石油钻机6SE70 变频器常见故障探究

石油钻机6SE70变频器常见故障探究李龙建（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安710021）。引言我国石油工业广泛使用变频交流驱动钻机进行生产，不仅能够满足石油工业生产的需要，更能有效节约能源，减少能耗，实践低碳环保的目标。目前钻机主要使用西门子6SE70变频器，受到高负荷生产、恶劣生产环境的影响，变频器经常出现设备故障，影响钻井生产的正常进行。因此需要针对常见故障展开研究，通过灵活处理故障缩短停工时间，降低故障率，保证石油工业的稳定生产。1西门子变频器结构及工作原理1结构西门子变频器在石油钻井工程中比较常见，作为核心设备应用。在钻井工作中电源、电压和控制系统主要使用变频器，需求量大。变频器主要包括变频箱、远程遥控、开关柜和制动系统4个部分。1.2工作原理根据流体力学理论，变频器利用传感器调整主轴，主轴按照垂直调整,与轴旋转存在比例关系［1］。变频器在执行任务过程中，假设效率保持固定，转速随着流量增加而减小。轴系输出功率存在密切关联，流量减小时变频器输出功率也会适应性调整，转速降低。变频器软启动将最大电流保持在额定电流之下，从而达到节约资源的目的，延长电机使用寿命，节约生产成本。2石油钻机变频器的常见故障及处理措施1过电压变频器通电后显示过电压故障代码，电路电容和电阻正常，检查放大电路可以发现集成电路损坏，输出端输出高电平。放大电路是按照一定比例放大取样信号，核心器件为集成电路。变频器集成电路损坏输出高电平，高电平即过电压信号，CPU接收到过电压信号后显示故障代码。该故障通过更换集成电路即可解决。2.2过电流变频器通电运行后显示过电流，控制面板显示故障代码。过电流故障的发生主要是电压过度波动或者多次过载，造成脉动电流过大，导致过电流故障。需要对变频器器件逐个检查，同时通电测试是否存在问题，检查驱动电路是否正常运行。若对地绝缘正常可能是电流传感器存在故障。更换传感器后仍然存在过电流故障，则需要检查运放放大部分回路。更换运放放大部分后变频器可以恢复正常运行。3欠电压变频器通电后显示欠电压故障代码，对高压和低压电流检查未见异常,取样电路正常。可检查到放大电路电压异常，对放大电路进行更换，结果显示正常，可正常运行，输出电压平衡。运行几分钟后停机，有异味、冒烟。断开电源后打开变频器，可观察到电阻变色发热，主要由于继电器未动作。对继电器进行检查结果显示正常，是由于供电电路故障。在运行过程中变频器过热是由于限流电阻的发热导致，限流电阻发热问题是由于继电器未动作，供电电路是由于继电器未动作。更换集成电路以及相关部件后可消除故障。2.4发热变频器通电后正常运行一段时间后，显示过热故障。打开变频器发现风扇转速异常，连接一个风扇显示风扇转速正常，连接两个风扇转速异常。在变频器过载运行、散热扇吸附过多灰尘，散热片堵塞等情况下高发，主要是由于开关电源一路滤波电容漏电导致故障，更换电容即可解决。2.5通信失联变频器使用通信接口进行控制，控制面板显示通信失联故障，从接口向内部检查，检查信号连线无异常情况，滤波器正常。检查电平转移芯片，芯片无法正常工作。由于转移芯片老化损坏，无法正常传送通信信号，出现通信失联。可以通过更换转移芯片处理故障，恢复变频器运行。2.6充电故障充电故障主要是由于主进线开关的连接问题，在整流单元中包括4个熔断断路，容易造成直流母线电压过低的问题，将熔断器更换后，仪器可以回到原本的位置。逆变器重置后，变频器恢复正常运转。逆变器故障主要是由于回馈单元和整流单元没有正常运转，造成电源电压无法正常供给。逆变柜故障主要由于逆变器发生断路故障，IGBT发生故障造成IGD板损坏，更换配件后可恢复至良好状态运行［2］。3西门子6SE70变频器故障案例分析1案例分析西门子6SE70变频器是我国石油工业钻机使用最为广泛的变频器，但故障时有发生，严重影响钻井正常生产。经常出现的故障有：①参数故障，需立即检查参数是否正确设定，如启停参数错误则无法启动变频器；②部件故障，由于钻井设备经常需要搬动，拆装过程中损坏插头造成控制线断线，导致无法运行；③电源故障，钻机自备电源,若电压和发电频率和变频器不符，将引发变频器故障；④过流故障,由于电机负荷突然改变，冲击过大或者电缆电机受损，造成匝间短路,或者变频器中安装编码器，信号丢失引起过流；⑤过载故障，由于制动量大、加速时间短或电压低等因素造成变频器过载，可通过延长加速时间、制动时间等方式处理；⑥硬件故障，由于电子元器件故障（如主控制板等）或外部系统串入高压电，电路损坏引发故障。1.1过负荷在钻井过程中由于负荷突然增加，变频器停止运行，整流柜显示F005。由于钻机使用发电机组为750kW,柴油机故障造成转速降低，不足1350r/min,电源频率降低至45Hz以下，变频器停止运行。需要对柴油机进行维修处理，恢复正常运行。1.2母线电压过低母线电压过低故障显示F008代码，会造成输入电压稳定性降低，严重时可能导致瞬时缺失。输入电源低容量难以满足变频器运行需要。需要合理减小力矩或者电流限幅，保证逆电柜可以协同运行。若由于电压稳定性差发生低电压故障，要改变主变档位提高电源电压。1.3过电流过电流故障主要是由于操作人员不当操作造成的，介入设备电流超过最大值，变频器无法正常运转。运行过程中，接入电流超过设备承载电流最大值的1/5时会出现停止运转。由于过流引发变频器关机，逆变柜显示FOllo发生故障后首先进行拆装设备，详细检查传感器准确检查传感器设备状态，如果是传感器设备需要立即更换设备，重启变频器观察故障问题是否修复。一般情况下复位处理即可，若复位后仍无法正常开机，可能由于变频器出现接地故障或短路故障、过载故障。因此需要将电机电缆以及变频器断开，绝缘测试电机，若结果显示正常，电机无故障［3］。对逆变电路进行检查，拿出3块电容器组，使用多用表进行逆变电路的检查，逆变电流有续流二极管，使用多用表进行测量，如果参数正常则表示逆变电路良好；若参数异常,则需要更换逆变电路。测量后发现逆变电路功率管发生损坏，更换部件可消除故障。1.4过电压变频器发生过电压故障是介入电压超过电压最大值。一般情况下受到气候条件的影响，在雷电天气下变频器受到较大干扰。发生雷电天气会造成内部电压较高。导致变频器无法正常运行。维护人员可以关闭设备，再次重启设备消除故障。若由于负载问题引发过电压故障，需要对减速时间参数进行调整消除过电压故障，保证设备良好运行。当大惯量负载条件下，母线电压快速升高，制动电阻和制动单元偏小,造成过电压故障设备直接关机。如变频器通电后逆变柜显示E,重启无法复位，电源连接正常。观察端子元件显示烧毁，主要是由于接入高电压造成故障，对外部线路进行检查，发现由于绝缘破损造成控制线接入高电压发现烧毁。重新更换控制板和控制线，可恢复正常运转°避免过电压故障需要在使用过程中保证电压电源的稳定性。1.5发热故障逆变柜显示F023代码，由于外部环境过高影响变频器环境温度，或者散热风机运行故障，拆开风机检查轴承，对损坏轴承进行更换处理故障。3.2建议2.1定期检修维护对于西门子6SE70变频器而言，由于设备需要长时间运行，未经过定期维护管理，设备很难正常运行，将对设备部件造成严重损害，威胁设备运行寿命。因此需要制定年度维护计划，每年清洁设备，将风机、控制面板等部件拆除后，使用专用清洁剂进行清理，将控硅表面杂质清理干净，清扫风机灰尘［4］。完成清洁工作后按照标准安装，对于紧固螺丝做好标记，充分保证后续检修工作的进行。以季度为单位进行的养护管理，不需要拆除部件，检查保险、网线以及螺栓等部件，检查柜体、电缆以及变频器本体的使用情况。每天进行线路和外观缝隙的清洁，保证其稳定运输。建立设备使用台账，记录作业时间和故障问题。2.2注意环境影响因素由于钻井需要长时间在恶劣环境中运行，受到环境因素的影响，容易发生故障。如环境温差过大可能加速设备老化，引发内部腐蚀，造成部件冻结。此外作业期间经常需要接触腐蚀性气体或液体，影响设备部件寿命。因此需要重视环境的影响因素，必要时及时介入保护设备,降低故障率，延长寿命。在冬季低温天气使用罩单保护设备，注意对设备的清洁，避免长时间受液体腐蚀。2.3重视运输管理由于钻井作业需要经常变动设备位置，或将设备运输至其他工程，为保证设备稳定运行，需要谨慎搬运变频器设备。在运输过程中做好充分固定工作，使用保护