50D鉆機電控系統(tǒng)及頂驅(qū)常見故障分析

摘 要：項目現(xiàn)場使用的鉆機是一套由美國IPS（Integrated Power System）公司生產(chǎn)的以直流電機作為主要驅(qū)動方式的電動鉆機，該鉆機配備了加拿大Canrig頂驅(qū)公司的一套1050E-500頂驅(qū)?，F(xiàn)針對該套50D鉆機和Canrig 1050E-500頂驅(qū)在使用中常見的故障進行了原因分析和分類總結(jié)，并提供了相應(yīng)的解決方案，也提出了一些維護建議以供參考。

關(guān)鍵詞：直流電機;勵磁故障;整流橋;IGBT

1? ? 設(shè)備情況概述

土耳其50D鉆機于2001年投產(chǎn)，在國內(nèi)使用3年，2004年進入埃及市場，在埃及市場輾轉(zhuǎn)9年后，于2012年進入土耳其市場，一直使用至今。其中，埃及市場的環(huán)境最為惡劣，全境干燥少雨，大部地區(qū)屬熱帶沙漠氣候，炎熱干燥，氣溫高達(dá)50 ℃，每年4月至5月間常有沙塵暴，這些都對鉆井設(shè)備的質(zhì)量和設(shè)備的維護提出了嚴(yán)峻考驗。

現(xiàn)根據(jù)我隊鉆井設(shè)備的使用情況，對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題及解決方法進行分類分析，以此作為今后設(shè)備維護和配套的參考。

2? ? 故障分類及解決方法

2.1? ? 發(fā)電機無法上線或無法并車

常見原因：（1）發(fā)電機斷路器儲能電機損壞;（2）發(fā)電機斷路器脫扣線圈損壞;（3）斷路器儲能電機電路或脫扣線圈電路開路。

解決方法：首先檢查發(fā)電機輸出是否為AC600 V，無AC600 V電壓則檢查發(fā)電機，如果有AC600 V輸出，那么檢查150 VA變壓器CPT1輸入端電壓是否正常，正常則更換變壓器CPT1;如果不正常，則檢查CPT1輸入端兩個熔斷器是否損壞，損壞則更換熔斷器;未損壞則檢查CPT1輸出是否正常，不正常則更換CPT1;如果正常則檢查輸出端熔斷器，熔斷器損壞則更換;如果未損壞則斷開欠壓脫扣線圈外電路，檢查線圈是否損壞，損壞則更換欠壓脫扣線圈;如果未損壞則斷開儲能電機外電路查看電機線圈是否正常，不正常則更換電機。

就現(xiàn)場維修情況來看，儲能電機損壞的概率較小，脫扣線圈損壞一次，而儲能電機電路和脫扣線圈電路中的熔斷器損壞的可能性很大。其損壞原因有兩個，一個是發(fā)電機在投磁時，電壓逐漸建立并持續(xù)升高，其最高峰值電壓會超過正常工作電壓，這樣會對儲能電機電路或脫扣線圈電路造成較大沖擊，為保護電路，熔斷器燒壞;還有一個是并車工作的發(fā)電機，當(dāng)切除一臺發(fā)電機時，會給另一臺發(fā)電機造成沖擊，進而燒毀熔斷器。

2.2? ? 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障

常見原因：（1）發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器損壞;（2）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的PWM功率模塊損壞;（3）勵磁線圈中沒有剩磁或剩磁不足。

解決方法：在用肉眼無法判斷哪個部分出問題的情況下，首先可以用替換法將此臺發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器和PWM功率模塊放到另外一臺已知正常的發(fā)電機上來判斷這兩個模塊是否存在問題，如果有問題，直接更換相應(yīng)模塊即可;如果沒有問題，則可大致判斷勵磁線圈中無剩磁或剩磁不足，此時可用干電池對勵磁線圈充磁。

在現(xiàn)場所遇到的情況中，以發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的PWM功率模塊損壞最為常見，電壓調(diào)節(jié)器損壞則極少遇到，勵磁線圈無磁或剩磁不足則沒遇到過。針對PWM功率模塊損壞的情況，分析原因主要是起開關(guān)作用的場效應(yīng)管燒壞引起的。

PWM功率模塊由可控硅整流橋和兩個控制直流輸出的開關(guān)——場效應(yīng)管構(gòu)成。可選擇電壓水平的三相交流電從兩個開口三角形連接的變壓器得到，三相全波整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成一個穩(wěn)定的直流電。這種穩(wěn)定的直流電被場效應(yīng)管隨著打開或關(guān)閉來調(diào)節(jié)平均直流信號并送給發(fā)電機的勵磁器。場效應(yīng)管的驅(qū)動輸入是由電壓調(diào)節(jié)器插件板導(dǎo)軌上的插口得到的，這兩個信號是總線電壓檢測信號和無功檢測信號。

2.3? ? 鉆機或泥漿泵在正常工作過程中突然停止工作

常見原因：（1）冷卻風(fēng)機停止工作或風(fēng)壓開關(guān)故障;（2）直流電機電刷或刷握損壞;（3）SCR服務(wù)柜內(nèi)整流橋某IGBT損壞。

解決方法：首先檢查冷卻風(fēng)機是否工作正常，不正常則更換風(fēng)機，如果風(fēng)機工作正常，接著檢查電刷和刷握，看是否有損壞的地方，根據(jù)需要更換電刷或刷握，如果問題依然存在，則就要斷開外部電路，檢查整流橋是否輸出正常來判斷整流橋是否燒壞。

根據(jù)所遇到的情況，冷卻風(fēng)機有一次燒壞的情況，電刷或刷握有兩次損壞的情況。在電刷或刷握出現(xiàn)故障時，可以在SCR房內(nèi)的顯示屏上看到“mud pump 1/2 A/B current imbalance”的提示信息。分析原因有兩個，一是刷握上的三個電刷壓緊彈簧彈性不足，無法壓緊電刷，導(dǎo)致電刷與換向器接觸不好，接觸電阻增大，繼而導(dǎo)致高溫?zé)龎碾娝⒒蛩⑽?二是電刷磨損過多，更換不及時，電刷與換向器接觸不好，導(dǎo)致高溫?zé)龎碾娝⒒蛩⑽?。如果整流橋燒壞，則需要全部斷電，拆下三個整流橋組，檢查每個橋組內(nèi)的IGBT是否燒壞，如果燒壞則更換相應(yīng)IGBT，問題解決。

2.4? ? Canrig頂驅(qū)正常工作突然停止運行，Panelview顯示“l(fā)ost communication”故障

常見原因：（1）頂驅(qū)與頂驅(qū)房內(nèi)的CPU通信故障;（2）頂驅(qū)上的PLC模塊DC24 V電缺失;（3）頂驅(qū)CPU故障。

解決方法：首先可以觀察頂驅(qū)房內(nèi)的CPU工作狀態(tài)指示燈進行判斷，如果報電源故障，則可以更換電池;若更換電池后仍報故障，則更換CPU。

然后檢查頂驅(qū)上PLC-JBOX內(nèi)的各PLC模塊電源是否正常，最常見的原因是頂驅(qū)上的PLC模塊DC24 V電缺失。原因主要有四種，一種是頂驅(qū)房內(nèi)兩塊AC120 V轉(zhuǎn)DC24 V轉(zhuǎn)換模塊全部損壞，這個可能性很小;第二，轉(zhuǎn)換模塊前的TB11上的3F和4F兩個熔斷器損壞;第三，頂驅(qū)房TB13里兩個DC24 V輸出的IF和2F熔斷器燒壞;第四，從頂驅(qū)房至頂驅(qū)之間的通信電纜中兩根DC24 V電纜全部斷開?，F(xiàn)場遇到第三、四種情況較多，第二種較少，第一種沒遇到過。分析原因主要是頂驅(qū)電纜總成老化，我們從游動電纜膠管的兩頭找出通信電纜，然后從中找出一黑、一白兩根DC24 V電纜，用兩芯外置電纜將它們連起來充當(dāng)游動電纜，問題得以解決。

2.5? ? Canrig頂驅(qū)正常工作中突然停止運行，Panelview顯示“field fault”故障

常見原因：（1）頂驅(qū)勵磁模塊損壞;（2）頂驅(qū)勵磁電纜斷開;（3）頂驅(qū)勵磁線圈燒斷。

解決方法：首先排除勵磁模塊和頂驅(qū)勵磁線圈故障，拆開頂驅(qū)房內(nèi)頂驅(qū)勵磁輸出電纜，檢測勵磁模塊的輸出是否正常;測量頂驅(qū)勵磁線圈電阻，如果不正常則更換勵磁模塊或更換電機。在這兩者中，電機勵磁線圈一般不會燒壞，勵磁模塊損壞則遇到一次。

現(xiàn)場遇到最多的是勵磁電纜斷開，分析原因一是在安裝時，勵磁電纜接線端子沒有壓緊，導(dǎo)致接觸電阻增大過熱，將接線端子燒壞;二是司鉆在操作頂驅(qū)時，堵轉(zhuǎn)或憋停時間過長而沒有采取措施。

3? ? 結(jié)語

本文針對50D電動鉆機鉆井施工中遇到的種種常見故障進行了分析和解答。當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如果對控制系統(tǒng)不熟悉，那么判斷、解決和排除故障的難度和過程都會變得復(fù)雜，甚至?xí)斐梢欢ǖ慕?jīng)濟損失。因此，在做好日常工作的同時，現(xiàn)場人員應(yīng)多加強學(xué)習(xí)，注重平時的經(jīng)驗積累，做好工作筆記，為以后的工作做好鋪墊，確保設(shè)備的穩(wěn)定、高效運行，為安全生產(chǎn)保駕護航。

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[3] 孟祥卿，蔣華東.電驅(qū)動石油鉆機電氣技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2015.

收稿日期：2020-03-16

作者簡介：王軍超（1982—），男，湖北棗陽人，工程師，現(xiàn)任土耳其項目SP011隊電氣工程師，研究方向：石油鉆機電驅(qū)動技術(shù)。