變頻器在鉆井現場的應用及維護

胡有忠

（西部鉆探國際工程有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

當前鉆探行業發展迅速，其中體現得最明顯的方面無疑是鉆井方面，人們在鉆井方面有了更多的探索和創新。變頻器具有調速節能的獨特特點，因此將變頻器應用于鉆井行業具有較大的優勢，但是變頻器也具有一些缺點，例如，變頻器對干擾較為敏感，受到干擾時會影響其正常的工作。同時，如果周圍環境中存在其他設備，它們也會干擾變頻器的正常運行，那么如何加強變頻器的干擾保護就成為鉆井現場急需解決的問題。首先介紹了鉆井變頻器產生干擾的原因，接著分析了鉆井變頻器產生干擾的類型和途徑，提出了一些措施，以減少鉆井中變頻器產生干擾故障，并且針對在使用變頻器時應注意的事項，進行了詳細介紹，希望能夠對現場人員起到一定的借鑒作用。

1 變頻器產生干擾的原因

1.1 外部對變頻器產生干擾

變頻器中產生干擾的主要原因是：①來自外部電網的干擾影響。變頻器運行所需的能量來自電網的電源，但是電網中的高壓會在變頻器的正常運行中引起問題。同時，電網中的諧波源被各種設備所使用，因此電網中的電流被壓縮在一起，這會引起變頻器的干擾問題。②功率干擾對變頻器的影響。如果由于射頻干擾而無法處理，將導致電源內部失真，并嚴重影響變頻器的運行。③變頻器功率補償電容器的干擾。通常使用集中電容器來滿足許多用戶的需求，并且集中電容器存在問題，當電容器被補償時，電壓增加并且立即達到最大值，從而變頻器電流立即發生。如果變頻器發生故障，電壓會迅速上升并造成嚴重后果。

1.2 內部對變頻器產生干擾

鉆機變頻器內部存在很大的干擾源。首先，使用變頻器最重要的工具是逆變器。由于使用了逆變器，因此變頻器成為許多電氣設備的干擾源。當變頻器進入工作狀態時，流入和流出變頻器的電流是諧波的重要來源，這些諧波源不僅會在不干擾其他電氣設備的情況下產生干擾，還會干擾變頻器本身，并且諧波源會通過電網引起，這會影響操作。從輸入和輸出交流電源的角度來看，變頻器的電氣特性具有類似于諧波源特性的定子繞組，因此，還必須合理控制輸入交流波形和輸出。

2 鉆井變頻器產生干擾的途徑

2.1 電磁輻射使變頻器產生干擾

電磁輻射是指使用電磁波對變頻器造成干擾。電磁波的傳播圍繞一個點輻射，因此這種輻射方法對變頻器具有最大的干擾作用。由于輻射的頻率非常高，因此在傳播過程中可能會發生一定量的輻射干擾，從而導致變頻器發射電流。逆變器的長期存在會對變頻器造成嚴重影響，甚至會造成變頻器的損壞，因此在變頻器的日常運行中必須加強電磁管理。

2.2 傳導途徑使變頻器產生干擾

將電網的傳導與變頻器的干擾效應進行比較。變頻器的工作能量通常是直接來自電網的輸入電流，因此輸入電流通常為非正弦波曲線，并且非正弦波嚴重損害變頻器。當變頻器受到電流管的瞬時激活沖擊時，工作電壓會瞬間增加，變頻器的內部電壓會增加，并且內部電網電壓會失真，從而影響變頻器，輸出電流也是如此。同時避免傳輸路徑中的干擾源也很重要，因為將干擾工具插入輸出會導致變頻器內部的電動機金屬生銹，從而影響整體運行。

3 解決變頻器產生干擾的有效措施

3.1 進行隔離

要解決變頻器中的干擾問題，必須首先考慮絕緣方法。在當前操作期間，干擾源與關鍵的UPS組件隔離，并且干擾源不影響關鍵的UPS組件。變頻器功率絕緣子安裝在速度控制傳輸系統中，以防止由于電源中的瞬態電壓升高導致大電流而損壞變壓器。在安裝絕緣子時，還應注意噪聲控制，進一步降低電源噪聲，并使用噪聲隔離器以減少電流干擾和噪聲污染。

3.2 進行接地

鉆機變頻器接地是解決變頻器干擾的重要方法之一，主要是指將變頻器的主電源線連接到大地屏蔽層，以減少變頻器產生的電磁干擾的影響。同時還要選擇正確的接地方法，首先要注意選擇接地電源線的材料，電源線的橫截面應適中，通常約為25mm2，長度應控制在20m附近，接地時，變頻器與控制設備之間的距離應盡可能近，只有采用適當的接地方法，才能有效減少電磁輻射和電感耦合到變頻器的干擾。

3.3 其他方法

還可以選擇其他方法來減少變頻器的干擾影響。①選擇光電隔離方法以減少共模干擾。②選擇接地時，采用單端接地方式，以增強抗干擾效果。③使用差分雙輸入波形放大器可實現更高的共模抑制率，以減少干擾。④選擇盡可能多的雙集成A/D轉換器將模擬信號（如電流或電壓）轉換為數字信號可以有效消除高頻干擾。因此，有必要采取相應的對策來抑制變頻器對不同干擾源的干擾。

3.4 經常維護設備

建立專業的管理團隊，只有組建專業的管理團隊，才能確保擔任專用職位，明確分工和承擔個人責任。為專業的管理和維護人員提供專業培訓，以明確他們的職責、任務，以及如何應對危機，嚴格遵守相關規定，以確保鉆采平臺由專職人員進行管理和維護。培訓也應提高管理人員和維護人員的專業素質和能力，增強他們的責任感，增強其履行職責的能力。同時還要建立安全事故應急機制，有效處理事故。如果鉆機出現故障，可以立即找到負責人，而且可以通過在最短的時間內消除故障來減少損失，這就更加突出改進各種鉆井平臺的維護機制的重要性。石油鉆機的生產、運輸、存儲、使用和處置在其整個生命周期中都有其獨特的要求，如果沒有相應的全面維護工作，就無法保證鉆機的安全使用。同時使用鉆探設備的單位要根據鉆探設備的特點，科學合理地購買、安裝和使用設備，改善安全設施，并進行維護工作，以確保鉆探設備在其整個生命周期中都能安全運行。結論：鉆井變頻器受到各種干擾源的影響，這在使用中會引起問題。這些干擾源不僅存在于外部世界，而且還存在于變頻器本身中。通過分析干擾原因，可以找到解決干擾影響的方法。接地和屏蔽技術可減少干擾并改善石油鉆井設備的正常運行。

4 鉆井現場變頻器故障檢修

4.1 故障排除前的檢查處理

不應在實際故障發生后，立即讓服務技術人員進行大修，而應進行此預檢查，然后才可以確定目標并準備進行故障排除。首先，觀察變頻器的外部特性和變頻器所處環境的損壞，然后確定故障原因，及時聯系操作人員，檢查操作錯誤和違規程序，并執行故障代碼。在調查故障原因之后，進行相應的維護工作。

4.2 故障排除與變頻器拆卸

為了確定故障的實際原因和位置，維護人員不應根據個人經驗進行維護，因為變頻器的精度非常高，如果僅憑個人經驗一時難以解決問題，所以維修人員需要進行科學系統的維修，這樣不僅可以解決問題，而且還可以避免對控制柜的內部狀況造成二次損壞。此外，維護人員應首先檢查外部器件的損壞，進行初步檢查，并確定設備是否由于外部特性而損壞或短路，如果有燒痕，請檢查電路板是否損壞或燒毀。在檢查故障原因和變頻器外部的基本狀況之后，可以根據需要拆卸主體，并且可以維修或更換有缺陷的零件以消除故障。在此環節中，需要詳細地記錄和調試故障點，在故障點管理維護工作時，有必要記錄維修步驟，合格的維修人員可以用視頻格式記錄工作，以確保組裝和拆卸工作的機密性。

5 變頻器設備管理應注意的事項

5.1 溫差影響

正常情況下，井場一般遠離人煙，大多是環境較差的地方。如果環境溫差大，就會對鉆井設備變頻器造成很大的影響。由于溫差大和凝結時間長，很容易腐蝕或損壞變頻器的內部電路，加速電路損壞、短路或設備老化。

5.2 設備運輸

鉆井作業受自然條件和地下油礦儲藏的影響，井場的位置不斷變化且不穩定，如果油礦儲備稀少，并且難以維持正常生產，則必須將某些設備移走并運輸到其他地方，在此過程中，變頻器將不可避免地遭受沖擊和振動，因此在執行這些操作時，應小心搬運變頻器，以免因碰撞而損壞。

5.3 工作環境

鉆探的環境往往不好，有時候甚至會面臨非常惡劣的環境。變頻器在實際石油開發中會面對沙塵、強酸、腐蝕性液體和氣體等惡劣環境，這些不僅會影響油田的生產，還會降低變頻器的使用壽命。因此，在變頻器的工作環境中，需要人工干預以確保設備的正常運行，延長使用壽命，提高效率并減少損耗。

6 結束語

鉆井現場使用的變頻器會在氣候、構件磨損等因素的影響下發生故障，從而影響鉆井生產的效果，因此必須從環境保護、人員技能培訓等方面下功夫，強化變頻器維護與干擾控制，優化變頻器運行的安全性，為石油鉆探生產有序進行提供設備保障。