变频电动钻机维修方法和技巧

变频电动钻机的维修技巧和方法江苏油田钻井处70200JS队摘要:在介绍变频电动钻机的电控系统的基础上，探讨和研究全数字变频电动钻机的维护、维修以及故障排除，并对该类钻机的常见故障和易损件行了深入的分析和研究。关键词：变频 电动钻机 维修技巧 故障排除 The troubleshooting of variable frequency drive systemAbstract:Based on introducing the variable frequency drive system of the electricity drive drilling rig, the maintenance and troubleshooting are presented in this paper for the system.The author also analyzed and researched the common fault of this system.Keywords: variable frequency drive system ; electricity drive drilling rig ; repair ; troubleshooting 引言1998年研制的ZJ70DS电动钻机,其电控系统采用以模拟控制为主结合PLC控制的方案,这标志着我国钻机由机械驱动进入电驱动时代。由于电动钻机具有完善的故障自诊断、运行、显示和保护功能,同时全数字控制系统各控制环节的参数可实时调整,可以以满足钻井工艺的新要求和钻井工况的实时变化。所以电动钻机在油田上的使用也越来越普遍。电动钻机为新兴产品，原来的机械钻机的维护和维修人员已不适合新兴的电动钻机。目前变频电动钻机采用全数字化控制，多以德国西门子公司的PLC作为控制中心，动力的传动部分采用全数字和智能化的变频传动系统。目前国内的电动钻机采用的变频器基本上为西门子和ABB这两家公司的。由于电控系统多采用进口件，这也给维护人员带来很大的麻烦。电动钻机的电控系统一旦出现故障将造成停机,其影响和损失较大。因此现场维修技术人员一定要重视维修工作,以保证钻机的正常运行。一、电动钻机维修方法和技巧（一）比较法在钻井现场如果有多台相同得电气设备，其中一台出现问题时，就可以采用比较法。当然，也可以用于只有单台设备时，比较它正常运转时的参数和故障时的运转参数。不过这就需要我们平时在设备运转时做大量的观察和记录。在石油钻机里面这种方法最适用于排查发电机的并车柜的故障。例如，70200队所使用的ZJ70DB，一共有4台CAT3512B型柴油发电机。当其中一台出现故障时我们可以根据正常柴油机和故障柴油机的运转时各个测量点的参数来比较，从而判断出故障点。这种方法的缺陷在于对于那些一旦故障而无法运转的电器或是电气设备发生故障而能继续运行，但如果长期运行会带来更大的破坏的电器均不宜使用。所以电器维护人员应经过谨慎的考虑和确定无碍后才可使用该方法。（二） 互换法互换法多用于有设备备件或是有多台设备时。例如，当泥浆泵的变频器发生故障（这里以西门子公司的6se70型变频器为例），变频器上显示故障代码为“E”。这时我们可以判断为逆变柜CUVC控制板损坏或是IVI界面板损坏。这时为了缩短故障停机时间，可以使用备用的CUVC板换上或是将其他泥浆泵的CUVC板于其更换，在更换后传上原来泥浆泵变频器的参数。如果变频器恢复正常则故障在CUVC板上，如果还是出现该故障现象则继续跟换IVI界面板即可。在使用这种方法时要注意，不仅硬件接线要正确交换,还要将一系列相应的参数交换【1】,否则不仅达不到目的,反而会产生新的故障造成思维混乱,一定要事先考虑周全,设计好软、硬件交换方案,准确无误再行交换检查。如果条件具备,现场的2个电气工程师可互相提醒,确认无误后进行改动,防止引起更大的故障。（三） 利用工控机在线监控法这种方法可以快速高效的判断出故障点，极大的缩短了维修时间。例如,1#泥浆泵无法启动时，这时通过工控机或是电脑进入到PLC里面的程序，然后利图1 在线监控画面用step7软件进行在线监控，就会看到如图1所示的画面。图中所示的绿线部分表示程序正常运行，在控制量I10.0（即1#泥浆泵喷淋泵工作的信号）后的虚线部分表示程序在该点之后无法继续运行了，从而可以判断出故障点在1#泥浆泵喷淋泵上。此方法虽然可以快速、有效的判断出故障点，但是它有一个弊端就是无法检测出PLC程序以外的控制量的故障。此外，它要求电气维修人员熟悉工控机、PLC编程以及STEP7软件等。（四）信号与报警指示检查法信号与报警指示检查法主要是针对变频器故障、各种有状态或是故障指示的电器以及PLC的故障。在变频器出现故障时，安装在变频器上面的控制面板就会显示相应的故障代码。通过查变频器使用手册就可以通过里面的提示查出故障并解决。例如，西门子公司的6se70型变频器报故障F008。我们通过矢量大全就可以查出该故障为变频器欠电压故障。此外，PLC的数据输入、输出模块以及功能模块上也有很多的故障和状态指示灯。通过这些指示灯的指示状态也可以查出相应的故障点。但这要求电气维修人员对熟悉整套系统控制信号间的逻辑关系以及对应控制信号的地址。像在司钻房内无法使用工控机进行在线监测，但又设有PLC分站的地方，这种方法就非常的适用。（五） 逐级检测法逐级检测法多用于检查MCC（电机控制中心）控制单元的故障。在使用该方法前，首先要判断是控制回路的故障还是电源回路的故障，然后再对控制回路或是电源回路进行逐级的监测。例如，泥浆罐上的除砂泵无法启动。首先我们先判断是否是控制回路的故障。这一步的判断只需要一人在泥浆罐上面按下除砂泵启动按钮，另一人在VFD（变频驱动）房内检测除砂泵控制柜内交流接触器是否收到吸合信号。如若未收到信号则查控制回路，如若收到信号则查电源回路。倘若查电源回路的话，我们先查电源是否送入到除砂泵MCC控制柜内，接下来按电源的供应顺序依次查熔断器、交流接触器、热保护器、除砂泵MCC控制柜电源输出端子排、VFD房头对外接线板处的除砂器电源插座、电机上电源盒，直至查出故障点为止。使用这种方法存在的缺点就是要带电操作。因此电气维修人员务必要十分小心，且要做好足够的防护准备。另外，在带电检测时需要有监护人员，以备突发情况的发生。二、电动钻机常见故障（一） 接触不良在钻井现场VFD房一般位于发电机房旁边。这样导致VFD房的震动比较厉害，VFD房内的各种紧固件就容易产生松动。一旦在电源连接部位的紧固件产生松动就会发生一些电气故障。而且接触不良照成的故障现象一般都非常复杂，有时很难进行分析。在正常生产时钻台和井架的震动也比较的厉害。因此在钻台上的连接电缆、司控房、左右偏房电控箱、液压站电控箱也都比较容易发生此类故障。（二）干扰故障在使用变频器时，由于变频器的负载为非线性。当电流流经负载时，与之所加的电压不是线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。而谐波的产生就会影响到各种电气设备的正常工作；增加供电线路的附加损耗；仪表和PLC控制系统出现故障。针对此类故障的解决方法就是：把动力电缆和控制电缆分开铺设；对电缆槽、电控房、发电机房进行可靠的接地；在动力电缆和控制电缆交叉处尽量采用穿管。（三）绞车电机不同步绞车的两台电机间的连接为硬连接，这要求两台电机的转速要一致。绞车的两台电机转速不一致时就严重的影响生产。绞车的两台电机转速不一致一班是有以下几个方面的原因造成的：1、绞车电机编码器故障；2、编码器信号线被干扰或是信号线接触不良（或是断开）；3、其中一台电机或是变频器出现故障。只要排除了这三方面的问题就可以排除故障了。（四）泥浆泵两台电机不同步在井队每次重新安装泥浆泵或是更换泥浆泵皮带时最容易出现的故障就是泥浆泵皮带打滑现象（即两台电机不同步）。严重时会导致其中一台电机被憋停的现象。针对此类问题的解决方法就是调节两台电机的皮带松紧度。根据现场情况尽量调到泥浆泵运行时两台电机的工作电流一致。（五）发电机无法启动目前国内电动钻机的发电系统一般采用CAT（卡特匹勒）柴油发电机。对于CAT发电机发生无法启动故障时，首先是确定到底是发电机内部故障还是外部控制故障。发电机内部故障是指发电机柴油机的供油、进气、排气以及发电机控制面板电路的故障。而外部故障是指发电机进线柜和并车控制柜的故障。在确定完故障类型后在采用之前介绍的故障排除方法即可排除故障。（六） MCC控制单元交流接触器故障石油钻井的工作环境和条件比较恶劣，比如：灰尘大、震动大、温度变化大、工作条件复杂。而交流接触器在这些情况下很容易产生故障。交流接触器的故障分为控制回路故障和电源回路故障。控制回路故障是指交流接触器和吸合线圈故障。电源回路的故障是指主触点的故障。吸合线圈会出现的故障一般为线圈绝缘变差或是线圈烧断。而主触点会出现故障的原因一般为震动大或是工作条件复杂而导致主触点烧毁。总结在排除故障的过程中，应先动脑，后动手，正确分析可以起到事半功倍的效果。具体应遵循先问询故障情况观察设备情况搞清原理和结构分析查找故障点排除故障的步骤。需要注意的是，不要一遇到故障，拿起表就测，拿起工具就拆。要养成良好的分析、判断习惯，要做到每次测量均有明确的目的，即测量的结果能说明什么？在找出有故障点的组件后，应该进一步确定引起故障的根本原因。例如：当电路板内的一只晶体管被烧坏，单纯地更换一个晶体管是不够的，重要的是要查出被烧坏的原因，并采取补救和预防的措施。此外，查找和排除的对象也有先后关系。一般先检查电源，再检查线路和负载；先检查公共回路再检查各分支回路；先检查主电路再检查控制电路；先检查容易检测的部分(如各控制柜)，在检查不易检测的部分(如某一设备的控制器件)。故障排除完以后，维修人员在送电前还应做进一步的检查，通过检查证实