任志民，陳萬慶，劉 楊，劉丹丹

（1.運城職業(yè)技術(shù)學院，汽車工程系，山西運城044500；2.蘭州電機股份有限公司技術(shù)中心，甘肅蘭州730000；3.運城學院，網(wǎng)絡(luò)信息中心，山西運城044500）

1 引言

在我國的石油裝備工業(yè)領(lǐng)域，油田鉆機的電傳動系統(tǒng)已從上世紀八十年代直流傳動發(fā)展到了現(xiàn)在成熟并廣泛應(yīng)用的交流傳動系統(tǒng)。目前，無論是應(yīng)用直流傳動系統(tǒng)還是交流傳動系統(tǒng)的油田鉆機，包括用于氣田勘探的鉆機，其使用的主電動機及其裝置已形成了系列化。鉆機用的直流電動機的功率多為440kW、600kW、800kW或850kW，額定電壓一般為440V、660V或750V。交流變頻調(diào)速電動機已形成了 200kW、300kW、400kW、500kW、600kW、710kW、800kW、900kW、1000kW、1120kW、250kW、1600kW等功率規(guī)格，額定電壓則有380V、440V、500V、600V或690V等規(guī)格[1]。交流永磁電動機的功率多在50kW以下，額定頻率50Hz，額定電壓一般為380V。通常情況下，與主電動機配套的風機額定功率為15kW或以下，額定電壓為380／660V、風量不小于110m3／min，且多為防爆電動機。例如，某鉆機的變頻調(diào)速型主電動機，額定功率600kW，額定電壓600V，額定電流682A，額定轉(zhuǎn)速1000r／min，額定頻率50.5Hz，額定功率因數(shù) 0.86，額定效率 95%，絕緣等級200級，防護等級IP44，防爆等級為ExdII T3；風機配置的電動機為2極，額定功率15kW，額定電壓380V，額定頻率50Hz，額定風量 130m3／min。該變頻調(diào)速型主電動機與輔助裝置的裝配關(guān)系如圖1所示，輔助裝置的主要組成部分圖2所示。

圖1 鉆機的變頻調(diào)速型主電動機與輔助裝置

圖2 輔助裝置的主要組成部分

2 鉆機主電動機輔助裝置的可靠性與技術(shù)要求

2.1 鉆機主電動機輔助裝置的安全可靠性

油氣田鉆機用的主電動機，無論是直流電動機還是變頻調(diào)速異步電動機，一般都用自帶風機進行冷卻。對于鉆機主電動機，在 GB／T23507.1-2017《石油鉆機用電氣設(shè)備規(guī)范第1部分：主電動機》中，在條款5.4部件及其安全要求中規(guī)定，主電動機要有接地導線裝置；安裝風壓繼電器；安裝檢修開關(guān)；設(shè)置聯(lián)鎖裝置，保證電源接通時主電動機的殼蓋不能打開，殼蓋打開后電源不能接通；設(shè)置與通風系統(tǒng)相聯(lián)鎖的裝置，使其在規(guī)定的通風時間后才能接通電源，主電動機運行前先通風；主電動機內(nèi)部要安裝電加熱器，用于除霜、除濕或除潮[1]。通常，主電動機的出線盒里，安裝有風壓開關(guān)，用于在風機發(fā)生故障或風壓不足時對鉆機主電動機進行保護；同時還安裝有輔助開關(guān)，在主電動機因檢修或其它情況下需要時打開出線盒時進行停機操作，作為安全保護的措施。風機、風壓開關(guān)、輔助開關(guān)與電加熱器等組成了與油氣田鉆機主電動機配套的輔助裝置。

2.2 對鉆機主電動機輔助裝置的試驗要求

為了提高鉆機主電動機輔助裝置的安全可靠性，必須對其進行試驗檢測。鉆機主電動機的生產(chǎn)廠家在研發(fā)主電動機與輔助裝置的同時，還研發(fā)了輔助裝置的試驗裝置，即輔助試驗裝置。

對于研發(fā)的新型鉆機，其主電動機與輔助裝置必須要通過型式試驗的鑒定。主電動機與輔助裝置的各個試驗項目及每個項目的項點考核內(nèi)容全部合格后，主電動機才可以出廠裝配到鉆機上。一般情況下，鉆機電動機批量生產(chǎn)時，出廠試驗也需要對主電動機的輔助裝置進行檢測。對于鉆機主電動機輔助裝置的試驗，在 GB／T23507.1-2017《石油鉆機用電氣設(shè)備規(guī)范第1部分：主電動機》的條款6.3試驗項目及方法中，規(guī)定為第26個試驗項目，且在型式試驗和例行出廠試驗中都要進行檢測。

3 鉆機主電動機輔助裝置的試驗檢測內(nèi)容與試驗流程

鉆機主電動機的輔助裝置，包括風機、風壓開關(guān)、輔助開關(guān)與電加熱器等，需要試驗檢測的主要內(nèi)容及試驗工序依次是：

（1）三相交流電源是否缺相；

（2）電源電壓是否正常；

（3）在接通電源后、風機起動前，風壓開關(guān)與輔助開關(guān)的觸點開閉是否正常；

（4）在電聯(lián)接器正常連接情況下輔助裝置的電加熱器工作是否正常；

（5）在風壓開關(guān)整定值設(shè)為100Pa、出線盒密封完好、電源正常且接通的情況下，風機能否對鉆機主電動機進行正常送風；風壓開關(guān)觸點開閉是否正常；

（6）在打開主電動機的出線盒時輔助開關(guān)觸點的開閉是否正常；緊急停機按鈕能否正常動作使鉆機主電動機停機；

（7）風機在正常運行過程中，其電動機是否產(chǎn)生過流現(xiàn)象。

一般情況下，主電動機輔助裝置的試驗檢測流程如圖3所示。除主電動機生產(chǎn)工廠外，此試驗檢測流程流也適用于在油氣田工作現(xiàn)場對鉆機電氣設(shè)備的檢測［2］。

圖3 鉆機主電動機輔助裝置的試驗檢測流程

4 鉆機主電動機輔助試驗裝置的開發(fā)設(shè)計與應(yīng)用

4.1 鉆機主電動機輔助試驗裝置的電氣設(shè)計

根據(jù)輔助裝置的試驗檢測項目、試驗方法及檢測流程的實際需要，開發(fā)了一種鉆機用主電動機的輔助試驗裝置。采用的技術(shù)方案是：選用三相四線制工頻380V交流電源，每相串聯(lián)電流大小合適的熔斷器對輔助裝置（包括風機、風壓開關(guān)、輔助開關(guān)與電加熱器）進行過流保護，用指示燈檢測電源是否缺相，用電壓表顯示電源電壓是否正常，在回路中串接三相開關(guān)控制風機的啟停，串接單相開關(guān)控制輔助裝置電加熱器的通斷；在電源到負載的各相回路中用串聯(lián)指示燈的方法來檢測輔助裝置的風壓開關(guān)和輔助開關(guān)觸點的開閉［3］。

鉆機主電動機輔助試驗裝置的電氣原理圖如圖 4 所示。其中：1、2、26、27 為風壓開關(guān)觸點，3、5、23 為風機觸點，6、17、11、12 為輔助開關(guān)觸點，4、24為電加熱器接線端子；71為U相-V相電源線電壓表，72為U相-W相電源線電壓表，73為V相-W相電源線電壓表；81為U相電源指示燈，82為V相電源指示燈，83為W相電源指示燈；84為檢測指示燈一，85為檢測指示燈二，86為檢測指示燈三，87為檢測指示燈四；9為電源插頭，10為插座，11為箱體，55為三相開關(guān)，56為單相開關(guān)。

圖4 鉆機主電動機輔助試驗裝置的電氣原理圖

4.2 鉆機主電動機輔助試驗裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鉆機主電動機輔助試驗裝置采用了便攜式的箱體結(jié)構(gòu)，輸入端是與三相四線制電源插座可連接的四線電源插頭，輸出端是與鉆機主電動機輔助裝置自帶的電聯(lián)接器插頭可以配套連接的插座。將三相四線制電源引入箱體后，在相線上連接電源指示燈、電壓表、檢測指示燈、熔斷器、三相開關(guān)和單相開關(guān)；插座、電源插頭、三相開關(guān)、單相開關(guān)、熔斷器、電壓表和指示燈均設(shè)置在箱體內(nèi)。

鉆機主電動機輔助試驗裝置的箱體結(jié)構(gòu)如圖5所示，四線電源插頭9與三相四線制電源的插座連接，插座10與鉆機主電動機輔助裝置自帶的電聯(lián)接器插頭連接。在電源插頭9與插座10之間的三相四線上連接有電源指示燈、電壓表、檢測指示燈、熔斷器、三相開關(guān)、單相開關(guān)。

圖5 鉆機主電動機輔助試驗裝置的箱體結(jié)構(gòu)示意圖

鉆機主電動機輔助裝置試驗檢測時，四線電源插頭9與三相四線制工頻380V交流電源的插座連接，輔助裝置自帶的電聯(lián)接器插頭插入試驗裝置插座10即可完成電氣連接。在接通電源、閉合三相開關(guān)55后，用串聯(lián)指示燈（即檢測指示燈三86、檢測指示燈四87）檢測輔助開關(guān)常開觸點6與17、常閉觸點11與12的通斷狀態(tài)。在接通電源、風壓開關(guān)整定值設(shè)為100Pa、出線盒密封完好的情況下，閉合三相開關(guān)55，即觸點3、5、23接通后，進行風機正常送風檢查，用串聯(lián)指示燈（即檢測指示燈一84、檢測指示燈二85）檢測風壓開關(guān)在三相開關(guān)閉合與斷開兩種情況下其常開觸點1與2、常閉觸點26與27的通斷狀態(tài)。在接通電源、閉合與斷開單相開關(guān)56兩種情況下檢測接在端子4與24之間的電加熱器的工作狀態(tài)。三相四線制電源各相串聯(lián)的熔斷器對輔助裝置（包括風機、風壓開關(guān)、輔助開關(guān)與電加熱器）進行過流安全保護[4]。

4.3 鉆機主電動機輔助試驗裝置的應(yīng)用

鉆機主電動機輔助試驗裝置采用了箱體結(jié)構(gòu)后，簡化了試驗檢測時比較繁瑣的電氣聯(lián)結(jié)，既可用于主電動機工廠的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗，也便于維修人員攜帶到油氣田鉆機工作現(xiàn)場對設(shè)備進行檢測維修[5]。通過應(yīng)用表明，主電動機輔助裝置的試驗操作比一般獨立試驗項目的操作更加簡便，功能更加完備；不僅試驗項目與試驗檢測程序更加程序化和規(guī)范化[6]，同時還提高了試驗檢測的效率，值得推廣應(yīng)用到油氣田鉆機工作現(xiàn)場對設(shè)備的檢測維修中[5]。

開發(fā)制作完成后鉆機主電動機輔助試驗裝置，重量為4.8Kg，比較輕便。目前，該試驗裝置已通用于鉆機的400Kw及以上功率的直流電動機、200Kw及以上功率的交流電動機的輔助裝置的試驗中，不僅制造工廠使用，油氣田鉆機工作現(xiàn)場對設(shè)備進行檢測維修時也在使用。

5 結(jié)束語

盡管此鉆機主電動機輔助試驗裝置目前已能完全滿足油氣田鉆機電動機輔助系統(tǒng)的檢測要求，但仍有改進和優(yōu)化之處。在箱體體積、重量和制造成本允許的情況下，可以進一步改進，例如，用斷路器替代熔斷器；在電加熱器回路里也串聯(lián)指示燈等。在主電動機的工廠的試驗臺站的設(shè)計建造中，還可將此裝置恰當?shù)嘏c主試驗臺站進行聯(lián)合設(shè)計使之成為一套更完整的綜合試驗裝置。需要注意的是，在使用鉆機主電動機輔助試驗裝置的過程中，對檢測指示燈、熔斷器、開關(guān)、電聯(lián)接器等必須進行定期檢測，即對裝置本身進行檢測。在保證這些電氣組件沒有故障的前提下，才能檢測風壓開關(guān)和輔助開關(guān)的觸點開閉是否正常，這樣才能對輔助裝置及鉆機主電動機進行安全可靠的保護。