石油鉆井動力設備修后測試技術研究

吳雙柱

摘 要：大馬力柴油機和變頻電動機是石油鉆井裝備中的重要組成部分，隨著使用年限的增加設備避免不了修理，然而大修后，由于沒有可靠的測試能力，無法對修理后的技術參數進行測定，無法保證修理質量。因此設計和建立一套技術含量高、工藝水平先進、測試精度高的大馬力柴油機和電動機檢測試驗臺是動力設備維修過程中必不可缺少的重要環節。

關鍵詞：鉆井；動力設備；修理；測試

1.大馬力柴油機修后測試技術研究

柴油機修后測試主要是采用水力測試技術，柴油機通過聯軸器帶動水力測功器主軸上的轉子組件同步旋轉，攪動工作腔中的水，轉子旋轉產生離心力并將轉動力矩傳遞給傳感器，通過調節進水量改變制動力矩即可對柴油機進行加載測試。通過對發動機和測功器的直接控制及轉速、扭矩、油耗率等主要參數和油溫、水溫、排溫、油壓等輔助參數的測量，測控儀即可進行柴油機定工況性能試驗，也可進行變工況試驗，全面考核和評價柴油機性能。

1.1柴油機測試裝置的總體設計

國內的柴油機測試裝置多為單機測試技術，沒有配套機整體測試技術，我們研制的配套測試技術，能夠對柴油機進行與鉆井現場使用效果一致的工況進行測試，測試數據更精確。

整套測試試驗臺的主要組成有：水力測功器、測控系統、油耗變送器、快速油門執行器等部分組成。此測試平臺可以實現以下功能：①可實現全部發動機參數的測試、數顯，可生成各種測試曲線、報表；②全部參數不僅在LED上顯示，還可在計算機（可實現計算機聯網）上全屏分類、分頁顯示；③可方便地實現各種發動機性能試驗。

1.2測功器的供水、排水系統的研究

測功器的耗水量一般為每千瓦小時20L，排水水溫不宜超過70℃。進水水壓為0.05-0.1MPa。經過測算水壓的穩定性要求系統設置凈高5m以上的水箱，在水箱裝溢水管，使水箱里的水面保持恒定。為滿足要求我們設計制作了由20m3鋼筋混凝土水池、6m3穩壓水箱、進水管3.5″、排水管4″和功率5kW的水泵組成的供水、排水系統。經過實驗證明被測發動機的工況點離測功器特性曲線的滿水線（OA線）較近，則要求水壓稍高些。水箱供水管口徑必須大于水箱往測功器供水水管的口徑。測功器排水必須通暢，彎管越少越好，最好用敞開式排水，否則形成背壓，將大大影響測試穩定性。

1.3試驗臺主要設備的研選

測功器作為實驗裝置的主要設備，經過多方研究根據實驗要求選用工作功率范圍為0～1900kW的Y1900P水力測功器。水力測功器通過改變排水閥的開度，內腔工作壓力瞬間變化，通過電子控制儀器的自動閉環控制，可方便、迅速地穩定到所需要的負荷值，從一個工況到另一個工況的過渡時間為4秒。

試驗臺配備了FC2000發動機自動測控，這套系統是為滿足發動機制造業中各種不同類型的柴油機、汽油機、天然氣、液化氣發動機性能試驗和出廠試驗而精心設計大型測控系統。

2.電動機修后測試技術研究

電動機修后測試技術主要是針對鉆井設備中主傳動電機大修后的測試，通過對大修后的電機進行測試，能及時發現問題，減少修理故障。同時通過電機測試配套技術的研究，建立起集機械、計算機、力學、電學、信息化處理為一體的檢測裝置，對所修設備的技術參數、曲線、波形進行測試，并對其進行分析處理，有利于提高電機的修理質量。

2.1交流電機試驗臺主回路設計

我們使用工頻電網電源（50Hz）進行試驗。主電路系統采用調壓器、變壓器，將電源電壓的高壓轉換成所需的試驗電壓，以滿足空載試驗、短時升高電壓試驗、堵轉試驗所需要的不同電壓。對電機參數的測量采用Norma5000功率分析儀完成。控制采用計算機和PLC構成，可進行手動控制和自動控制。主回路采納了國內外先進、成熟的技術，進過優化和合理設計使主回路具有先進性與可靠性。

2.2交流電機試驗臺控制系統設計

控制系統采用ProfBus總線連接的分布式PLC控制系統。選用西門子公司SIMATIC S7 300PLC，315-2DP 中央處理單元CPU為PLC主站，ET200M擴展I/O站作為從站，經過實驗整套系統具有便于操作、故障率低等特點。

2.3交流電機試驗測試

測量系統對被測試電機電量參數和機械量進行高速動態采集及長時間動態過程檢測，對電源部分的工作狀態及相應參數進行監測并記錄，能對相應數據處理及特性曲線進行繪制并打印，對所有測試量進行數據依存和打印。可以采集測試以下數據：電機的電壓、電流、轉速、輸入功率、溫度、直流電阻、振動、同時測量三相電壓、同時測量電動機的每相線電流。

3.結論

大馬力柴油機測試裝置投用后測試了190系列、3000系列柴油機，其中檢測出某些柴油機功率不足或燃油消耗率高等問題，并進行了及時處理。測試技術應用后提高了設備使用壽命，每臺柴油機延長使用壽命達10%以上，節約了井隊大量的維修費用。

電動機實驗臺目前已在280/780kW高壓電機，400/600V變頻電機上進行測試，取得了相關的實驗數據。實驗表明測試系統可以滿足200kW～800kW變頻異步電動機、電壓等級為400V/600V變頻異步電動機大修后的測試要求。同時，可針對780kW高壓（6000V）電機，單獨設立測試系統，滿足高壓電機6000V的要求，能實現高壓電機大修后的測試要求。

參考文獻：

[1]張冬梅.先進柴油機試驗測試技術[J].鐵道機車車輛，2001.31（10）.318-322

[2]王益全.電機測試技術[M].科學出版社，2008.