2-Varco-TDS-11SA顶驱液压电气技术实用手册000.doc

VARCO TDS-11SA 顶驱电气故障的诊断与维护技术研究顶驱作业技术服务公司概 述VARCO TDS-11SA顶驱是美国VARCO公司利用交流变频技术、配备两台400马力交流钻井电机的顶部驱动钻井装置。这种800马力的顶驱可以产生37500英尺磅 （约5175公斤米） 的钻井扭矩和55000英尺磅（7590公斤米）的上扣扭矩，并且可以产生500吨的提升力。TDS-11SA液压系统设计在顶驱本体上，结构紧凑，可在标准的41.5米（及以上）井架内安全安装、运行。由于顶驱装置是机电液一体化、集成度很高的高技术产品，该类型顶驱的液压系统又设计在本体上，因此其系统调试、操作和维护检查维修就是一项非常重要的工作。VARCO TDS-11SA顶驱的工程特点：1、用整立柱钻杆钻进，减少2/3的接单根时间，降低了钻井风险。2、能够立柱划眼和倒划眼，钻柱可以顺利取出缩紧井段，降低了复杂时率、避免了卡钻事故。 3、提下钻若遇复杂井段，顶驱可在任何高度回接钻杆进行泥浆循环、划眼，提高了钻井工程的安全性。 4、可进行无级变速和上、卸扣扭矩控制，满足了钻井工程的需要。 5、具有顶部液动旋塞，可以任何高度实现钻具内关闭和打开，提高了井控安全。6、顶驱装置是实现套管钻井技术的配套设备。7、顶驱钻井装备是实现水平井、丛式井、山前构造复杂安全钻井最理想的设备。VARCO TDS-11SA顶驱的设备特点：1、交流电机没有电刷，没有电弧装置，降低了维护费用及工作量，增加了作业安全性；2、本身带有液压系统，不需要单独的液压装置和液压回路，减少维护；3、两台交流电机、整体式水龙头、液压系统在一起，是现在顶驱行业中结构最紧凑、轻便的成套顶驱设备，但是相应的维修空间减少，对可靠性要求更高；4、在钻井工程中，顶驱吊环可前后控制摆动，降低了钻工的劳动强度，提高了工作效率。 由于顶驱具有这样的特点，主要使用在重点井和复杂井的勘探开发中，而重点井和复杂井的钻井工艺对顶驱作业的连续性和可靠性要求较高。而液压和电气系统故障的快速诊断和排除，就成为作业连续性的关键。因此本手册重点叙述顶驱液压、电气方面的原理、结构、常见故障及判断方法，可以帮助使用者更清楚、快速地了解、掌握VARCO TDS-11SA顶驱的液压系统、电气系统的使用维护和现场维修知识，更好更安全可靠地为钻井工程服务。VARCO TDS11SA顶驱电气系统的安装、调试、操作和维护修理，需要具有一定机械、电气技术基础和经验的合格人员担任。 安 全 提 示VARCO TDS-11SA顶驱集机械、电气、液压知识于一体，结构紧凑，在维护维修操作过程中如果稍有不当，就会对人体、设备造成伤害，甚至于发生严重的人身、设备、工程事故。因此，每一名具体工作人员在从事维护或者修理前，应熟知、遵守本安全提示内容。1. 开始工作前，断开所有相关的动力源，禁止带电作业，包括：不要带电打开具有高电压处的安全遮挡物、不要带电维修和拆除任何电气元件、不要带电插拔电缆插头，不带压拆卸液压管线等。2. 绝对禁止设备处于运转状态或者半动状态进行维护和修理工作。3. 不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或司钻操作台。4. 在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下（DC24V）前，不要试图更换直流母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。5. 需要对整流器或逆变器或电机进行维修时，请断开进线电源空气开关。6. 整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压会损坏设备。7. 每台电机和控制箱必须正确连接到PE母排或PE线上。8. 禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁！必须解除时，在排除故障后，要尽快恢复功能允许的旁路连锁。9. 禁止非专业人员修改整流器和逆变器中的设置参数，否则可能损坏机械或电气设备。10. 在温度大于40，湿度大于95或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动器或其他控制电源。11. 系统主电源意外断电半小时以上重新上电时，必须确认电气柜内无凝露。12. 从事液压系统维护、检查、修理工作，必须确认液压系统压力和温度在允许的工作范围之内，在释放系统残余压力时应当采取预防措施，采用卸压阀或者其他相应手段。13. 在进行维护或者修理工作时，断开并且锁上液压、电气部分的控制，并悬挂警示牌。14. 戴手套、眼镜等合适的保护用具。15. 当变频系统停用时间超过1年时，给变频系统重新上电前，要对变频系统进行充电。第一章 液压系统故障查询第一节：液压系统的基本原理结构液压系统完全安装在顶驱之上，无需地面设备及管线。液压电机功率10马力，转速1800转/分，电源为60Hz,380V交流电，驱动两台液压泵及整个液压系统。其中一台为定量泵，驱动一台低速液压马达，液压马达再驱动齿轮箱体里的润滑油泵，供润滑系统循环齿轮油。另一台为变量泵，为系统控制管汇总成（MANIFLOD）提供动力源。系统控制管汇总成（MANIFLOD）上安装有各种电磁阀，压力阀和流量控制阀。同时系统控制管汇（MANIFLOD）还装了3个液气储能器。司钻通过司钻操作台上的控制器就能够控制系统控制管汇（MANIFLOD）上的电磁阀，从而实现动力旋转头、吊环、动力刹车、遥控内防喷器、平衡液缸、背钳及锁销的功能。 顶驱润滑齿轮油储存在顶驱水龙头内，由齿轮箱体里的润滑油泵通过油道输送到各润滑部位进行润滑。液压油盛装于一个密封的不锈钢油池内，由管线联结到变量泵，再输送到各液压执行机构。油池固定在两台主电机之间，并装有过滤器和液面计。液压系统与顶驱固定在一起，顶驱搬迁位移时不需要将液压油抽空或重新加注，即减少工作量，又能保证油质。 液压系统一般包括：液压泵、液压油箱、液压管汇、畜能器、电磁阀和液缸以及保护阀件组成，如：单向阀、定量控制阀、平衡阀、逻辑阀、减压阀，卸压阀等阀件。如图：液压系统原理图 图11序号压力点压力值压力变化影响应对措施1PF400psi低于400psi,齿轮箱润滑不良检查、调整RV2阀达到额定值2PV2000psi系统压力如不正常，顶驱液压系统不能正常工作，损坏零部件检查、调整UV1阀3SA2200psi系统卸载压力，如不卸载，损坏储能器检查、调整RV1阀4CB1300psi立柱上跳功能，不正常将损坏钻具检查、调整PCC阀5B9190psi平衡液缸压力，同上检查、调整STR阀6B12000psi刹车系统工作压力，必须大于1400psi 检查、调整SV1阀7C11500psiC1、C2应一致，如不相同，吊环工作不同步，损坏液压元件检查、调整CB1阀8C21500psi检查、调整CB2阀9B82000psi吊环不回中位，关闭时应为100psi,旋转头不工作检查、调整SV8阀10C5150psi在背钳启动时，应大于75psi,否则CV5单向阀无法打开，背钳不工作检查、调整CV5阀11B5400psi压力不足，定位销不工作导致旋转头不能定位，背钳不工作检查、调整SV5、T-10阀12CP2000psi背钳工作时压力应为2000psi,否则不能夹紧钻具检查、调整CV5、PC5阀13CR500psi压力低，背钳将无法回位或回位缓慢检查CNEL、AR5液压系统各压力变化及影响概况第二节 IBOP执行机构故障诊断一： IBOP执行液缸原理图: 低压时，IBOP处于开启状态，此时A4=500psi，B4和C4100psi时。当关闭IBOP时，液缸压力升高，B4和C4=2000psi 图12二：系统测试图12是IBOP执行机构液压回路图，IBOP通常时开启状态。进行压力检测时,IBOP闭合,A4压力低于100PSI。IBOP开启时，A4压力上升至2000PSI，B4和C4 处压力下降到500PSI。三：常见故障诊断故 障原 因措 施安全阀泄漏内部元件磨损检查垫圈或磨损零件，修理或更换执行机构不正常工作检查机械部分，检查减压阀转动时出现异常振动或晃动连杆芯套或执行机构芯套磨损凸轮滚子磨损磨损修理或更换滚子和支架液缸不动作减压阀阻塞测试压力，调节或更换减压阀储能器未充压测试压力，并按要求充压系统无压力检查液压系统第三节：吊环倾斜液缸故障诊断一：原理简述图13是吊环倾斜液缸液压回路图。SV6电磁阀控制二个液缸及保持管汇压力。当电磁阀SV6控制吊环倾斜机构至鼠洞方向时，E6处压力升高，吊环向鼠洞方向移动。当SV6电磁阀控制吊环至钻井位置时，G6处压力升高。吊环“悬浮”电磁阀SV8，使液缸卸压，吊环移至进口位置，从而使吊环处于“悬浮”状态。系统测试：对于整个回路，在主管汇上无需进行调节设置。但对于四个“负荷保持阀”则需要成对调节，两个用于调节杆端，两个用于调节活塞端，这样可以保持吊环运行同步。二： 吊环倾斜机构液压回路图13三：倾斜液缸测试步骤1. 在控制台，操纵吊环倾斜到鼠洞位置。当SV6阀动作后，液缸向鼠洞方向完全伸出。2. 当液缸完全伸出后，在TP口处为2000psi。3. 操纵系统平衡位置，观察压力下降。在安全阀CBCA处调节压力到接近1000psi。4. 两个液缸均有活塞杆和活塞减压阀，在TP和FL处压力均为1500psi，以使液压系统压力平衡。调节安全阀CBCA和CWCK，使其压力均为15000psi。活塞安全阀的压力在活塞全部伸出时设定，活塞杆安全阀的压力在活塞完全收回时设定。四：常见吊环倾斜装置故障诊断故障原因措施吊卡不能伸至鼠洞、井架工位置。定位卡位置不正确调整当控制阀松开后，吊环位置不稳定。B8处压力未降到100psi以下。更换可控（开）单向阀。控制（开）单向阀阻塞或卡住。更换可控（开）单向阀。液缸密封失效。更换密封。压力保持单向阀压力设置变化或卡住开启或有杂质。调节或更换压力保持安全阀。吊环不能回到井口中心自由位置。用电磁阀上的手动检测扭检查，如果刁滑倾斜，则说明时电路故障；如果吊环不倾斜，则说明是液压故障。检查电磁阀和接头或检查液压系统。吊环不倾斜电磁阀未动作。检查电磁阀。二侧吊环运动不协调压力保持阀设定不正确。四个阀调节至1500psi。第四节：平衡机构故障诊断一：平衡机构工作原理 图14是平衡机构液压回路图。预充900psi的储能器和单向阀CV3使液压系统保持压力状态。有一个手动三位换向阀，用于设定平衡机构三个模式安装（rig-up）、运行（run）、关闭（shut down）。在安装模式中，压力作用在XC和（预）充压力阀上，使两个液压缸伸出，以方便液压缸拉杆在大钩耳环上。在运行模式（run）中，液缸压力约为1600psi，TDS11S将被提离大钩的接触点，其重量由液缸承受。弹跳功能由SV9阀控制，在平衡机构处于运行（run）模式时，弹跳功能开关处于“on”位置，平衡机构的压力增加300psi，将TDS-11S和钻柱提离大钩。在关闭（shut down）模式中，液压系统的储能器将保持泄压状态。二：平衡系统液压回路图14三：平衡系统的测试：平衡机构工作期间，CB处压力1600psi，其承载负荷为13620千克。调节承载负荷步骤如下：一） 模式开关转到运行（RUN）模式，将压力控制阀PCC反时 针旋到最低。二） 在B9处测试压力，此处压力应当为“0”。三） 侧CB处压力，观察顶驱在大钩处的位置。顺时针调节PCC阀，在CB处观察压力表，直到顶驱刚好脱离大钩，此时，将压力回调25psi，时顶驱提环座回到大钩上。弹跳功能测试：“弹跳”功能正常运行时，平衡机构需要承受13620千克负荷，CB处压力大约为1800psi。所增加的300psi的压力是SV9电磁阀提供的。压力调节的步骤如下：一） “模式”旋钮置于运行“RUN”激活模式和打开上跳开关，测量BC和B9处压力，反时针调整SJR安全阀到最小。二） 顺时针调节SJR阀，使CB处压力缓慢增加，直到提环脱离大钩（此时顶驱用吊卡带一根立柱）。注意：缓慢调节SJR阀，使CB处压力稳定。四：常见平衡机构故障诊断故障原因措施平衡机构不工作液缸损坏，密封泄漏检查液缸，修理或更换密封。无液压测试压力，调节减压阀SV9电磁阀不动作检查电器和液压功能，安要求更换或修理PCC阀不动作更换阀门安全阀不动作更换储能器压力低充压“弹跳”功能不起作用同上同上 第五节：动力旋转头马达一：动力旋转头液压回路原理图： 图15二：基本工作原理：动力旋转头的转动方向由三位换向阀控制。“自动归位”功能由“程序控制器”完成，使动力旋转头回到设定位置。三：系统检查：用控制台上的动力旋转头旋扭检查动力旋转头的旋转方向是否正确。动力旋转头的转速是由不可调节流阀控制的，其扭矩由安全阀限制。注意：A或B处最大压力为1600psi（承载时）。当动力旋转头空载转动时，这个压力应低于1600psi。锁销工作时，该压力必须达到1600psi。四：常见动力旋转头马达故障诊断问题原因措施旋转头不转动电磁控制阀SV2或安全阀卡住检查、修理或更换阀门。当电磁阀发出指令时观察压力是否变化，如果没有变，可以手动控制电磁阀上的检测扭。注意安全！电磁阀SV2未通电检查电路接头和电磁阀。液压马达磨损或齿轮破损更换马达。锁销处于锁持状态调节安全阀。机械故障检查和修理。换向阀不能换向检查左、右压力，更换该阀。液压管线破损更换管线。旋转头不能回位换向阀卡住或安全阀设定压力改变测试压力并检查换向阀，如果必要，调节安全阀。传感器故障更换传感器。如果马达转动正常，旋转头不能回位的原因可能是控制系统故障造成检查控制系统。吊环运动不同步平衡阀设定值改变调节四个平衡阀，使其压力一致。第六节 定位销液缸和背钳液缸一：基本原理：锁销液缸和背钳液缸得动作是互相关联和相对复杂的，锁销液缸的特别之处在于多一个开口，这个开口可以起到一个阀门的作用。但锁销液缸和背钳液缸不动作时，锁销处于冲压，回缩状态，背钳液缸也处于回缩状态（压力500PSI）。当控制背钳工作时，锁销将动作并卡住大齿圈。开始动作时，锁销可能会错过对应的齿圈上的某一个孔。此时，控制系统会使旋转头脉冲转动，直到锁销进入定位孔，C5处立即达到最大压力，并控制CV5阀打开，使背钳冲压动作。当控制背钳松开时，背钳松开，锁销自动跳出定位孔。二：锁销机构液压回路的调节1） 在液压缸旁边有一个安全阀，通过调节安全阀的压力来限制锁销同大齿轮的摩擦力。注意：在锁销嵌入定位销之前，动力旋转头会慢慢旋转。2） 为调节锁销作用在大齿轮表面的摩擦力，通过手动操纵电磁阀SV5时锁销轻轻顶住大齿轮表面，然后调节安全阀的设定值。当锁销伸出后，测量B5处压力，安全阀压力为200PSI。3） 当电磁阀SV5断电后，测试C5点压力，调节AR5减压阀压力到500PSI。三 锁销机构液压回路的测试图16是锁销和背钳液缸液压回路图，锁销和背钳未动作时，C52000PSI，B5100PSI, CP100PSI, CR=500PSI。当手动按电磁阀SV5上的检测钮时，锁销液缸上的小孔处压力上升，这个压力由一个直径为0.031英寸管线连接的减压阀控制，以防止锁销在进入定位孔前作用在动力旋转头大齿轮圈表面压力过大。此时，B5压力为200PSI(由安全阀限定)，G5100PSI，CP和CR100 PSI。一旦锁销进入销孔，C5处压力增加到最大并控制CV5阀打开，此时B5压力为2000PSI（迫使阀CV5打开），G5100PSI，CP=2000PSI，CR100PSI。当电磁阀SV5断电，锁销液缸回缩，同时背钳松开。整个回路返回到初始状态。四：定位销液缸和背钳液缸原理图图16五：常见定位销液缸和背钳液缸故障诊断故障原因措施锁销无法启动电磁阀不能启动或压力阀设定不正确检查电磁阀和压力并重新调整BC和C5端口压力有不正常的变化，说明电磁阀存在存在故障更换方向控制阀如果压力变化正常，可能是管线，若定位销液缸失效检修管线或定位销缸锁销作用齿轮盘压力过大压力阀没有启动或设定不正确检测压力背钳液缸不能启动液缸压力是否过低或没有检测压力并重新调压液缸损坏检修液缸或更换注意：为了向背钳回路提供足够压力，C5端口压力应达到2000PSI，G5端口压力应小于100PSI.如果满足上述要求,CP端口压力应由小于100PSi升至2000PSI,如果不行，检查管线，旋转连接器和背钳液缸清洁或检修ONEC阀当背钳启动时，CR端口压力应为CP端口的2.7倍.当钳牙卡住钻杆时,CR端口压力应小于100PSI,如果压力不降低，请检查ONEC阀是否受到污染.清洁检修ONEC阀锁销锁定后背钳液缸不能启动控制阀失效检查C5端口压力,更换CV5阀或重新检查阀汇总成第七节IBOP执行机构一：IBOP执行液缸原理图: 图17二：系统测试图17，IBOP执行机构液压回路图，IBOP通常时开启状态。进行压力检测时,IBOP闭合,A4压力为2000PSI。IBOP开启时，A4压力上升至2000PSI，B4和C4 处压力下降到500PSI。三：常见IBOP执行机构故障诊断故障原因措施安全阀泄漏内部元件磨损检查垫圈或磨损零件，修理或更换转动时出现异常振动或晃动执行机构不正常工作检查机械部分，检查减压阀连杆芯套或执行机构芯套磨损凸轮滚子磨损磨损修理或更换滚子和支架液缸不动作减压阀阻塞测试压力，调节或更换减压阀储能器未充压测试压力，并按要求充压系统无压力检查液压系统第八节：平衡系统一 平衡系统与立柱上跳原理图18中一个三位手动控制阀分别使平衡液缸处于rig-up,run和shut down模式。在rig-up模式，系统压力作用于XC和预充阀，使液缸伸展。在液缸伸展后，可以安装系统提环。在run模式，可实现平衡功能。此时液缸工作压力为1600psi，用以实现将TDS-11SA顶驱提离大钩。立柱上跳功能由电磁阀SV9控制。当手动阀置于“run”位置，并启动立柱上跳开关时，系统将增加300psi的压力将顶驱与钻具提离大钩。在shut down模式，液压系统将释放系统蓄能器及平衡液缸蓄能器中的压力。二：平衡系统与立柱上跳原理图图18三：平衡系统检测当进行平衡系统操作时，将产生约30000磅的提升力，此时在CB端口可测得压力为1600psi，请按如下步骤进行测试：1 将位于液压管汇下方的平衡发置于“run”模式。将压力控制阀PCC设为最小（逆时针方向拧到底）。2 测量B9处压力应为0psi.3 测量CB处压力，注意观察顶驱与大钩得相对位置。4 顺时针调节压力阀PCC，同时观测CB端口压力，一旦提环与大钩分离，即将压力调低25psi使顶驱停留在大钩上。立柱上跳功能检测在执行立柱上跳功能时，将产生33000磅的提升力，CB端口压力值为1800psi。在正常操作压力上增加的300psi压力是由SV9电磁阀来控制的。请按如下步骤进行测试：1 将平衡阀设为“run”模式，同时启动立柱上跳开关，测量CB和B9端口压力。将SJR压力阀逆时针设为最小值。2 调节SJR压力阀缓慢升高CB端口压力，直到提环能在顶驱承载着一个立柱的情况下与大钩分离。 四 常见故障诊断故障原因解决方法没有平衡功能液缸损坏，密封泄漏检查液缸或更换密封没有液压检查压力并调节压力阀电磁阀SV9没有启动检查电子和液压功能，如果损坏请更换。PCC不能启动更换控制阀压力阀不能启动更换蓄能器预充压力过低向蓄能器充压。没有立柱上跳功能液缸损坏，密封泄漏检查液缸或更换密封没有液压检查压力并调节压力阀电磁阀SV9没有启动检查电子和液压功能，如果损坏请更换。PCC不能启动更换控制阀压力阀不能启动更换储能器预充压力过低向蓄能器充压。第九节：主电机刹车一：主要原理：主马达刹车的弹簧使刹车保持松开状态，制动时液压系统压力达到1400psi，并由减压阀使这一压力保持不变。刹车的动作是由电磁阀控制的。二 系统检查： 检查时，将“自动刹车”旋扭扳到“ON”位置（司钻控制台上），在B1位置装上压力表，其压力应当是1400psi。如果低于这1400psi，则应当对减压阀PC1进行调节，使其达到1400psi。“自动刹车”开关扳回到“OFF”时，其B1处压力应当很低。如果压力仍然高，这可能是电磁阀故障。三 主马达刹车液压回路原理图 图19四 常见故障诊断故障原因措施刹车不能松开换向阀卡住检查该阀，必要时更换。刹车未完全松开阀门或管线堵塞检查或更换阀门或管线。机械故障机械维修。刹车不能加紧或打滑杀瓦上有液压油检查是否漏油，如果是，则修理。液压不足或不能稳定在1400psi减压阀PCI堵塞或需要调节或更换。换向阀SVI卡住（B1处测压）更换阀或检查电信号。刹车动作迟缓（发出信号后）液压油杂质过多更换液压油。减压阀故障更换该阀。附 液压系统图例图例1 描 述 图 例参 考 编 号电磁阀2位4通（单线圈）SV1,SV4,SV5,SV8,SV92位4通（双线圈）SV2,SV6手动阀（转）3位4通MV泵定量泵变量泵调压阀标准阀RV2,A2R,B2R,SJR放空阀RV1差动卸载阀UV1减压阀PC1,PC4卸压阀PCC单向阀 CDF,CTF,CV2,CTR,CDR,CXCD,CV1,CV2预充阀总成图例2描述图例参考编号单向阀开继动CKCB(吊环倾斜)关继动CA6,CB6,CV3,CV4(背钳钳体)丝堵PC5丝堵定流量控制阀CV1节流管英制平衡阀3通（内溢流）CBCA(吊耳倾斜回路)4通（外溢流）CWCK(吊耳倾斜回路)逻辑短节标准短节LA6,LB6,LC5,LODC带指示短节见预充阀总成快速接头图例3描述图例参考编号无短路过滤器见润滑回路带短路过滤器见回油液路手动关闭阀恒温控制阀润滑油回路压力开关润滑油回路热交换器液压回路压力补偿控制阀泵的组成部分液-气储能器双向液压马达液缸油池测压点第二章 电气系统故障查询指南第一节：系统工作原理概述 如图2-1所示，VARCO TDS-11SA顶驱使用的电源是600V、50Hz、600KW以上的交流电，进入变频房后，首先经过输入感抗器处理，再供给变压器、整流器、变频器工作。经过整流器整流为780810V的直流电，一部分再经主逆变器变为600V、频率可调的交流电供顶驱钻井电机工作；另一部分经小逆变器逆变为600V、固定频率60Hz的交流电，供顶驱液压系统电机、冷却风机工作。 整个顶驱的作业操作控制集中在钻台司钻控制箱VDC上。通过调速手轮改变手轮电流大小，控制电机转速，此时相应的模拟信号由VDC内传回变频房PLC（可编程逻辑控制器）上，PLC经过预处理通过CBP（通讯板）传到CUVC上，经再处理就可改变电机的工作频率和电流，从而改变电机的转速。由于钻井电机是频率同步型电机，所以电机转速与频率成正比（例如，20赫兹对应电机转速600转/分钟，那么，40赫兹则对应1200转/分钟）。 控制系统接收来自司钻控制指令(VDC)，并将这一指令信号传输给逻辑控制器（PLC）进行处理，然后由PLC对冷却马达，刹车IBOP和传感元件进行控制。PLC通过对传感器状态进行审核，来实现连锁功能，防止错误操作造成的事故。当PLC发现司钻指令错误时，会向司钻(VDC)发出报警提示。 在钻井右电机上有一个编码器，它收集数字信号传给DTI板，后者将数字信号转换成模拟信号通过CBP传给CUVC，CUVC经过处理再通过CBP板传给PLC，plc再将信号传给司钻控制箱（VDC），从而在VDC上显示出转速与扭矩的读数。交流变频电机驱动最大的优点之一是转速和扭矩能够得到高质量的控制，使操作人员能在整个运转范围内准确的控制钻杆转速。电路原理系统图21第二节 VARCO TDS-11SA顶驱电路图77 附：11SA顶驱司钻控制台使用说明VDC DESCRIPTION 司钻控制台描述# 名称 类型 功能1 MAKE-UP CURRENT LLMIT上扣电流值 potentinometer 当在使用顶驱上扣时，在变频房 电压表 设定电流值。扭矩可以通过转动电压表手轮增大或减少2 OIL PRESS LOSS 油壬降低 Red indicator 当变速箱润滑油夺降低时，指示灯 红色指示灯 闪烁同时喇叭发出警报。3 VDC PRESS LOSS 司钻控制台压力丢失 Red indicator 当司钻控制台的气压下降时，指示红色指示灯 灯闪烁并且喇叭发出警报4 DRILL MOTOR OVERTEMP 钻井电机过热 Red indicator 如果一台或二台交流电机内出现过红色指示灯 热，指示灯闪烁并且喇叭发出警报5 DRILL/SPIN/TORQUE钻井/旋扣/扭矩 3-Position 在正常钻进时，开关在DRILL位置。selector switch 对于交流电机来说，SPIN状态是恒(with TORQUE 转速和电流信号。当处于正转时，position 扭矩状态是一种带有扭矩逐步上升momentary) 的恒定转速。这种扭矩是由上扣扭3档位选择开关 矩表设定的上扣扭矩是由上扣扭矩（带瞬时扭矩 表设定的上扣扭矩值。当在反转时，档位） 扭矩值不断上升，直到丝扣卸开。6 BLOWER LOSS风机失效 Red indicator 如果一个或两个风冷电机出现失效，红色指示灯 指示闪烁并且嗽叭发出警报。7 ALARM SILENCE/LAMP CHECK警报消除/灯泡检查 Pushbutton 当警报指示灯闪烁并且喇叭发声时， switch 按下开关以便消除警报。然而引起警按钮开关报 发声的指示灯在故障排除前会一 直闪烁。如果故障在5分钟内还不能排除或重新设置，喇叭会重新发出警报。当这个开关被按下并且保持2分钟，司钻控制台上的所有指示灯会闪烁以便检查灯泡的好坏。8 HYDRAULIC POWER AUTO/ON 液压动力自动/开 2-position 受PLC的控制，当设定为AUTO时，液switch 压泵启动。当设定为ON时，不管在什黄色指示灯 么作业状态，液压泵启动。9 PLPEHANDLER ROTATE LEFT/RIGHT管子操作机 3-Position 当向左转动弹簧操作的开关时，便使得momentary 钻杆吊卡向左面；当向右转动开关时， 带中档断路 使得钻杆吊卡转向右转。当松开开关时 的三档瞬时 ，开关便自动回到中间（断开）位置。开关 注：此功能只有在LINK TILT FLOAT开关按下时才起作用。10 （PIPEHANDLER）LINK TILT FLOAT （管子操作机）吊五自由浮动 Pushbutton 当按下按钮时，吊环“浮动”回中央位switch 置（中间），这时管子操作机便可转动。按钮开关11 （PIPEHANDLER）TORQUE WRENCH PUSH &HOLD（管子操作机）扭矩钳启动和抓握 Pushbutton 当按下并保持时，旋转管子操作机启动switch 液压钳，液压钳抓握住钻杆。当刹车或按钮开关 手轮动作时，扭矩钳一不工作。12 （PIPEHANDLER）LINK TILT DRILL/OFF/TILT （管子操作机）吊环钻进/ 3-Position 当设置在DRILL工况时，倾斜液钳缩回断开/倾斜状态 maintained 并使得吊卡处于钻进的位置。当设置在switch TILT时，颂斜液钳伸出并使得吊卡延伸三档位开关 至井架工或小鼠洞。当设置在OFF位置时，吊卡保持在当前位置直到按下LINK TILT FLOAT 开关。13 BRAKR ON 刹车启动 Red indicator 红色指示灯 当刹车电磁阀作动时，批示灯发光14 BRAKE OFF/AUTO/ON 刹车断开/自动/启动 3-Position 当设置在ON时，刹车电磁阀启动使刹车switch 动作并使BRAKE ON指示灯发光。当设置三档位开关 在AUTO时并且手轮正转时，刹车断开。 当手轮开关在何位置，刹车都将动作。15 IBOP CLOSED 内防喷阀关闭 Amber 当关闭内防喷阀的液压作用于液缸时，指indicator 示灯发光。 黄色指示灯16 IBOP OPEN/COOSE 内防喷阀打开/关闭 2-Position OPEN档位时，启动液缸伸展从而开启内防switch 喷泉阀。CLOSE档位时，回收液缸从而关闭二档开关 内防喷阀。17 EMERGENCY STOP 紧急制动开关 Mushroom pushbutton 该开关直接与变频器用导线连接。当其 蘑菇状按钮 被按下时，无论手轮在何位置而变频 器均被关闭。 注：所有其它辅助功能保持不变。18 THROTTLE：0to Max 手轮：0至最大值 Potentiometer 当在钻进工况时，通过发出一种变频器电压表 的信号而控制交流钻井电机的转速。相 应的钻杆转速则反应在RPM仪表上。19 DRIVE FAULT 变频器故障 Red indicator 当发现变频器有故障时，指示灯闪烁并红色指示灯 且喇叭发声。20 REVERSE/OFF/FORWARD 反转/关/正转 3-Position switch OFF档位是用来关闭变频器的。反转和正三档位开关 转是用来钻进或进行上扣卸扣的。当液压 泵开关处于自动档位时，该开关起到给风机和液压马达供电的作用。21 DRILL TORQUE：0-MAX Continuous钻进扭矩： Potentiometer 在钻进状态时，在变频器内设定电流值。0至最大连续扭矩 电压表 这一设定便确定了钻杆允许的最大扭矩。通过启动刹车并且改变扭矩表上的读数来改变扭矩。22 TORQUE：0-Full Scale 扭矩：0-全值 Meter(0-10VDC) 以英尺镑的形式来显示钻井扭矩。在钻井表盘（0-10VDC） 工况时，扭矩是由扭矩表确定的。在上扣 工况扭矩是由上扣扭矩表确定的。23 RPM：0-250rpm 转速：0-250转/分 Meter(0-10VDC) 以转/分来显示钻杆转速。转速是通过手轮 表盘（0-10VDC） 来控制的。第三章 顶驱故障记录分析井号 高泉1井 时间 2004-6-20 顶驱型号 TDS-11SA 顶驱编号Varco 2#故障征兆shot pin销子无法迅速准确定位,致使背钳无法有效加紧钻具参数泵压23MPa 井深5100 钻井扭矩10000英尺磅 转速90-110转/分 钻压10T采取措施及排查步骤1.检查定位销总成. 结果:良好2.在齿轮盘均匀涂抹黄油,以减小shot pin与齿轮盘的摩擦. 结果:效果不明显3.检查齿轮盘是否处于水平居中位置.结果:齿轮盘没有因为顶驱长时间使用造成 偏心4.对shot pin销子压力进行测试 shot pin:B5点压力=300psi 正常压力是400psi,调节shot pin液缸压力控制阀 T-10A至正常值400psi. 结果:定位销液缸压力调至正常值400psi后,定位销较易定位,背钳能有效工作.原因分析由于液压系统长时间使用,造成系统阀件内部泄压注意事项定期对各功能块进行测试,保证其在正常值顶驱故障分析与记录井号 高泉1井 时间 2004-6-20 顶驱型号 TDS-11SA 顶驱编号Varco 2#故障征兆2002年11月20日司钻操作旋转头时，发现旋转头不动作，液压其它各功能都正常参数 井队井深4893.25米，泵压：25MPa，钻压：15t转速：110转。采取措施及排查步骤1、首先通知井队提钻，准备在安全井段进行检查。 2、准备测压工具及相关工具。3、首先检查了系统压力，PV、PF都正常。4、操作VDC上的旋转头开关，用一根铁丝分别放在电磁阀。SV2两端，正转、反转都有磁性，判断电磁阀。5、在旋转头马达上A、B两点接上压力表，正转、反转压力在500PSI左右，正常应在8001000PSI左右，判断旋转马达密封损坏。6、拆下旋转马达，检查发现旋转马达密封断裂。7、安装新马达，调试正常。原因分析经过与当班人员交流，对此事件产生的原因分析为：在耳环提着钻具的情况下，误操作旋转头动作，旋转头马达负载过重导致传动齿轮断裂，压力过高将马达密封损坏注意事项通过这次事件得到启示，应特别注意：1、严禁在耳环提钻具的情况下使用旋转头功能。2、严禁在耳环提钻具的情况下转动主轴。顶驱故障记录井号 高泉1井 时间 2004年3月12日顶驱型号 TDS-11SA 顶驱编号 Varco2# 故障征兆提下钻操作,齿轮油低压报警参数技术泵压23MPa 井深5100 钻井扭矩10000英尺磅 转速90-110转/分 钻压10T采取措施及排查步骤1.利用测压表,测量系统压力SA,PV压力测试正常2.利用测压表,测量定量泵压力RV2压力正常3.打开齿轮油箱观测孔,检查油箱喷油嘴和齿轮油,齿轮油箱的泡沫过多,喷嘴压力 正常4.测试齿轮油低油压报警开关,压力为0,正常压力应为20psi5.判断为齿轮油粘度过底(低温),压力开关应重新调节6.更换齿轮油滤子,重新调节压力开关,更换齿轮油7.功能正常原因分析天气寒冷,油品质量达不到要求注意事项按要求定期检查,更换油品顶驱故障记录井号高泉1井 时间 2004.7.11 顶驱型号 TDS-11SA 顶驱编号 Varco2# 故障征兆立柱上跳功能丧失参数技术泵压23MPa 井深5200m 钻井扭矩10000英尺磅 转速90-120转/分 钻压12T采取措施及排查步骤1.检查平衡液缸,平衡液缸各连接处完好2.对平衡系统压力进行测试 1)CB点压力=300psi,正常压力为1600psi 2)对pcc阀进行调节,将平衡压力调至1600psi 平衡系统恢复正常,立柱上跳功能恢复原因分析1)pcc阀暂时堵塞2)pcc阀有问题注意事项进行大修大保时对平衡系统做全面检查顶驱故障记录井号 高泉1井 时间2004年4月6日 顶驱型号 TDS-10SA顶驱编号 Varco4# 故障征兆使用背钳功能时,背钳夹住钻杆后,无法松开参数技术泵压23MPa 井深5100 钻井扭矩10000英尺磅 转速90-110转/分 钻压10T采取措施及排查步骤1.利用测压表,测量系统压力SA.PV压力测试正常2.测量背钳压力,CP为2000psi,CR100psi,活动电磁阀,压力无变化,判断为电磁阀 卡住或阀芯活动不灵敏3.重新更换电磁阀SV5,功能正常原因分析VARCO安装件SV5电磁阀质量问题注意事项及时检查VARCO公司的发货,遇有问题及时反馈顶驱故障分析与记录井号 高泉1井 时间 2004-6-20 顶驱型号 TDS-11SA 顶驱编号Varco 2#故障征兆吊环只能向前伸，无法向后伸。参数 井队井深1200米，钻压：20t，扭拒：5000英尺磅转速：150转采取措施及排查步骤1、检测系统压力，系统压力正常 2、在C1点接液压表，VDC上耳环开关放到前伸位，C1点压力为1500PSI，前伸正常。3、在C2点接液压表，VDC上耳环开关放到向后伸位，C2点压力为100PSI，无系统压力，判断SV6电磁阀有问题。4