邵親華，馬林昌，索文剛

（1.渤海鉆探第五鉆井分公司，河北 河間 062465;2.中國石油川慶鉆探國際工程公司，四川 成都 610051；3.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅 天水 741020）

1 引言

伴隨著通信技術(shù)及電子技術(shù)的不斷發(fā)展，當代石油鉆井技術(shù)的現(xiàn)代化程度越來越高，現(xiàn)代電動鉆機體系結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)等較機械鉆機都發(fā)生了巨大的改變。然而，我國電動鉆機電力控制系統(tǒng)制造商在電動鉆機自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計及配套方面，從整體布局，控制系統(tǒng)的操作性、穩(wěn)定性及可靠性等，特別是系統(tǒng)軟件參數(shù)配置，尚未形成統(tǒng)一、成熟的標準，這就導(dǎo)致了電動鉆機控制系統(tǒng)在使用時容易發(fā)生故障。電動鉆機的成本非常高，甚至達到上億人民幣，假如因為系統(tǒng)故障造成工作停止，造成的損失將是非常巨大的。通常，對于電動鉆機故障統(tǒng)計分析來看，比較容易出現(xiàn)的故障是電氣控制系統(tǒng)部分。究其原因，是目前我國電動鉆機電控生產(chǎn)廠家電控系統(tǒng)設(shè)計及相應(yīng)的標準不一致，電氣控制系統(tǒng)還會出現(xiàn)操作現(xiàn)場性能不穩(wěn)定、出錯概率高、自動恢復(fù)能力弱，出現(xiàn)故障時，往往需要廠家專業(yè)技術(shù)工程師修理調(diào)試。所以，提高常見電氣控制系統(tǒng)故障的分析與排障能力，對于保證電動鉆機的高效穩(wěn)定運行有著非常重要的作用。

2 電動鉆機常見電控系統(tǒng)故障

（1）電控系統(tǒng)硬件故障

指電控系統(tǒng)中電子元器件、集成電路、信號傳輸線纜、模塊接口等出現(xiàn)異常情況時導(dǎo)致電控系統(tǒng)工作不正常。這種情況下，必須要經(jīng)過專業(yè)的修理或者更換部分設(shè)備模塊才能解決問題。

（2）電控系統(tǒng)軟件故障

通常指電控系統(tǒng)邏輯控制程序（Programmable logic controller，PLC）出現(xiàn)邏輯異常，系統(tǒng)設(shè)置的程序運行發(fā)生故障。發(fā)生軟件故障時，往往要對某些運行關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行修改等操作才能解決。

（3）自檢程序指示的故障

電控系統(tǒng)通常會設(shè)計有全功能的自檢程序，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時立即報警，并且會將故障情況以文字方式簡潔地顯示在監(jiān)視屏上，通過系統(tǒng)自帶的使用手冊能很快地對故障進行定位，找出發(fā)生的原因，并按照提示的方法解決。通常這類問題容易解決。還有一些故障如開關(guān)沒有閉合、接插不穩(wěn)等，會超出系統(tǒng)自檢程序檢測的范圍。對于沒有系統(tǒng)指示的故障，就需要工作人員對故障現(xiàn)象進行仔細觀察，綜合分析，憑借豐富的經(jīng)驗才能加以排除。

（4）偶然性故障

偶然性故障是在同一條件下發(fā)生的突然性故障，具有很大的隨機性。由于這類故障無規(guī)律可循，分析起來比較困難。發(fā)生這種故障大多和系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)局部接觸不穩(wěn)、模塊松動、硬件器件可靠性低、外部溫度、濕度因素等有關(guān)聯(lián)。這種故障需要多次試驗、綜合判斷方能發(fā)現(xiàn)原因并解決。

3 電控系統(tǒng)故障診斷方法

（1）加強日常巡查

在設(shè)備開始運行前，要認真對系統(tǒng)進行巡查，查看系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)是否正常，各類電氣控制裝置，例如數(shù)字控制系統(tǒng)、溫度控制部分、冷循環(huán)部分等是否有告警提示。在進行細節(jié)巡查時，要檢查有沒有保險絲熔斷、電子器件燒壞、線纜斷開等，還有各個元器件位置是否合理。在適當條件下，要對系統(tǒng)進行斷電檢查，憑借用手觸摸關(guān)鍵集成電路板的安裝狀況、電源接口的插接情況、所有信號線的聯(lián)接狀況等，通過手工感覺來分析可能出現(xiàn)問題的原因。還要巡查有無異常的煙、火、聲音、氣味等情況，如有應(yīng)立即斷電處理。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，要仔細分析故障發(fā)生的情況。

（2）各種儀器儀表檢查

通過使用常規(guī)的儀器及儀表，可以對各項交直流電源電壓及瞬間沖激信號等進行測試，從而可以分析出其中潛在的問題。比如，用萬用表檢查集成電路板關(guān)鍵點上的電壓、電流情況，用示波器觀測輸出信號的幅度、相位等情況，用邏輯控制程序自檢程序測試邏輯控制程序中的故障并進行原因分析。

（3）報警指示分析

報警指示包含兩個部分：一是硬件報警指示，是指根據(jù)電子裝置上的狀態(tài)和故障指示燈指示的情況，參考其使用說明書就能知道發(fā)生故障的原因以及修復(fù)故障的措施；二是軟件報警指示，當系統(tǒng)的軟件部分出現(xiàn)問題時，會有相應(yīng)的警告提示，查找相應(yīng)的使用說明書就可以找到出現(xiàn)問題的原因及解決問題的措施。

（4）設(shè)備間接口狀態(tài)的檢查

在電動鉆機的電控系統(tǒng)中，集成了大量的邏輯控制程序，電控系統(tǒng)中的工控機和邏輯控制程序是通過一些接口形式實現(xiàn)模塊間的通信。有時這些接口工作不大穩(wěn)定，會造成信號的丟失或出錯，通?？梢酝ㄟ^檢查對應(yīng)的接口板及輸入輸出板上的狀態(tài)指示燈來判斷，也能在工控機屏幕上顯示。依靠邏輯控制程序的調(diào)試程序，能將全部的接口信號調(diào)出。這種排障方法對維護人員的要求較高，既要精通邏輯控制電路的調(diào)試程序，還要對電動鉆機電控系統(tǒng)的接口信號非常了解。

（5）對運行參數(shù)進行適當調(diào)整

電控系統(tǒng)的一些運行參數(shù)通常是由設(shè)備廠商技術(shù)工程師調(diào)試完成的，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置類的故障后，主要靠廠商方面來維護解決，但這樣會延長設(shè)備的維護周期。如果熟悉系統(tǒng)的性能，了解電控系統(tǒng)各部分裝置的各個參數(shù)代表意義，就可以通過對運行參數(shù)進行適當?shù)恼{(diào)整，解決此類故障。這對維護人員的要求標準高，不但要對系統(tǒng)具體參數(shù)掌握，還要知道參數(shù)的運行地址空間，需要有扎實的電氣調(diào)試經(jīng)驗。需要注意的是，所有的調(diào)試工作要在不影響石油鉆井工作下進行，當發(fā)生異常情況時需要迅速恢復(fù)系統(tǒng)默認值。

（6）更換維護備件

由于電子制造技術(shù)的快速發(fā)展，電路板的集成規(guī)模越來越大，當電路板發(fā)生故障時，對電路板的維修將會變得越來越困難。為了快速解決故障，通常是通過更換相同的電路板來解決的，這樣就可以有效地縮短故障時間。在更換電路板時，要注意以下幾個環(huán)節(jié)：一定要在系統(tǒng)斷電情況下才能實施；更換電路板前，要記錄好原先電路板運行時，一些電子元器件的工作狀態(tài)和存儲器運行的程序及參數(shù)，更換電路板后，還要按照同樣的設(shè)置配置好，否則系統(tǒng)不能工作；在更換帶有存儲器的電路板時，有些電路板掉電時存儲器的內(nèi)容會經(jīng)過一段時間后自動丟失，這就需要及時地或在線更換備用電池，防止數(shù)據(jù)丟失。

（7）系統(tǒng)電源的檢查

系統(tǒng)電源是維持系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，電源運行穩(wěn)定與否，對系統(tǒng)會產(chǎn)生重要的影響，輕則丟失數(shù)據(jù)，重則損傷系統(tǒng)設(shè)備。由于發(fā)達國家基礎(chǔ)工業(yè)完備，公用電網(wǎng)運行穩(wěn)定，電源對系統(tǒng)的影響非常有限，再加上配件的質(zhì)量較好，很少會發(fā)生問題。而我國的電力網(wǎng)絡(luò)運行不是非常穩(wěn)定，電氣系統(tǒng)在電源的設(shè)計未加以足夠的重視，就對電動鉆機的較大波動特性及中低壓配電網(wǎng)的高次諧波不能很好地滿足，所以就會因為電源而引起一些看似無規(guī)律可循的問題。近段時間以來，電源問題隨著人們的認識提高而被加以重視，我國在電動鉆機電控系統(tǒng)的設(shè)計、制造方面，對系統(tǒng)電源采取了充分的凈化設(shè)計，確保了系統(tǒng)運行時保持高度的穩(wěn)定性。

（8）系統(tǒng)接地的檢查

電控系統(tǒng)由于受地區(qū)、天氣氣候差異等影響，電控系統(tǒng)出廠的接地裝置可能不符合要求，特別是在干燥的沙漠地區(qū)。交流變頻系統(tǒng)可能由于系統(tǒng)產(chǎn)生的靜電積累，會導(dǎo)致交流變頻鉆機的絞車、泥漿泵交流電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，甚至不能正常起動。帶頂驅(qū)的電控系統(tǒng)可能會與絞車泥漿泵電控系統(tǒng)互相干擾，在保持良好的接地情況下，同時采用把頂驅(qū)電控房與絞車泥漿泵等電控房用大于橫截面積70mm2的銅芯電纜相連接，并在接地點保持潮濕。建議電動鉆機的發(fā)電房、電控系統(tǒng)房、頂驅(qū)電控房的接地線用大于橫截面積70mm2的銅芯電纜。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著工作方式和環(huán)境的不同，電動鉆機的電控系統(tǒng)會發(fā)生各種類型的故障，需要對故障進行科學(xué)合理的分析，才能發(fā)現(xiàn)癥結(jié)所在。在排除電控系統(tǒng)故障后，需要及時地分析總結(jié)，詳實地記錄好從故障的發(fā)生、判斷分析直到故障消失所有的過程，尤其是關(guān)系到相關(guān)電路圖、參數(shù)配置、軟件設(shè)定常出現(xiàn)故障類型方面，對故障的分析和排障方法要做總結(jié)。

［1］陳 波,張旭偉,李冬屹,張嘉新.淺談我國石油鉆機司鉆控制系統(tǒng)存在的問題［J］.石油礦場機械,2008,4.

［2］徐建輝,盛擁軍.鉆機電控系統(tǒng)問題分析及處理［J］.中國設(shè)備工程,2007,12.