電動鉆機交流變頻控制系統常見故障解析

王勇+孫鵬+王德亮

摘要：交流變頻系統在鉆井現場使用以來，由于部件老化或設備頻繁搬遷安裝或者設備改造等變更情況的發生，導致一些故障的產生，通過對這些故障原因解決措施的分析，對變頻系統的維護及故障排除起到指導作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號：TE922文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動鉆機交流變頻控制系統在石油鉆井領域有著廣泛的應用，主要用于控制和調節三相交流異步電機的轉速，其主要特點是性能穩定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態特性、超強的過載能力等。目前，其應用的鉆機類型主要有轉盤單獨交流變頻驅動和絞車、轉盤、泥漿泵交流變頻驅動兩種。在實際使用過程中，有一些常見的故障，下面對這些故障進行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊正在2900米左右滑動鉆進，轉盤處于使能狀態，司鉆操作手輪轉動轉盤時，發現無任何反應，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術人員到井后對變頻柜進行了檢查，發現整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發板都有燒損的痕跡。原因分析，經過檢查，是由于整流控制板上一個元器件爆裂，導致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時造成觸發板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測手段缺乏，只能頻繁換件調試，修理難度很大，費用也比較高。該鉆機已投產使用近10年，從未做過預防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風險較高，除塵保養也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴重。建議對使用超過5年以上的變頻器及控制系統進行無故障預維修，對元器件、電路板進行分類檢測，不合格的堅決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點是需要專業的維修隊伍及實驗裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機原井場井架推移后，PLC狀態無法實現對轉盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報警，通訊板工作燈顯示正常，經過反復檢查發現通訊總線在CPU處正負極性接反，但可以確定的是，廠家在設備配套時就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機在原井場井架推移后，PLC狀態和旁路狀態下均無法控制轉盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對比較簡單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測設備，現場需要有相應的配件，通過更換電路板來確定故障點。通訊故障在安裝后容易出現，要求現場人員安裝標準要高，通訊線及其它控制線與動力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調試。

3變頻柜線路內部連接故障

故障經過：某40LDB鉆機在安裝完成后調試轉盤，轉盤使能后屢次停機，無法正常使用，無故障報警代碼。變頻柜有火花冒出。技術人員上井后首先對變頻柜進行了檢查，發現充電電阻連接螺栓松動，立即進行了緊固，系統恢復正常。這個故障反映出現場工作人員在安裝的過程中，對已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運輸過程中劇烈的顛簸導致變頻柜內一些元器件連接固定松動，從而引起虛接、斷路等，引發系統故障，更嚴重的會導致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復檢查緊固，降低此類事故的發生概率。

4編碼器故障

故障經過，某70LDB鉆機為了進行叢式井施工，對絞車供電及控制線路進行了改造，完成后在調試的過程中發現絞車電機轉速無法達到設定的最高轉速，屢次對電機參數進行了優化沒有效果。最后從編碼器選型上進行了分析，更換了絞車電機編碼器，轉速恢復正常。電機編碼器故障也是電控系統常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯軸器疲勞損壞或者打滑導致轉速不同步等，最嚴重就是DTI板損壞等，這一類故障現象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會造成轉速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對變頻器參數進行修改，由閉環運行改為開環運行，保障正常生產，再逐步尋找問題。開環控制的缺點是無反饋控制，實際轉速與輸入轉速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數的執行。

5外部線路連接故障

故障經過：某40LDB鉆機為滿足施工水平井的需要，對轉盤電機進行改造，將原來300kW電機改為400kW,更換完畢后，現場進行調試，發現轉盤無法驅動。技術人員經過檢查，很快發現故障原因是轉盤電機接線箱連接線路不準確，現場人員對線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯誤。同樣的故障類型，動力線路打鐵、連接松動發熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉速控制手輪使用時間太長疲勞損壞等，解決或預防這

些問題發生只有經常檢查，觀察設備使用情況用萬用表

測量電壓或鉗形電流表測量電流等，另外就是要有配件

儲備。

6發電機電源故障

故障經過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊在井深3754米時通井循環，兩臺柴油機帶節能發電機，突然節能發電機輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統5塊電源燒壞。這類故障屬于發電機電壓故障，通過事后查看變頻柜參數，電壓升高導致變頻柜保護停機，但是由于是瞬間作用，開關沒有保護跳閘，導致大量電源模塊和開關電源燒毀。通過這起故障提醒現場操作者要合理分配發電機功率，操作平穩，井深2000米以后使用電壓更穩定的VOLVO發電機組。

綜上所述，電控系統出現的問題大多是設備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設備改造，設備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細所致。遇到電控系統出現故障時，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因為畢竟現場檢測手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會人為制造新的故障，造成重大經濟損失，浪費解決問題的寶貴時間，甚至會造成井下復雜。所以出現問題后要進行全面、系統的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認真檢查各種控制開關是否被人動過、是否有誤操作，要詢問發現故障的當事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態，還要操作和運行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

參考文獻：

[1]邵親華,馬林昌,索文剛.電動鉆機電控系統故障淺析[J].電氣傳動自動化，2010(04).

[2]孟祥卿,雷耿,李連忠.電動鉆機電氣控制系統故障排除淺述[J].石油礦場機械，2006(S1).

[3]陳如恒.電動鉆機制動系統的選型設計[J].石油機械，2006(03).

摘要：交流變頻系統在鉆井現場使用以來，由于部件老化或設備頻繁搬遷安裝或者設備改造等變更情況的發生，導致一些故障的產生，通過對這些故障原因解決措施的分析，對變頻系統的維護及故障排除起到指導作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號：TE922文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動鉆機交流變頻控制系統在石油鉆井領域有著廣泛的應用，主要用于控制和調節三相交流異步電機的轉速，其主要特點是性能穩定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態特性、超強的過載能力等。目前，其應用的鉆機類型主要有轉盤單獨交流變頻驅動和絞車、轉盤、泥漿泵交流變頻驅動兩種。在實際使用過程中，有一些常見的故障，下面對這些故障進行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊正在2900米左右滑動鉆進，轉盤處于使能狀態，司鉆操作手輪轉動轉盤時，發現無任何反應，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術人員到井后對變頻柜進行了檢查，發現整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發板都有燒損的痕跡。原因分析，經過檢查，是由于整流控制板上一個元器件爆裂，導致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時造成觸發板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測手段缺乏，只能頻繁換件調試，修理難度很大，費用也比較高。該鉆機已投產使用近10年，從未做過預防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風險較高，除塵保養也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴重。建議對使用超過5年以上的變頻器及控制系統進行無故障預維修，對元器件、電路板進行分類檢測，不合格的堅決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點是需要專業的維修隊伍及實驗裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機原井場井架推移后，PLC狀態無法實現對轉盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報警，通訊板工作燈顯示正常，經過反復檢查發現通訊總線在CPU處正負極性接反，但可以確定的是，廠家在設備配套時就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機在原井場井架推移后，PLC狀態和旁路狀態下均無法控制轉盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對比較簡單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測設備，現場需要有相應的配件，通過更換電路板來確定故障點。通訊故障在安裝后容易出現，要求現場人員安裝標準要高，通訊線及其它控制線與動力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調試。

3變頻柜線路內部連接故障

故障經過：某40LDB鉆機在安裝完成后調試轉盤，轉盤使能后屢次停機，無法正常使用，無故障報警代碼。變頻柜有火花冒出。技術人員上井后首先對變頻柜進行了檢查，發現充電電阻連接螺栓松動，立即進行了緊固，系統恢復正常。這個故障反映出現場工作人員在安裝的過程中，對已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運輸過程中劇烈的顛簸導致變頻柜內一些元器件連接固定松動，從而引起虛接、斷路等，引發系統故障，更嚴重的會導致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復檢查緊固，降低此類事故的發生概率。

4編碼器故障

故障經過，某70LDB鉆機為了進行叢式井施工，對絞車供電及控制線路進行了改造，完成后在調試的過程中發現絞車電機轉速無法達到設定的最高轉速，屢次對電機參數進行了優化沒有效果。最后從編碼器選型上進行了分析，更換了絞車電機編碼器，轉速恢復正常。電機編碼器故障也是電控系統常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯軸器疲勞損壞或者打滑導致轉速不同步等，最嚴重就是DTI板損壞等，這一類故障現象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會造成轉速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對變頻器參數進行修改，由閉環運行改為開環運行，保障正常生產，再逐步尋找問題。開環控制的缺點是無反饋控制，實際轉速與輸入轉速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數的執行。

5外部線路連接故障

故障經過：某40LDB鉆機為滿足施工水平井的需要，對轉盤電機進行改造，將原來300kW電機改為400kW,更換完畢后，現場進行調試，發現轉盤無法驅動。技術人員經過檢查，很快發現故障原因是轉盤電機接線箱連接線路不準確，現場人員對線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯誤。同樣的故障類型，動力線路打鐵、連接松動發熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉速控制手輪使用時間太長疲勞損壞等，解決或預防這

些問題發生只有經常檢查，觀察設備使用情況用萬用表

測量電壓或鉗形電流表測量電流等，另外就是要有配件

儲備。

6發電機電源故障

故障經過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊在井深3754米時通井循環，兩臺柴油機帶節能發電機，突然節能發電機輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統5塊電源燒壞。這類故障屬于發電機電壓故障，通過事后查看變頻柜參數，電壓升高導致變頻柜保護停機，但是由于是瞬間作用，開關沒有保護跳閘，導致大量電源模塊和開關電源燒毀。通過這起故障提醒現場操作者要合理分配發電機功率，操作平穩，井深2000米以后使用電壓更穩定的VOLVO發電機組。

綜上所述，電控系統出現的問題大多是設備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設備改造，設備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細所致。遇到電控系統出現故障時，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因為畢竟現場檢測手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會人為制造新的故障，造成重大經濟損失，浪費解決問題的寶貴時間，甚至會造成井下復雜。所以出現問題后要進行全面、系統的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認真檢查各種控制開關是否被人動過、是否有誤操作，要詢問發現故障的當事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態，還要操作和運行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

參考文獻：

[1]邵親華,馬林昌,索文剛.電動鉆機電控系統故障淺析[J].電氣傳動自動化，2010(04).

[2]孟祥卿,雷耿,李連忠.電動鉆機電氣控制系統故障排除淺述[J].石油礦場機械，2006(S1).

[3]陳如恒.電動鉆機制動系統的選型設計[J].石油機械，2006(03).

摘要：交流變頻系統在鉆井現場使用以來，由于部件老化或設備頻繁搬遷安裝或者設備改造等變更情況的發生，導致一些故障的產生，通過對這些故障原因解決措施的分析，對變頻系統的維護及故障排除起到指導作用。

Abstract: The ac frequency conversion system is used in drilling field for a long time, which leads to some faults due to component aging, frequent relocation and installation of equipment or equipment reformation. The analysis of these measures of solving the fault problem plays a guiding role in maintenance and troubleshooting of the frequency conversion system.

關鍵詞： 鉆井裝備；交流變頻；變頻控制；故障分析

Key words: drilling equipment；ac frequency conversion；frequency conversion control；fault analysis

中圖分類號：TE922文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0037-02

0引言

電動鉆機交流變頻控制系統在石油鉆井領域有著廣泛的應用，主要用于控制和調節三相交流異步電機的轉速，其主要特點是性能穩定、組合功能豐富、高性能的矢量控制技術、低速高轉矩輸出、良好的動態特性、超強的過載能力等。目前，其應用的鉆機類型主要有轉盤單獨交流變頻驅動和絞車、轉盤、泥漿泵交流變頻驅動兩種。在實際使用過程中，有一些常見的故障，下面對這些故障進行解析。

1變頻柜元器件老化爆裂

故障經過：2013年3月9日，某40LDB鉆井隊正在2900米左右滑動鉆進，轉盤處于使能狀態，司鉆操作手輪轉動轉盤時，發現無任何反應，電工到VFD房檢查，有燒焦的氣味，立即斷電起鉆。技術人員到井后對變頻柜進行了檢查，發現整流控制板、CUVC板、IGBT模塊及IGBT觸發板都有燒損的痕跡。原因分析，經過檢查，是由于整流控制板上一個元器件爆裂，導致其散熱片脫落至電容組插槽處，造成短路，瞬間缺相，造成IGBT炸裂，同時造成觸發板、CBP板、EB1板損壞。在修理的過程中，由于檢測手段缺乏，只能頻繁換件調試，修理難度很大，費用也比較高。該鉆機已投產使用近10年，從未做過預防性維修，由于6SE70系列變頻柜拆卸比較繁瑣，風險較高，除塵保養也是停留在表面，打開后積塵也比較嚴重。建議對使用超過5年以上的變頻器及控制系統進行無故障預維修，對元器件、電路板進行分類檢測，不合格的堅決予以更換。確定變頻器倒換制度，難點是需要專業的維修隊伍及實驗裝置。

圖1整流板爆裂處 圖2變頻柜內打火處

2通訊故障

案例1，某50LDB鉆機原井場井架推移后，PLC狀態無法實現對轉盤的控制，但是旁路控制正常，無故障報警，通訊板工作燈顯示正常，經過反復檢查發現通訊總線在CPU處正負極性接反，但可以確定的是，廠家在設備配套時就已接反，在正常工作一年后才暴露出來。案例2，某50LDB鉆機在原井場井架推移后，PLC狀態和旁路狀態下均無法控制轉盤工作，變頻柜PMU顯示F082通訊故障。故障排除方法，將通訊線路上個DP插頭終端電阻，逐一打開，確定故障點，最后確定觸摸屏通訊接口損壞。通訊故障在變頻控制系統中比較常見，主要有，通訊線故障如短路、斷路、接地等，檢查方法就是用萬用表量通斷，相對比較簡單。如果是CBP板、EB1板損壞，由于沒有檢測設備，現場需要有相應的配件，通過更換電路板來確定故障點。通訊故障在安裝后容易出現，要求現場人員安裝標準要高，通訊線及其它控制線與動力線路分開，布線合理，連接牢靠，專人安裝調試。

3變頻柜線路內部連接故障

故障經過：某40LDB鉆機在安裝完成后調試轉盤，轉盤使能后屢次停機，無法正常使用，無故障報警代碼。變頻柜有火花冒出。技術人員上井后首先對變頻柜進行了檢查，發現充電電阻連接螺栓松動，立即進行了緊固，系統恢復正常。這個故障反映出現場工作人員在安裝的過程中，對已拆卸部件的緊固比較重視，忽略了由于運輸過程中劇烈的顛簸導致變頻柜內一些元器件連接固定松動，從而引起虛接、斷路等，引發系統故障，更嚴重的會導致功率器件燒毀，造成重大損失的情況。鑒于這種情況，搬安期間，對可見的司控房、VFD房等的線路及電路板連接固定要反復檢查緊固，降低此類事故的發生概率。

4編碼器故障

故障經過，某70LDB鉆機為了進行叢式井施工，對絞車供電及控制線路進行了改造，完成后在調試的過程中發現絞車電機轉速無法達到設定的最高轉速，屢次對電機參數進行了優化沒有效果。最后從編碼器選型上進行了分析，更換了絞車電機編碼器，轉速恢復正常。電機編碼器故障也是電控系統常見故障之一，除了編碼器選型的問題，其它如編碼器線路短路，聯軸器疲勞損壞或者打滑導致轉速不同步等，最嚴重就是DTI板損壞等，這一類故障現象比較明顯，由于無法形成反饋控制，會造成轉速低、扭矩大等，PMU上顯示故障代碼F051，處理方法是對變頻器參數進行修改，由閉環運行改為開環運行，保障正常生產，再逐步尋找問題。開環控制的缺點是無反饋控制，實際轉速與輸入轉速有差異，但是差異很小不影響鉆井參數的執行。

5外部線路連接故障

故障經過：某40LDB鉆機為滿足施工水平井的需要，對轉盤電機進行改造，將原來300kW電機改為400kW,更換完畢后，現場進行調試，發現轉盤無法驅動。技術人員經過檢查，很快發現故障原因是轉盤電機接線箱連接線路不準確，現場人員對線路工作原理不理解，一味死搬硬套，線路連接錯誤。同樣的故障類型，動力線路打鐵、連接松動發熱燒斷等，還有司控房12V電源模塊損壞或性能下降等，轉速控制手輪使用時間太長疲勞損壞等，解決或預防這

些問題發生只有經常檢查，觀察設備使用情況用萬用表

測量電壓或鉗形電流表測量電流等，另外就是要有配件

儲備。

6發電機電源故障

故障經過：2012年7月17日，某50LDB鉆井隊在井深3754米時通井循環，兩臺柴油機帶節能發電機，突然節能發電機輸出電壓升高到450V以上，造成電控系統5塊電源燒壞。這類故障屬于發電機電壓故障，通過事后查看變頻柜參數，電壓升高導致變頻柜保護停機，但是由于是瞬間作用，開關沒有保護跳閘，導致大量電源模塊和開關電源燒毀。通過這起故障提醒現場操作者要合理分配發電機功率，操作平穩，井深2000米以后使用電壓更穩定的VOLVO發電機組。

綜上所述，電控系統出現的問題大多是設備變更后故障率較高，比如，搬家安裝，設備改造，設備更換等，這都是由于考慮不周全或工作過程中不仔細所致。遇到電控系統出現故障時，首先不要懷疑硬件損壞，更不能輕易將元器件拆下來檢查，因為畢竟現場檢測手段不齊全，誤判和解決問題的方法不正確，有可能會人為制造新的故障，造成重大經濟損失，浪費解決問題的寶貴時間，甚至會造成井下復雜。所以出現問題后要進行全面、系統的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認真檢查各種控制開關是否被人動過、是否有誤操作，要詢問發現故障的當事人，要檢查故障代碼及指示燈工作狀態，還要操作和運行記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。

參考文獻：

[1]邵親華,馬林昌,索文剛.電動鉆機電控系統故障淺析[J].電氣傳動自動化，2010(04).

[2]孟祥卿,雷耿,李連忠.電動鉆機電氣控制系統故障排除淺述[J].石油礦場機械，2006(S1).

[3]陳如恒.電動鉆機制動系統的選型設計[J].石油機械，2006(03).