石油鉆井直流電動鉆機絞車故障分析

趙恒耀　艾軍強　呂國章

時間：2012年4月初，持續(xù)時間一個多月

地點： 川慶鉆探土庫曼斯坦南約洛坦100億項目 土203井

事件：CCDC-06隊 ZJ70D鉆機絞車“鬧鬼”

一、絞車控制介紹

ZJ70D為直流調(diào)速電動鉆機，絞車運行驅(qū)動方式有四種，即：由一個SCR柜控制絞車A電機單獨帶動絞車正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)（以下簡稱“A單”）；由一個SCR柜控制絞車B電機單獨帶動絞車正轉(zhuǎn)（以下簡稱“B單”）；由一個SCR柜控制絞車A電機和B電機串聯(lián)運行，實現(xiàn)絞車正轉(zhuǎn)（以下簡稱“DWS”）； 由兩個SCR柜分別控制絞車A電機和B電機做同步運行，實現(xiàn)絞車正轉(zhuǎn)（以下簡稱“A+B”）。

SCR房內(nèi)共有五套SCR柜，根據(jù)工況需要可選擇部分SCR柜供電或全部SCR柜合閘送電，同時，司鉆通過司鉆控制臺上指配開關(guān)的切換，就可以實現(xiàn)不同驅(qū)動方式的選擇（見：圖一）。正常鉆進或起下鉆工況、且鉤載較輕時，一般選用A單或B單方式運行；當鉆進中上提鉆具負載較大或起放井架時、且需要速度較慢，一般選用DWS方式運行；起下鉆工況，且鉤載較重時，一般選用A+B方式運行；絞車倒大繩時需要選用A單方式運行，以方便控制絞車滾筒的正反轉(zhuǎn)。當然，上述四種運行模式也互為冗余備份，當某個SCR柜、或其中一臺絞車電機出現(xiàn)故障時，通過指配開關(guān)的切換，也能滿足鉆井的基本應(yīng)急需要。

圖一

二、“鬧鬼”由頭

據(jù)當班司鉆反映，絞車在“A+B”模式下，明顯感覺絞車動力不足，絞車在其它三種模式下運行正常。經(jīng)駐井電氣師檢查，在“A+B”模式下，無論選擇哪一個SCR柜供電，絞車B電機運行正常，但是帶動絞車A電機運行的直流控制組件報警，零位聯(lián)鎖指示燈亮，且交流接地表M08指針動作，系統(tǒng)有接地故障。切換為A單或B單，及DWS方式運行正常。

上述現(xiàn)象說明SCR房內(nèi)五套SCR柜及直流控制組件基本正常、絞車直流串勵電機無故障。既然電源和電機都無故障，如此的“鬼”現(xiàn)象又從何來？為此，駐井電氣師先后更換或互換了SCR柜內(nèi)的PC板和直流控制組件等，十幾天的檢查和換件也無果而終。

三、追尋“鬼”現(xiàn)象

以高阻表、雙線示波器、交直流鉗形電流表等測試儀表為尋“鬼”法器，看現(xiàn)象、測參數(shù)，查找蛛絲馬跡。同時，也避免因盲目拆卸或更換元件等增加無謂的工作量或造成二次事故。

為了確認和跟蹤“鬧鬼”蹤跡，對絞車電控部分及電機進行了逐一測試，以期從表面現(xiàn)象入手，深入調(diào)查“鬼”案。

1.停電，拆下A電機連接線，用高阻表測量絞車電機和連結(jié)電纜的絕緣，檢查碳刷及碳刷架，確認電機絕緣良好、無接地。

2.SCR柜送電做空載檢查，利用直流控制組件面板上的實驗選擇開關(guān)、手控電壓開關(guān)、手控電壓旋鈕等檢查來自司鉆臺的使能（CONT）信號和速度給定（REF）信號，并做SCR橋的移相觸發(fā)實驗等，確認空載下SCR柜各項參數(shù)無異常；然后帶輕載，用雙向示波器檢查SCR觸發(fā)脈沖波形、SCR整流橋輸出電壓波形、SCR整流橋輸出電流波形，確認SCR柜及直流控制組件運行正常。

圖二

3.在不同指配方式下，用交直流鉗形電流表檢查絞車A、B電機的運行電流值。當A單方式運行時，分別測量A電機的四根電源線（見：圖二）的電流值，并與同種工況和懸重下的B電機電流值做比較。

絞車A、B電機為同規(guī)格型號的直流串勵電動機，在同工況、同懸重下，流經(jīng)電機F-FF-A-AA的電流值應(yīng)該相同。串聯(lián)電路中流經(jīng)個點的電流相等，但實際測試結(jié)果卻出乎意料， A電機運行時AA-A的流經(jīng)電流只有F-FF的一半，此乃“鬼”現(xiàn)象之一；隨著司鉆旋轉(zhuǎn)絞車手輪加大給定，SCR柜上的交流接地表M08指示接地程度加大，當給定手輪“回零”時就沒有了接地顯示，此乃“鬼”現(xiàn)象之二。

圖三

4.A+B方式運行實驗，以“7”點位置為例。將指配開關(guān)打到“7”點位置（見：圖一），用SCR1帶DWB電機、SCR2帶DWA電機實現(xiàn)A+B方式運行，絞車手輪給定到25%位置，此時分別拆下SCR1＼SCR2柜內(nèi)直流控制組件的絞車速度給定（DW SPD REF）117號線， 用交直流鉗形電流表測量SCR柜內(nèi)對應(yīng)的單級直流接觸器的輸出電流（見：圖三）。測得絞車B電機端的電流與SCR柜內(nèi)直流接觸器的輸出電流一致，構(gòu)成完整的閉合回路；絞車A電機端無電流流過，而SCR柜內(nèi)直流接觸器有輸出電流（隨絞車速度給定手輪加大，可在直流接觸器母排處測得200-1000A的輸出電流），絞車A電機的電流沒有構(gòu)成完整的閉合回路，那么SCR2驅(qū)動A電機運行的幾百個安培的電流去哪里了呢？居然在SCR房內(nèi)消失了（沒有輸出到電機上），此乃鬼現(xiàn)象之三。

四、按圖索驥，斷案“捉鬼”

通過上述實驗和測試數(shù)據(jù)，三個無法解釋的“鬼”現(xiàn)象已經(jīng)查出，如何讓“鬼”原形畢露，就要認真分析圖紙，從控制原理上找答案。

我們不難看出，當A單方式運行時，A電機“AA-A的流經(jīng)電流只有F-FF的一半”，說明與電機A并聯(lián)的能耗制動回路（DWDB）閉合，并通過3只0.16Ω的大功率能耗制動電阻產(chǎn)生了分流放電。據(jù)駐井電氣師介紹該套設(shè)備的DWDB能耗制動柜（見：圖四）因K1、K2兩個接觸器燒毀，早在幾年前就廢止不用了，二次側(cè)的保險已經(jīng)取出，不可能出現(xiàn)誤閉合情況的。打開DWDB柜檢查，發(fā)現(xiàn)其柜內(nèi)的K1、K2兩個接觸器主觸頭熱熔粘連，造成了與絞車A電機電樞并聯(lián)的分流回路，導致流經(jīng)AA-A的電流減少。K1、K2兩個接觸器底座已經(jīng)燒黑，碳化短路，因此，當絞車手輪加大給定時，流經(jīng)K1、K2兩個接觸器的電流和施加在接觸器上的電壓也隨之加大，此時擊穿接觸器底座，產(chǎn)生碳膜短路而接地，當手輪回零后，無施加電壓和流經(jīng)電流，其接地現(xiàn)象自然也就消失。 更換新的K1、K2兩個接觸，恢復DWDB柜功能，在A單方式下運行絞車，“鬼”現(xiàn)象之一、“鬼”現(xiàn)象之二消失。

在A+B方式下，SCR2驅(qū)動A電機的運行電流在SCR房內(nèi)消失的“鬼”現(xiàn)象究其何因。SCR房內(nèi)無焦糊異味，無局部高溫等現(xiàn)象，可以判斷近千安培的電流絕對不是因接地或電纜間短路造成的，通過圖紙分析，只有在“A+B”方式下，A電機才出現(xiàn)如此怪現(xiàn)象，說明問。

圖四

題出在了SCR1柜雙向接觸器1K5上，1K5接觸器專門負責絞車DWS運行方式與“A+B”運行方式切換的，接觸器向上吸合按DWS方式運行，接觸器向下吸合按A+B方式運行。對1K5雙向接觸器檢查發(fā)現(xiàn)，該接觸器背部有兩個交叉換向母排，按圖紙接線原理應(yīng)當拆除該接觸器1K5-2觸頭與1K5-7觸頭之間的跨接銅母排（見：圖三）。經(jīng)落實，在一個月前，因1K5換向接觸器在DWS方式運行時主觸頭吸合粘連，所以安排當?shù)貑T工更換了同廠家、同規(guī)格型號的一臺新接觸器，忽略了對新接觸器背部交叉母排的改制拆除。當絞車在“A+B”方式運行時（以指配開關(guān)在“7”點位置為例），構(gòu)成SCR2（+） — 2K1單級接觸器閉合 — 1K5雙向接觸器觸點5 — 1K5雙向接觸器觸點7 — 接觸器1K5-7觸頭與1K5-2觸頭之間的跨接銅母排 — 1K5雙向接觸器觸點2— 2K6單級接觸器閉合 — SCR2（-） 的閉合回路，該回路無負載，形成SCR2內(nèi)的短路電流，因柜內(nèi)SCR額定電流為1800A的可控硅，所以不會出現(xiàn)因短路燒毀任何器件的故障，當然，A電機沒有電流流過也就不會運轉(zhuǎn)起來了。將1K5-7觸頭與1K5-2觸頭之間的跨接銅母排拆除，“鬼”現(xiàn)象之三也得到解決。

五、事件反思與教訓

通過此次“鬧鬼”、“捉鬼”事件，給我們的反思與教訓是深刻的，這正是“粗心大意引鬼來，鬧鬼月余難制裁；捉鬼手段是關(guān)鍵，識圖斷案鬼自現(xiàn)”。

一是當設(shè)備出現(xiàn)問題后不要盲目拆卸和更換器件，要借助儀器儀表、分析圖紙，查找問題本質(zhì)原因；

二是不要因為現(xiàn)在電動鉆機配備了液壓盤剎、輔助電磁剎車而忽視絞車的能耗制動剎車功能。如確實因器件燒毀或損壞等原因無法使用能耗制動時，應(yīng)當把DWDB柜內(nèi)的一、二次側(cè)的線路徹底斷開。

三是更換損壞的電器元器件時，除了核對其規(guī)格、型號等參數(shù)外，還要認真核對圖紙，看一看是否有其它特殊之處。如本案例中，SCR柜內(nèi)1K5和2K5的規(guī)格型號相同，安裝在SCR2柜內(nèi)用做絞車A電機的正反轉(zhuǎn)換向，不需要對該雙向接觸器做任何更改，但安裝在SCR1柜內(nèi)是用做DWS方式與A+B方式之間切換，此時應(yīng)該拆掉接觸器1K5-2觸頭與1K5-7觸頭之間的跨接銅母排。

作者簡介：趙恒耀，男，46歲，大學本科學歷，工程師，現(xiàn)任川慶鉆探土庫曼斯坦分公司生產(chǎn)保障部裝備科副科長。

艾軍強，男，42歲，大學本科學歷，高級技師，現(xiàn)任川慶鉆探土庫曼斯坦分公司鉆井工程項目部電氣工程師。

呂國章，男，40歲，大學專科學歷，工程師，現(xiàn)任川慶鉆探土庫曼斯坦分公司生產(chǎn)保障部裝備科電氣主管。