祁諾

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411）

隨著鉆井開采工作在持續(xù)性的深入中，鉆具在長度指標(biāo)以及重量指標(biāo)上均有一定程度上的增長，這將給絞車帶來越來越大的載荷，作業(yè)時間也會與日俱增。對于配備工頻的鉆井設(shè)備，有助于提高鉆井設(shè)備的效率，維持自身的最佳工作狀態(tài)，起到節(jié)能減排的功能。

1 西門子變頻器工作原理

根據(jù)目前對變頻器的市場調(diào)查研究報告，當(dāng)前市面上普遍使用的變頻器有三種：電源、電壓和控制。它們是變頻器的三個基本組成部分。然而，在石油鉆井中會普遍用到轉(zhuǎn)換器，需求量很大，一般由輸入開關(guān)柜、變頻箱、制動系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙控這四個部分組成。變頻器的主要工作原理如下。根據(jù)流體力學(xué)理論，對于利用傳感器自身功能調(diào)整主軸，主軸是垂直調(diào)整的，并與軸的旋轉(zhuǎn)成比例。在變頻器執(zhí)行工作任務(wù)的過程中，假如效率恒定不變，流量會隨著流量的增大而減小，轉(zhuǎn)速也會隨之減小，因此，軸系的輸出功率是相互關(guān)聯(lián)的；當(dāng)流量減小時，可以自適應(yīng)地調(diào)整變頻器的輸出功率，從而降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器的軟起動使最大電流保持在額定電流以下，主要目的是為了節(jié)約資源，有效壓降其對于電網(wǎng)的影響，延長了電機(jī)的使用壽命。它還降低了維護(hù)成本，提高了效率。

2 變頻器在石油鉆井應(yīng)用中的常見問題及解決方法

（1）石油鉆機(jī)應(yīng)設(shè)置兩種型號的生產(chǎn)線。在石油鉆機(jī)中，我們應(yīng)設(shè)置兩種不同型號的生產(chǎn)線，模擬信號線與數(shù)字控制線的距離應(yīng)大于10cm，以防干擾。在石油鉆機(jī)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意環(huán)槽的設(shè)計(jì)。模擬信號控制電路的一端應(yīng)當(dāng)將其屏蔽或者扭轉(zhuǎn)，另一端必須懸掛。還需要注意的是，在長距離使用傳輸線時，必須有數(shù)字控制線，以確保中間設(shè)備能夠科學(xué)有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）個別環(huán)境下發(fā)生的短路。在自然條件較困難或特殊的地方，如沙漠、雪地等極端氣候的條件下，早晨以及傍晚的溫差可能會非常大，而高原地區(qū)尤其容易受到冷凝等條件的制約與限制。當(dāng)變頻器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，短路事故實(shí)際上是會普遍發(fā)生的。所以，如果工作設(shè)備周遭的環(huán)境十分困難或者極端，我們應(yīng)當(dāng)將空調(diào)系統(tǒng)打開，最終目的是為了確保溫度、通風(fēng)和變頻器的正常運(yùn)行。除了這些措施，我們還應(yīng)當(dāng)提升其控制頻率，以確保機(jī)房溫度恒定和變頻器安全運(yùn)行。

（3）不良接觸的內(nèi)部電路問題。變頻器控制柜或機(jī)房等設(shè)備在石油鉆井設(shè)備拆卸和運(yùn)輸過程中，會受到不同程度的撞擊或者震動作用，對于這些沖擊可能造成的直接結(jié)果就是會接觸到有毒、有害的物質(zhì)，連接松動的內(nèi)部電路，在這種情況下，我們必須科學(xué)地打開或加工減振橡膠，以減少振動、搬運(yùn)和運(yùn)輸?shù)牟槐?，值得注意的是，我們要投入更高的關(guān)注度在控制柜的房間以及要高度集中注意力，防止出現(xiàn)疏忽大意的情況，這是在設(shè)備轉(zhuǎn)移的過程中需要考慮的，以減少外部影響。在鉆機(jī)已經(jīng)設(shè)置到位的情況下，在進(jìn)行電氣試驗(yàn)前，應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行檢查。

（4）變頻器在內(nèi)部環(huán)境影響下的問題。當(dāng)我們在進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中，惡劣的自然條件是每個人都要在更深層次面對的問題，而鉆孔變頻器通常情況下需要在非常惡劣的狀況下工作，如某些粉塵、腐蝕性物質(zhì)等。這些種類各異的自然條件可能會導(dǎo)致傳感器電路老化、絕緣和短路故障，我們應(yīng)在開始就考慮到轉(zhuǎn)換器的相關(guān)背景，研判環(huán)境的特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r的變化和干燥濕度調(diào)節(jié)的環(huán)境溫度和內(nèi)部溫度，當(dāng)機(jī)器在恒溫恒壓的狀態(tài)下運(yùn)行時，變頻器還應(yīng)維持住正常的工作。延長儲蓄壽命，進(jìn)一步節(jié)約成本。

3 西門子6SE70 系列變頻器故障

經(jīng)過研判我國在石油產(chǎn)業(yè)中的變頻器應(yīng)用背景，當(dāng)前我國的石油工業(yè)中使用的幾乎所有頻率交流電控制鉆頭都配備有西門子系列的頻率轉(zhuǎn)換器。本系列轉(zhuǎn)換器具有完全的監(jiān)視和保護(hù)功能（開關(guān)柜、整流柜、轉(zhuǎn)換器柜），但在實(shí)踐中卻發(fā)生了故障，這不可避免地會對鉆井生產(chǎn)造成負(fù)面效應(yīng)。

3.1 外部故障

（1）參數(shù)設(shè)置錯誤。我們首先應(yīng)當(dāng)確認(rèn)參數(shù)的設(shè)置是否正確。例如，p554的啟動、暫停參數(shù)設(shè)置可能會失效，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器無法正常運(yùn)行。

（2）周邊部件故障。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)良好，在多次拆裝作業(yè)中，外部控制管線斷裂，堵頭損壞，妨礙變頻器運(yùn)行。

（3）外部電源故障（低電壓、過電壓、低頻、過時鐘）或檢測電路損壞。大部分分支使用自己的發(fā)電單元來供電，當(dāng)發(fā)電頻率或電壓超過頻率轉(zhuǎn)換器的上限或下限時，頻率轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障。我們應(yīng)首先執(zhí)行發(fā)電機(jī)的檢修工作，頻率過低通常是其中的柴油機(jī)發(fā)生額故障，電壓超過了規(guī)定的上限或者下限則是發(fā)電機(jī)發(fā)生了故障。

（4）過載。頻率轉(zhuǎn)換器過載是加速時間過短、剎車過多或電網(wǎng)電壓過低所引起的。一般來說，通過延長加速時間延長剎車時間來解決電力網(wǎng)的電壓問題，能夠應(yīng)對故障。在重載過程中，鉆頭可能會失去作用，上升速度過快可能會引起電機(jī)的重載。

（5）過流。外部原因：電機(jī)負(fù)荷發(fā)生了猛烈的變化，造成過大沖擊；電機(jī)與電纜之間短路或相對絕緣受到了破壞，發(fā)生了周接地或相接地的情況；頻率轉(zhuǎn)換器內(nèi)置速度編碼器，速度反饋時信號損耗也會導(dǎo)致過電流。檢查編碼器和電纜。轉(zhuǎn)換器原因：參數(shù)設(shè)置錯誤，轉(zhuǎn)換器硬件故障。我們需要科學(xué)合理地鉗制流量計(jì)來檢測轉(zhuǎn)換器的輸出電流是否平衡。輸出不平衡則充分反映出轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部裝置存在故障。

3.2 西門子變頻器硬件故障

（1）控制系統(tǒng)發(fā)生故障。①控制盤上的電子部件故障造成故障，這就需要我們應(yīng)用交換法進(jìn)行處理。②對外部控制系統(tǒng)串聯(lián)施加高電壓，儀表板的接口電路損壞。

（2）功率部件故障。

3.3 故障處理實(shí)例

例1，接通逆變器電源后，轉(zhuǎn)換器pmu顯示e和p鍵，沒有相應(yīng)的反饋。頻率轉(zhuǎn)換器無法啟動，故障無法復(fù)位。首先檢查電源，測量cuvc基板x101端子柱第1、2端子24v，排除控制系統(tǒng)電壓故障。撤去cuvc面板后，x101終端附近的一個零部件發(fā)生了短路，懷疑高壓與外部控制線混合。對外部電路進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)被覆有破損，控制線進(jìn)入高壓，導(dǎo)致cuvc板燒壞。轉(zhuǎn)換成正常的絕緣板。如果知道控制盤燒毀了，請注意不要馬上更換。如果不確定故障的真正原因，有可能發(fā)生二次故障。

例2，轉(zhuǎn)換器整流器顯示f031故障代碼（三端雙向飛行器保險絲破損），不能啟動轉(zhuǎn)換器，發(fā)現(xiàn)從整流器左側(cè)數(shù)起的第二保險560a壞了，頻率轉(zhuǎn)換器500a4的保險完全壞了。首先，用萬能表等相關(guān)儀表對其進(jìn)行檢測。電機(jī)運(yùn)行后20Hz，逆變柜四保險都切斷，整流柜二、五保險從左側(cè)切斷。對電機(jī)和轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了再檢查，測定結(jié)果正常。我會繼續(xù)看保險的變更。旋轉(zhuǎn)了頻率轉(zhuǎn)換器后，確認(rèn)了頻率轉(zhuǎn)換器和整流器之間的直流本線的連接部起火。在本線的連接部發(fā)現(xiàn)了螺栓松動。由于持續(xù)的轉(zhuǎn)移，逆變器柜內(nèi)的零部件會發(fā)生松動的現(xiàn)象。變頻器柜的關(guān)鍵部位應(yīng)在日常維護(hù)中加強(qiáng)。

4 變頻器設(shè)備管理應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）溫差影響。通常而言，鉆井都是在偏僻荒涼的地方進(jìn)行的，自然條件十分惡劣，這些地方大多環(huán)境都處在極端的情況下。如果溫差較大，鉆機(jī)變頻器會產(chǎn)生很大的影響，凍結(jié)溫差鉆機(jī)變頻器過大。長期凝汽式變頻器的內(nèi)部腐蝕會在很大程度上造成電路受到損傷，進(jìn)而使得設(shè)備短路或者設(shè)備中的零部件更加衰老。

（2）設(shè)備運(yùn)輸。鉆井作業(yè)需要有較大的設(shè)備運(yùn)輸量，石油和天然氣的開采量將有明顯的變化，因?yàn)槭偷拈_采量和天然氣的不足，使石油不能正常開采和運(yùn)輸設(shè)備，使得開采工作不能順利地進(jìn)行下去，由于其他原因，需要在這一過程中保持工作運(yùn)行，變頻器不可避免地受到?jīng)_擊和振動，因此，工作場所、變頻器的搬運(yùn)必須非常小心，避免變頻器被撞壞、碰壞。

（3）工作環(huán)境。因?yàn)椴捎铜h(huán)境相對十分惡劣且極端，通常而言將會面臨非常惡劣的環(huán)境，即使在實(shí)際的采油中，變頻器所處的環(huán)境也非常惡劣。沙、強(qiáng)酸、腐蝕性液體、氣不僅影響油田的生產(chǎn)，設(shè)備也很有可能會發(fā)生故障，而且頻率轉(zhuǎn)換器的周邊構(gòu)造和頻率轉(zhuǎn)換器的壽命也會相應(yīng)降低。因此，我們需要投入更高的關(guān)注度在西門子變頻器的工作環(huán)境中，我們需要審時度勢，進(jìn)行科學(xué)的介入，保證裝置正常工作，延長裝置壽命，提高效率，減少損耗。

5 結(jié)語

現(xiàn)在，我國的石油開采技術(shù)正在持續(xù)性地提高，但與外國相比仍然存在著不小的差距。頻率變換技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油挖掘技術(shù)，而且此項(xiàng)技術(shù)也在持續(xù)性地成熟，在石油開采技術(shù)中擁有著越來越顯赫的作用。但在變頻器的維護(hù)中，仍需持續(xù)性地改進(jìn)工藝，確定設(shè)備是處在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，切實(shí)保障鉆井工作能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。