè)備改造等變更情況的發(fā)生，導(dǎo)致一些故障的產(chǎn)生，通過對(duì)這些故障原因解決措施的分析，對(duì)變頻系統(tǒng)的維護(hù)及故障排除起到指導(dǎo)作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關(guān)鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號(hào)：TE922文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻控制系統(tǒng)在石油鉆井領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其主要特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力等。目前，其應(yīng)用的鉆機(jī)類型主要有轉(zhuǎn)盤單獨(dú)交流變頻驅(qū)動(dòng)和絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵交流變頻驅(qū)動(dòng)兩種。在實(shí)際使用過程中，有一些常見的故障，下面對(duì)這些故障進(jìn)行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經(jīng)過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊(duì)正在2900米左右滑動(dòng)鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤處于使能狀態(tài)，司鉆操作手輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)，發(fā)現(xiàn)無任何反應(yīng)，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術(shù)人員到井后對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發(fā)板都有燒損的痕跡。原因分析，經(jīng)過檢查，是由于整流控制板上一個(gè)元器件爆裂，導(dǎo)致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時(shí)造成觸發(fā)板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測(cè)手段缺乏，只能頻繁換件調(diào)試，修理難度很大，費(fèi)用也比較高。該鉆機(jī)已投產(chǎn)使用近10年，從未做過預(yù)防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風(fēng)險(xiǎn)較高，除塵保養(yǎng)也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴(yán)重。建議對(duì)使用超過5年以上的變頻器及控制系統(tǒng)進(jìn)行無故障預(yù)維修，對(duì)元器件、電路板進(jìn)行分類檢測(cè)，不合格的堅(jiān)決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點(diǎn)是需要專業(yè)的維修隊(duì)伍及實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內(nèi)打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機(jī)原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報(bào)警，通訊板工作燈顯示正常，經(jīng)過反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)通訊總線在CPU處正負(fù)極性接反，但可以確定的是，廠家在設(shè)備配套時(shí)就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機(jī)在原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)和旁路狀態(tài)下均無法控制轉(zhuǎn)盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個(gè)DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點(diǎn)，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統(tǒng)中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)需要有相應(yīng)的配件，通過更換電路板來確定故障點(diǎn)。通訊故障在安裝后容易出現(xiàn)，要求現(xiàn)場(chǎng)人員安裝標(biāo)準(zhǔn)要高，通訊線及其它控制線與動(dòng)力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調(diào)試。

3變頻柜線路內(nèi)部連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)在安裝完成后調(diào)試轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤使能后屢次停機(jī)，無法正常使用，無故障報(bào)警代碼。變頻柜有火花冒出。技術(shù)人員上井后首先對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)充電電阻連接螺栓松動(dòng)，立即進(jìn)行了緊固，系統(tǒng)恢復(fù)正常。這個(gè)故障反映出現(xiàn)場(chǎng)工作人員在安裝的過程中，對(duì)已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運(yùn)輸過程中劇烈的顛簸導(dǎo)致變頻柜內(nèi)一些元器件連接固定松動(dòng)，從而引起虛接、斷路等，引發(fā)系統(tǒng)故障，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對(duì)可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復(fù)檢查緊固，降低此類事故的發(fā)生概率。

4編碼器故障

故障經(jīng)過，某70LDB鉆機(jī)為了進(jìn)行叢式井施工，對(duì)絞車供電及控制線路進(jìn)行了改造，完成后在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)絞車電機(jī)轉(zhuǎn)速無法達(dá)到設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速，屢次對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化沒有效果。最后從編碼器選型上進(jìn)行了分析，更換了絞車電機(jī)編碼器，轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常。電機(jī)編碼器故障也是電控系統(tǒng)常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯(lián)軸器疲勞損壞或者打滑導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不同步等，最嚴(yán)重就是DTI板損壞等，這一類故障現(xiàn)象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會(huì)造成轉(zhuǎn)速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行修改，由閉環(huán)運(yùn)行改為開環(huán)運(yùn)行，保障正常生產(chǎn)，再逐步尋找問題。開環(huán)控制的缺點(diǎn)是無反饋控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數(shù)的執(zhí)行。

5外部線路連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)為滿足施工水平井的需要，對(duì)轉(zhuǎn)盤電機(jī)進(jìn)行改造，將原來300kW電機(jī)改為400kW,更換完畢后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤無法驅(qū)動(dòng)。技術(shù)人員經(jīng)過檢查，很快發(fā)現(xiàn)故障原因是轉(zhuǎn)盤電機(jī)接線箱連接線路不準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯(cuò)誤。同樣的故障類型，動(dòng)力線路打鐵、連接松動(dòng)發(fā)熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉(zhuǎn)速控制手輪使用時(shí)間太長(zhǎng)疲勞損壞等，解決或預(yù)防這

些問題發(fā)生只有經(jīng)常檢查，觀察設(shè)備使用情況用萬用表

測(cè)量電壓或鉗形電流表測(cè)量電流等，另外就是要有配件

儲(chǔ)備。

6發(fā)電機(jī)電源故障

故障經(jīng)過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊(duì)在井深3754米時(shí)通井循環(huán)，兩臺(tái)柴油機(jī)帶節(jié)能發(fā)電機(jī)，突然節(jié)能發(fā)電機(jī)輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統(tǒng)5塊電源燒壞。這類故障屬于發(fā)電機(jī)電壓故障，通過事后查看變頻柜參數(shù)，電壓升高導(dǎo)致變頻柜保護(hù)停機(jī)，但是由于是瞬間作用，開關(guān)沒有保護(hù)跳閘，導(dǎo)致大量電源模塊和開關(guān)電源燒毀。通過這起故障提醒現(xiàn)場(chǎng)操作者要合理分配發(fā)電機(jī)功率，操作平穩(wěn)，井深2000米以后使用電壓更穩(wěn)定的VOLVO發(fā)電機(jī)組。

綜上所述，電控系統(tǒng)出現(xiàn)的問題大多是設(shè)備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設(shè)備改造，設(shè)備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細(xì)所致。遇到電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因?yàn)楫吘宫F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會(huì)人為制造新的故障，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，浪費(fèi)解決問題的寶貴時(shí)間，甚至?xí)斐删聫?fù)雜。所以出現(xiàn)問題后要進(jìn)行全面、系統(tǒng)的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認(rèn)真檢查各種控制開關(guān)是否被人動(dòng)過、是否有誤操作，要詢問發(fā)現(xiàn)故障的當(dāng)事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態(tài)，還要操作和運(yùn)行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵親華,馬林昌,索文剛.電動(dòng)鉆機(jī)電控系統(tǒng)故障淺析[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2010(04).

[2]孟祥卿,雷耿,李連忠.電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障排除淺述[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006(S1).

[3]陳如恒.電動(dòng)鉆機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械，2006(03).

摘要：交流變頻系統(tǒng)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用以來，由于部件老化或設(shè)備頻繁搬遷安裝或者設(shè)備改造等變更情況的發(fā)生，導(dǎo)致一些故障的產(chǎn)生，通過對(duì)這些故障原因解決措施的分析，對(duì)變頻系統(tǒng)的維護(hù)及故障排除起到指導(dǎo)作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關(guān)鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號(hào)：TE922文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻控制系統(tǒng)在石油鉆井領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其主要特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力等。目前，其應(yīng)用的鉆機(jī)類型主要有轉(zhuǎn)盤單獨(dú)交流變頻驅(qū)動(dòng)和絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵交流變頻驅(qū)動(dòng)兩種。在實(shí)際使用過程中，有一些常見的故障，下面對(duì)這些故障進(jìn)行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經(jīng)過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊(duì)正在2900米左右滑動(dòng)鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤處于使能狀態(tài)，司鉆操作手輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)，發(fā)現(xiàn)無任何反應(yīng)，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術(shù)人員到井后對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發(fā)板都有燒損的痕跡。原因分析，經(jīng)過檢查，是由于整流控制板上一個(gè)元器件爆裂，導(dǎo)致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時(shí)造成觸發(fā)板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測(cè)手段缺乏，只能頻繁換件調(diào)試，修理難度很大，費(fèi)用也比較高。該鉆機(jī)已投產(chǎn)使用近10年，從未做過預(yù)防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風(fēng)險(xiǎn)較高，除塵保養(yǎng)也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴(yán)重。建議對(duì)使用超過5年以上的變頻器及控制系統(tǒng)進(jìn)行無故障預(yù)維修，對(duì)元器件、電路板進(jìn)行分類檢測(cè)，不合格的堅(jiān)決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點(diǎn)是需要專業(yè)的維修隊(duì)伍及實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內(nèi)打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機(jī)原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報(bào)警，通訊板工作燈顯示正常，經(jīng)過反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)通訊總線在CPU處正負(fù)極性接反，但可以確定的是，廠家在設(shè)備配套時(shí)就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機(jī)在原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)和旁路狀態(tài)下均無法控制轉(zhuǎn)盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個(gè)DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點(diǎn)，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統(tǒng)中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)需要有相應(yīng)的配件，通過更換電路板來確定故障點(diǎn)。通訊故障在安裝后容易出現(xiàn)，要求現(xiàn)場(chǎng)人員安裝標(biāo)準(zhǔn)要高，通訊線及其它控制線與動(dòng)力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調(diào)試。

3變頻柜線路內(nèi)部連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)在安裝完成后調(diào)試轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤使能后屢次停機(jī)，無法正常使用，無故障報(bào)警代碼。變頻柜有火花冒出。技術(shù)人員上井后首先對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)充電電阻連接螺栓松動(dòng)，立即進(jìn)行了緊固，系統(tǒng)恢復(fù)正常。這個(gè)故障反映出現(xiàn)場(chǎng)工作人員在安裝的過程中，對(duì)已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運(yùn)輸過程中劇烈的顛簸導(dǎo)致變頻柜內(nèi)一些元器件連接固定松動(dòng)，從而引起虛接、斷路等，引發(fā)系統(tǒng)故障，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對(duì)可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復(fù)檢查緊固，降低此類事故的發(fā)生概率。

4編碼器故障

故障經(jīng)過，某70LDB鉆機(jī)為了進(jìn)行叢式井施工，對(duì)絞車供電及控制線路進(jìn)行了改造，完成后在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)絞車電機(jī)轉(zhuǎn)速無法達(dá)到設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速，屢次對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化沒有效果。最后從編碼器選型上進(jìn)行了分析，更換了絞車電機(jī)編碼器，轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常。電機(jī)編碼器故障也是電控系統(tǒng)常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯(lián)軸器疲勞損壞或者打滑導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不同步等，最嚴(yán)重就是DTI板損壞等，這一類故障現(xiàn)象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會(huì)造成轉(zhuǎn)速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行修改，由閉環(huán)運(yùn)行改為開環(huán)運(yùn)行，保障正常生產(chǎn)，再逐步尋找問題。開環(huán)控制的缺點(diǎn)是無反饋控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數(shù)的執(zhí)行。

5外部線路連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)為滿足施工水平井的需要，對(duì)轉(zhuǎn)盤電機(jī)進(jìn)行改造，將原來300kW電機(jī)改為400kW,更換完畢后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤無法驅(qū)動(dòng)。技術(shù)人員經(jīng)過檢查，很快發(fā)現(xiàn)故障原因是轉(zhuǎn)盤電機(jī)接線箱連接線路不準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯(cuò)誤。同樣的故障類型，動(dòng)力線路打鐵、連接松動(dòng)發(fā)熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉(zhuǎn)速控制手輪使用時(shí)間太長(zhǎng)疲勞損壞等，解決或預(yù)防這

些問題發(fā)生只有經(jīng)常檢查，觀察設(shè)備使用情況用萬用表

測(cè)量電壓或鉗形電流表測(cè)量電流等，另外就是要有配件

儲(chǔ)備。

6發(fā)電機(jī)電源故障

故障經(jīng)過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊(duì)在井深3754米時(shí)通井循環(huán)，兩臺(tái)柴油機(jī)帶節(jié)能發(fā)電機(jī)，突然節(jié)能發(fā)電機(jī)輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統(tǒng)5塊電源燒壞。這類故障屬于發(fā)電機(jī)電壓故障，通過事后查看變頻柜參數(shù)，電壓升高導(dǎo)致變頻柜保護(hù)停機(jī)，但是由于是瞬間作用，開關(guān)沒有保護(hù)跳閘，導(dǎo)致大量電源模塊和開關(guān)電源燒毀。通過這起故障提醒現(xiàn)場(chǎng)操作者要合理分配發(fā)電機(jī)功率，操作平穩(wěn)，井深2000米以后使用電壓更穩(wěn)定的VOLVO發(fā)電機(jī)組。

綜上所述，電控系統(tǒng)出現(xiàn)的問題大多是設(shè)備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設(shè)備改造，設(shè)備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細(xì)所致。遇到電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因?yàn)楫吘宫F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會(huì)人為制造新的故障，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，浪費(fèi)解決問題的寶貴時(shí)間，甚至?xí)斐删聫?fù)雜。所以出現(xiàn)問題后要進(jìn)行全面、系統(tǒng)的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認(rèn)真檢查各種控制開關(guān)是否被人動(dòng)過、是否有誤操作，要詢問發(fā)現(xiàn)故障的當(dāng)事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態(tài)，還要操作和運(yùn)行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵親華,馬林昌,索文剛.電動(dòng)鉆機(jī)電控系統(tǒng)故障淺析[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2010(04).

[2]孟祥卿,雷耿,李連忠.電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)故障排除淺述[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006(S1).

[3]陳如恒.電動(dòng)鉆機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械，2006(03).

摘要：交流變頻系統(tǒng)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用以來，由于部件老化或設(shè)備頻繁搬遷安裝或者設(shè)備改造等變更情況的發(fā)生，導(dǎo)致一些故障的產(chǎn)生，通過對(duì)這些故障原因解決措施的分析，對(duì)變頻系統(tǒng)的維護(hù)及故障排除起到指導(dǎo)作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關(guān)鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號(hào)：TE922文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻控制系統(tǒng)在石油鉆井領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其主要特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力等。目前，其應(yīng)用的鉆機(jī)類型主要有轉(zhuǎn)盤單獨(dú)交流變頻驅(qū)動(dòng)和絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵交流變頻驅(qū)動(dòng)兩種。在實(shí)際使用過程中，有一些常見的故障，下面對(duì)這些故障進(jìn)行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經(jīng)過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊(duì)正在2900米左右滑動(dòng)鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)盤處于使能狀態(tài)，司鉆操作手輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)，發(fā)現(xiàn)無任何反應(yīng)，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術(shù)人員到井后對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發(fā)板都有燒損的痕跡。原因分析，經(jīng)過檢查，是由于整流控制板上一個(gè)元器件爆裂，導(dǎo)致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時(shí)造成觸發(fā)板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測(cè)手段缺乏，只能頻繁換件調(diào)試，修理難度很大，費(fèi)用也比較高。該鉆機(jī)已投產(chǎn)使用近10年，從未做過預(yù)防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風(fēng)險(xiǎn)較高，除塵保養(yǎng)也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴(yán)重。建議對(duì)使用超過5年以上的變頻器及控制系統(tǒng)進(jìn)行無故障預(yù)維修，對(duì)元器件、電路板進(jìn)行分類檢測(cè)，不合格的堅(jiān)決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點(diǎn)是需要專業(yè)的維修隊(duì)伍及實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內(nèi)打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機(jī)原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報(bào)警，通訊板工作燈顯示正常，經(jīng)過反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)通訊總線在CPU處正負(fù)極性接反，但可以確定的是，廠家在設(shè)備配套時(shí)就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機(jī)在原井場(chǎng)井架推移后，PLC狀態(tài)和旁路狀態(tài)下均無法控制轉(zhuǎn)盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個(gè)DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點(diǎn)，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統(tǒng)中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)需要有相應(yīng)的配件，通過更換電路板來確定故障點(diǎn)。通訊故障在安裝后容易出現(xiàn)，要求現(xiàn)場(chǎng)人員安裝標(biāo)準(zhǔn)要高，通訊線及其它控制線與動(dòng)力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調(diào)試。

3變頻柜線路內(nèi)部連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)在安裝完成后調(diào)試轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤使能后屢次停機(jī)，無法正常使用，無故障報(bào)警代碼。變頻柜有火花冒出。技術(shù)人員上井后首先對(duì)變頻柜進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)充電電阻連接螺栓松動(dòng)，立即進(jìn)行了緊固，系統(tǒng)恢復(fù)正常。這個(gè)故障反映出現(xiàn)場(chǎng)工作人員在安裝的過程中，對(duì)已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運(yùn)輸過程中劇烈的顛簸導(dǎo)致變頻柜內(nèi)一些元器件連接固定松動(dòng)，從而引起虛接、斷路等，引發(fā)系統(tǒng)故障，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對(duì)可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復(fù)檢查緊固，降低此類事故的發(fā)生概率。

4編碼器故障

故障經(jīng)過，某70LDB鉆機(jī)為了進(jìn)行叢式井施工，對(duì)絞車供電及控制線路進(jìn)行了改造，完成后在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)絞車電機(jī)轉(zhuǎn)速無法達(dá)到設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速，屢次對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化沒有效果。最后從編碼器選型上進(jìn)行了分析，更換了絞車電機(jī)編碼器，轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常。電機(jī)編碼器故障也是電控系統(tǒng)常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯(lián)軸器疲勞損壞或者打滑導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不同步等，最嚴(yán)重就是DTI板損壞等，這一類故障現(xiàn)象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會(huì)造成轉(zhuǎn)速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行修改，由閉環(huán)運(yùn)行改為開環(huán)運(yùn)行，保障正常生產(chǎn)，再逐步尋找問題。開環(huán)控制的缺點(diǎn)是無反饋控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數(shù)的執(zhí)行。

5外部線路連接故障

故障經(jīng)過：某40LDB鉆機(jī)為滿足施工水平井的需要，對(duì)轉(zhuǎn)盤電機(jī)進(jìn)行改造，將原來300kW電機(jī)改為400kW,更換完畢后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤無法驅(qū)動(dòng)。技術(shù)人員經(jīng)過檢查，很快發(fā)現(xiàn)故障原因是轉(zhuǎn)盤電機(jī)接線箱連接線路不準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯(cuò)誤。同樣的故障類型，動(dòng)力線路打鐵、連接松動(dòng)發(fā)熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉(zhuǎn)速控制手輪使用時(shí)間太長(zhǎng)疲勞損壞等，解決或預(yù)防這

些問題發(fā)生只有經(jīng)常檢查，觀察設(shè)備使用情況用萬用表

測(cè)量電壓或鉗形電流表測(cè)量電流等，另外就是要有配件

儲(chǔ)備。

6發(fā)電機(jī)電源故障

故障經(jīng)過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊(duì)在井深3754米時(shí)通井循環(huán)，兩臺(tái)柴油機(jī)帶節(jié)能發(fā)電機(jī)，突然節(jié)能發(fā)電機(jī)輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統(tǒng)5塊電源燒壞。這類故障屬于發(fā)電機(jī)電壓故障，通過事后查看變頻柜參數(shù)，電壓升高導(dǎo)致變頻柜保護(hù)停機(jī)，但是由于是瞬間作用，開關(guān)沒有保護(hù)跳閘，導(dǎo)致大量電源模塊和開關(guān)電源燒毀。通過這起故障提醒現(xiàn)場(chǎng)操作者要合理分配發(fā)電機(jī)功率，操作平穩(wěn)，井深2000米以后使用電壓更穩(wěn)定的VOLVO發(fā)電機(jī)組。

綜上所述，電控系統(tǒng)出現(xiàn)的問題大多是設(shè)備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設(shè)備改造，設(shè)備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細(xì)所致。遇到電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因?yàn)楫吘宫F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會(huì)人為制造新的故障，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，浪費(fèi)解決問題的寶貴時(shí)間，甚至?xí)斐删聫?fù)雜。所以出現(xiàn)問題后要進(jìn)行全面、系統(tǒng)的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認(rèn)真檢查各種控制開關(guān)是否被人動(dòng)過、是否有誤操作，要詢問發(fā)現(xiàn)故障的當(dāng)事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態(tài)，還要操作和運(yùn)行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

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