电动钻机交流变频控制系统常见故障解析

王勇

摘要：交流变频系统在钻井现场使用以来，由于部件老化或设备频繁搬迁安装或者设备改造等变更情况的发生，导致一些故障的产生，通过对这些故障原因解决措施的分析，对变频系统的维护及故障排除起到指导作用。

Abstract:Theacfrequencyconversionsystemisusedindrillingfieldforalongtime,whichleadstosomefaultsduetocomponentaging,frequentrelocationandinstallationofequipmentorequipmentreformation.Theanalysisofthesemeasuresofsolvingthefaultproblemplaysaguidingroleinmaintenanceandtroubleshootingofthefrequencyconversionsystem.

关键词院钻井装备；交流变频；变频控制；故障分析Keywords:drillingequipment；acfrequencyconversion；frequencyconversioncontrol；faultanalysis中图分类号院TE922文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）23-0037-02

0引言电动钻机交流变频控制系统在石油钻井领域有着广泛的应用，主要用于控制和调节三相交流异步电机的转速，其主要特点是性能稳定、组合功能丰富、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力等。目前，其应用的钻机类型主要有转盘单独交流变频驱动和绞车、转盘、泥浆泵交流变频驱动两种。在实际使用过程中，有一些常见的故障，下面对这些故障进行解析。

1变频柜元器件老化爆裂故障经过：2013年3月9日，某40LDB钻井队正在2900米左右滑动钻进，转盘处于使能状态，司钻操作手轮转动转盘时，发现无任何反应，电工到VFD房检查，有烧焦的气味，立即断电起钻。技术人员到井后对变频柜进行了检查，发现整流控制板、CUVC板、IGBT模块及IGBT触发板都有烧损的痕迹。原因分析，经过检查，是由于整流控制板上一个元器件爆裂，导致其散热片脱落至电容组插槽处，造成短路，瞬间缺相，造成IGBT炸裂，同时造成触发板、CBP板、EB1板损坏。在修理的过程中，由于检测手段缺乏，只能频繁换件调试，修理难度很大，费用也比较高。该钻机已投产使用近10年，从未做过预防性维修，由于6SE70系列变频柜拆卸比较繁琐，风险较高，除尘保养也是停留在表面，打开后积尘也比较严重。建议对使用超过5年以上的变频器及控制系统进行无故障预维修，对元器件、电路板进行分类检测，不合格的坚决予以更换。确定变频器倒换制度，难点是需要专业的维修队伍及实验装置。

2通讯故障案例1，某50LDB钻机原井场井架推移后，PLC状态无法实现对转盘的控制，但是旁路控制正常，无故障报警，通讯板工作灯显示正常，经过反复检查发现通讯总线在CPU处正负极性接反，但可以确定的是，厂家在设备配套时就已接反，在正常工作一年后才暴露出来。案例2，某50LDB钻机在原井场井架推移后，PLC状态和旁路状态下均无法控制转盘工作，变频柜PMU显示F082通讯故障。

故障排除方法，将通讯线路上个DP插头终端电阻，逐一打开，确定故障点，最后确定触摸屏通讯接口损坏。通讯故障在变频控制系统中比较常见，主要有，通讯线故障如短路、断路、接地等，检查方法就是用万用表量通断，相对比较简单。如果是CBP板、EB1板损坏，由于没有检测设备，现场需要有相应的配件，通过更换电路板来确定故障点。

通讯故障在安装后容易出现，要求现场人员安装标准要高，通讯线及其它控制线与动力线路分开，布线合理，连接牢靠，专人安装调试。

3变频柜线路内部连接故障故障经过：某40LDB钻机在安装完成后调试转盘，转盘使能后屡次停机，无法正常使用，无故障报警代码。变频柜有火花冒出。技术人员上井后首先对变频柜进行了检查，发现充电电阻连接螺栓松动，立即进行了紧固，系统恢复正常。这个故障反映出现场工作人员在安装的过程中，对已拆卸部件的紧固比较重视，忽略了由于运输过程中剧烈的颠簸导致变频柜内一些元器件连接固定松动，从而引起虚接、断路等，引发系统故障，更严重的会导致功率器件烧毁，造成重大损失的情况。鉴于这种情况，搬安期间，对可见的司控房、VFD房等的线路及电路板连接固定要反复检查紧固，降低此类事故的发生概率。

4编码器故障故障经过，某70LDB钻机为了进行丛式井施工，对绞车供电及控制线路进行了改造，完成后在调试的过程中发现绞车电机转速无法达到设定的最高转速，屡次对电机参数进行了优化没有效果。最后从编码器选型上进行了分析，更换了绞车电机编码器，转速恢复正常。电机编码器故障也是电控系统常见故障之一，除了编码器选型的问题，其它如编码器线路短路，联轴器疲劳损坏或者打滑导致转速不同步等，最严重就是DTI板损坏等，这一类故障现象比较明显，由于无法形成反馈控制，会造成转速低、扭矩大等，PMU上显示故障代码F051，处理方法是对变频器参数进行修改，由闭环运行改为开环运行，保障正常生产，再逐步寻找问题。开环控制的缺点是无反馈控制，实际转速与输入转速有差异，但是差异很小不影响钻井参数的执行。

5外部线路连接故障故障经过：某40LDB钻机为满足施工水平井的需要，对转盘电机进行改造，将原来300kW电机改为400kW,更换完毕后，现场进行调试，发现转盘无法驱动。技术人员经过检查，很快发现故障原因是转盘电机接线箱连接线路不准确，现场人员对线路工作原理不理解，一味死搬硬套，线路连接错误。同样的故障类型，动力线路打铁、连接松动发热烧断等，还有司控房12V电源模块损坏或性能下降等，转速控制手轮使用时间太长疲劳损坏等，解决或预防这些问题发生只有经常检查，观察设备使用情况用万用表测量电压或钳形电流表测量电流等，另外就是要有配件储备。

6发电机电源故障故障经过：2012年7月17日，某50LDB钻井队在井深3754米时通井循环，两台柴油机带节能发电机，突然节能发电机输出电压升高到450V以上，造成电控系统5块电源烧坏。这类故障属于发电机电压故障，通过事后查看变频柜参数，电压升高导致变频柜保护停机，但是由于是瞬间作用，开关没有保护跳闸，导致大量电源模块和开关电源烧毁。通过这起故障提醒现场操作者要合理分配发电机功率，操作平稳，井深2000米以后使用电压更稳定的VOLVO发电机组。

综上所述，电控系统出现的问题大多是设备变更后故障率较高，比如，搬家安装，设备改造，设备更换等，这都是由于考虑不周全或工作过程中不仔细所致。遇到电控系统出现故障时，首先不要怀疑硬件损坏，更不能轻易将元器件拆下来检查，因为毕竟现场检测手段不齐全，误判和解决问题的方法不正确，有可能会人为制造新的故障，造成重大经济损失，浪费解决问题的宝贵时间，甚至会造成井下复杂。

所以出现问题后要进行全面、系统的检查和分析，逐步缩小问题的范围。要认真检查各种控制开关是否被人动过、是否有误操作，要询问发现故障的当事人，要检查故障代码及指示灯工作状态，还要操作和运行记录，综合各种信息，由表及里，由浅入深、冷静分析，有的放矢。

参考文献院[1]邵亲华,马林昌,索文刚.电动钻机电控系统故障浅析[J].电气传动自动化，2010(04).[2]孟祥卿,雷耿,李连忠.电动钻机电气控制系统故障排除浅述[J].石油矿场机械，2006(S1).[3]陈如恒.电动钻机制动系统的选型设计[J].石油机械，2006(03).