王小磊

（中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井公司，陜西西安 710021）

0 引言

隨著近年來(lái)石油鉆井開(kāi)采的不斷發(fā)展，石油鉆機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷也在不斷提升，為進(jìn)一步提高作業(yè)效率、降低資源損耗，在石油鉆機(jī)中配備變頻器逐漸成為石油開(kāi)采工作進(jìn)行過(guò)程中的常規(guī)操作。為保障變頻器工作質(zhì)量和穩(wěn)定性，加強(qiáng)對(duì)于變頻器常見(jiàn)故障的探討和分析是十分有必要的。

1 西門(mén)子變頻器介紹

結(jié)合石油鉆機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，和變頻器市場(chǎng)的實(shí)際情況，當(dāng)前石油鉆機(jī)變頻器主要包括電源、電壓和控制3 個(gè)類(lèi)型。由于在石油鉆機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，其本身工作量相對(duì)較大，因此對(duì)于轉(zhuǎn)換器的需求也很大。通常情況下石油鉆機(jī)變頻器主要包括開(kāi)關(guān)柜、變頻箱、制動(dòng)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程遙控等部分。

西門(mén)子石油鉆機(jī)變頻器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，借助傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)于主軸的調(diào)整。在西門(mén)子變頻器實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，若運(yùn)行效率處于穩(wěn)定不變的情況下，流量就會(huì)隨著流速的降低而減小，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之降低，與軸系的輸出功率之間存在一定的聯(lián)系。而當(dāng)流量不斷下降時(shí)，變頻器能夠根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整自身輸出功率，以降低電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，減少能量消耗。此外，西門(mén)子變頻器還具有過(guò)電流保護(hù)的作用，能夠?qū)⒆畲箅娏骶S持在不高于額定電流的水平上，達(dá)到節(jié)約資源、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的[1]。

2 石油鉆機(jī)變頻器的技術(shù)應(yīng)用

變頻器在石油鉆機(jī)當(dāng)中的主要應(yīng)用技術(shù)及其相關(guān)性能包括以下3 個(gè)方面。

（1）矢量控制技術(shù)。當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)石油鉆機(jī)變頻器的使用都是通過(guò)矢量控制技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于交流電機(jī)電流矢量的控制的，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電流的定向控制，同時(shí)還具有較高的精度和負(fù)載性能。

（2）單元并行技術(shù)?；谑豌@機(jī)本身的情況和作業(yè)需求，其變頻器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)容量相對(duì)較大，通常會(huì)選用多單元并聯(lián)輸出的方式增加輸出功率。

（3）柔性電路拓?fù)浼夹g(shù)。由鉆機(jī)變頻器中1200 kW/600 V 的變流器，保障其輸出電壓符合要求，逆變電路通常會(huì)選用電平電路等連接方式，而且這種方式還能夠降低諧波電壓的變化率[2]。

3 西門(mén)子變頻器在使用過(guò)程中的常見(jiàn)故障

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)石油鉆機(jī)變頻器的實(shí)際應(yīng)用情況，西門(mén)子變頻器作為應(yīng)用最為廣泛、可靠性最高的變頻器之一，其本身不僅具有較好的應(yīng)用效果，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相應(yīng)器件的監(jiān)控和保護(hù)。但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，給石油鉆井工作帶來(lái)一定影響，因此明確西門(mén)子變頻器在實(shí)際使用過(guò)程中的常見(jiàn)故障，對(duì)于保障變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性而言是十分重要的。根據(jù)西門(mén)子變頻器的實(shí)際使用情況，其常見(jiàn)故障主要有外部故障和硬件故障兩種類(lèi)型。

3.1 外部故障

根據(jù)西門(mén)子變頻器的實(shí)際使用情況，其外部故障主要包括以下5 種類(lèi)型。

（1）參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。參數(shù)設(shè)置是變頻器在使用過(guò)程中的重要步驟，也是保障變頻器高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，參數(shù)設(shè)置失效或不合理，不僅會(huì)影響變頻器的正常運(yùn)行，甚至可能會(huì)使轉(zhuǎn)換器無(wú)法使用，因此在進(jìn)行故障判斷的過(guò)程中，首先需要檢查的就是變頻器的參數(shù)設(shè)置情況是否有誤。

（2）外部電源或檢測(cè)電路故障。電源設(shè)備和電路作為變頻器運(yùn)行過(guò)程中的重要部件，承擔(dān)著為設(shè)備供電的重要責(zé)任，一旦外部電源或檢測(cè)電路出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)給變頻器的運(yùn)行帶來(lái)極大影響。實(shí)際上變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，很多的分支都是使用自己的發(fā)電單元實(shí)現(xiàn)供電的，如果發(fā)電頻率或電壓超過(guò)轉(zhuǎn)換器范圍，就會(huì)導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障。

（3）過(guò)載問(wèn)題。變頻器過(guò)載問(wèn)題其主要是由于加速時(shí)間較短、剎車(chē)頻率較高，或電網(wǎng)電壓偏低導(dǎo)致的。還可能會(huì)由于上升運(yùn)行速度過(guò)快，導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)重載情況。對(duì)于過(guò)載問(wèn)題主要通過(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、降低剎車(chē)頻率等措施，以此解決電壓?jiǎn)栴}，解決過(guò)載故障。

（4）過(guò)電流問(wèn)題。導(dǎo)致過(guò)電流故障的原因包括外部原因和內(nèi)部原因兩種類(lèi)型。其中外部原因主要包括3 種情況：①在短時(shí)間內(nèi)電機(jī)負(fù)荷急劇變化，給變頻器造成極大的沖擊，直接影響設(shè)備正常運(yùn)行；②電機(jī)和電纜出現(xiàn)短路情況，絕緣設(shè)施遭受損壞，導(dǎo)致周接地或相接地情況的發(fā)生；③變頻器本身具備速度編碼器，在速度反饋過(guò)程中，由于信號(hào)損耗出現(xiàn)過(guò)電流情況。對(duì)于此類(lèi)外部原因而產(chǎn)生的變頻器故障，需要著重檢查外部電纜狀態(tài)和編碼器運(yùn)行情況。內(nèi)部原因則主要指的是變頻器參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，由于參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致變頻器硬件發(fā)生故障，進(jìn)而出現(xiàn)過(guò)流情況。在實(shí)際進(jìn)行變頻器管理的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況加強(qiáng)對(duì)流量的監(jiān)控，可通過(guò)使用相應(yīng)流量計(jì)，對(duì)變頻器的輸出電流平衡情況進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)輸出不平衡則可以斷定是基于轉(zhuǎn)換器內(nèi)部故障引發(fā)的過(guò)電流問(wèn)題。

（5）其他部件故障。在石油鉆機(jī)和變頻器使用的過(guò)程中，必然會(huì)涉及到各種拆卸、維修、安裝和修理等操作，很可能會(huì)給外部周邊部件帶來(lái)一定影響，導(dǎo)致管線(xiàn)斷裂、部件損壞等情況出現(xiàn)，對(duì)變頻器的正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.2 硬件故障

西門(mén)子變頻器的硬件故障主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)和功率部件兩個(gè)方面。其中控制系統(tǒng)故障是指相應(yīng)電子部件失效引起的故障問(wèn)題，如CUVC 主控制板故障、由外部高電壓串入引起的儀表板接口電路損壞故障等。

4 變頻器在使用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)方法

根據(jù)變頻器在石油鉆機(jī)中的實(shí)際使用情況，除上述外部故障和硬件故障之外，在變頻器實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，還存在以下問(wèn)題。

（1）由于石油鉆機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中，各種信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生干擾，影響鉆機(jī)的正常運(yùn)行和控制。在設(shè)計(jì)布線(xiàn)的過(guò)程中，需要針對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分別設(shè)置兩種不同類(lèi)型的線(xiàn)路，并做好導(dǎo)線(xiàn)控制，確保不同導(dǎo)線(xiàn)之間距離＞10 cm，以避免干擾情況的出現(xiàn)，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。還需要加強(qiáng)對(duì)于石油鉆機(jī)當(dāng)中線(xiàn)路槽的設(shè)計(jì)，為模擬信號(hào)線(xiàn)路設(shè)置相應(yīng)屏蔽功能，做好接地和懸掛工作。同時(shí)為保障傳輸質(zhì)量效果，對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸需要對(duì)數(shù)字量控制線(xiàn)做好中間設(shè)備的轉(zhuǎn)換。

（2）短路問(wèn)題。短路問(wèn)題是變頻器運(yùn)行使用中的常見(jiàn)問(wèn)題，尤其是在一些環(huán)境條件較為惡劣的情況，如沙漠、高海拔地區(qū)等，不僅晝夜溫差較大，還會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備十分容易出現(xiàn)短路情況，影響鉆機(jī)的正常使用和運(yùn)行。對(duì)此，需要相關(guān)管理人員做好保溫通風(fēng)管理，同時(shí)還需要加強(qiáng)檢測(cè)，保障設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

（3）電路接觸不良。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)備拆卸和安裝的過(guò)程中，由于操作過(guò)程存在一定的不確定性，各種機(jī)柜、設(shè)備等十分容易遭受到振動(dòng)、磕碰等，使得變頻器內(nèi)部電路出現(xiàn)松動(dòng)情況，導(dǎo)致接觸不良。對(duì)于這一情況，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)備運(yùn)輸、拆卸和安裝過(guò)程中，需要做好相應(yīng)保護(hù)和減振措施，并加強(qiáng)對(duì)于機(jī)柜等設(shè)備的管控，做到輕拿輕放。

（4）變頻器運(yùn)行環(huán)境問(wèn)題。在實(shí)際進(jìn)行鉆井工作的過(guò)程中，變頻器的工作環(huán)境較為惡劣，不僅會(huì)有各種煙塵、粉塵，還包括腐蝕性的氣體和液體等，會(huì)對(duì)變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器件、電路等造成一定程度的影響，不僅會(huì)使得線(xiàn)路部件老化，還可能會(huì)出現(xiàn)絕緣問(wèn)題，造成線(xiàn)路短路等各種故障問(wèn)題。因此在實(shí)際進(jìn)行變頻器安裝使用的過(guò)程中，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和環(huán)境，加強(qiáng)變頻器的養(yǎng)護(hù)檢修和環(huán)境管理[3]。

5 針對(duì)故障問(wèn)題常見(jiàn)處理措施

5.1 故障檢修

在變頻器出現(xiàn)故障的情況之下，為保障檢修的全面性和針對(duì)性，需要先進(jìn)行全面的檢查和處理。結(jié)合變頻器的實(shí)際故障情況，對(duì)變頻器所處的環(huán)境進(jìn)行觀察分析，然后再對(duì)變頻器的外部特征進(jìn)行檢查，對(duì)變頻器的故障問(wèn)題進(jìn)行分析，明確故障發(fā)生原因，并優(yōu)先排除操作不當(dāng)、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤等人為問(wèn)題。在此過(guò)程中，相關(guān)維修人員和技術(shù)人員為保障維修質(zhì)量效果，需要進(jìn)行仔細(xì)觀察，有針對(duì)性地進(jìn)行拆卸維修，避免造成二次損傷。

5.2 加強(qiáng)管理

變頻器管理是避免出現(xiàn)故障問(wèn)題的重要預(yù)防措施，相關(guān)管理人員需要加強(qiáng)對(duì)于環(huán)境溫差的關(guān)注，并結(jié)合實(shí)際情況做好相應(yīng)保溫措施，避免設(shè)備老化。還需要加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)輸管理，減少磕碰、振動(dòng)沖擊帶來(lái)的影響。由于石油鉆井環(huán)境相對(duì)較為惡劣，必須要加強(qiáng)對(duì)于變頻器運(yùn)行環(huán)境的管理和控制，做好相應(yīng)檢查和保護(hù)措施。最后，加強(qiáng)雷電防護(hù)，避免變頻器遭受雷電襲擊影響線(xiàn)路正常運(yùn)輸[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

西門(mén)子石油鉆機(jī)變頻器故障主要體現(xiàn)在外部故障和硬件設(shè)備兩個(gè)方面，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題的原因包括信號(hào)干擾、短路、接觸不良和運(yùn)行環(huán)境等，因此在面對(duì)故障問(wèn)題的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況加強(qiáng)故障檢修、設(shè)備運(yùn)輸和環(huán)境等多方面的管理和控制。隨著對(duì)變頻器故障的深入研究和預(yù)防處理，石油鉆機(jī)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性將會(huì)得到進(jìn)一步提升。