石油鉆機西門子變頻器常見故障探討

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性的深入中，鉆具在長度指標以及重量指標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，作業時間也會與日俱增。對于配備工頻的鉆井設備，有助于提高鉆井設備的效率，維持自身的最佳工作狀態，起到節能減排的功能。

1 西門子變頻器工作原理

根據目前對變頻器的市場調查研究報告，當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換器，需求量很大，一般由輸入開關柜、變頻箱、制動系統、遠程遙控這四個部分組成。變頻器的主要工作原理如下。根據流體力學理論，對于利用傳感器自身功能調整主軸，主軸是垂直調整的，并與軸的旋轉成比例。在變頻器執行工作任務的過程中，假如效率恒定不變，流量會隨著流量的增大而減小，轉速也會隨之減小，因此，軸系的輸出功率是相互關聯的；當流量減小時，可以自適應地調整變頻器的輸出功率，從而降低電機的轉速。變頻器的軟起動使最大電流保持在額定電流以下，主要目的是為了節約資源，有效壓降其對于電網的影響，延長了電機的使用壽命。它還降低了維護成本，提高了效率。

2 變頻器在石油鉆井應用中的常見問題及解決方法

（1）石油鉆機應設置兩種型號的生產線。在石油鉆機中，我們應設置兩種不同型號的生產線，模擬信號線與數字控制線的距離應大于10cm，以防干擾。在石油鉆機的設計中，應特別注意環槽的設計。模擬信號控制電路的一端應當將其屏蔽或者扭轉，另一端必須懸掛。還需要注意的是，在長距離使用傳輸線時，必須有數字控制線，以確保中間設備能夠科學有效地運轉。

（2）個別環境下發生的短路。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，而高原地區尤其容易受到冷凝等條件的制約與限制。當變頻器在正常運轉的過程中，短路事故實際上是會普遍發生的。所以，如果工作設備周遭的環境十分困難或者極端，我們應當將空調系統打開，最終目的是為了確保溫度、通風和變頻器的正常運行。除了這些措施，我們還應當提升其控制頻率，以確保機房溫度恒定和變頻器安全運行。

（3）不良接觸的內部電路問題。變頻器控制柜或機房等設備在石油鉆井設備拆卸和運輸過程中，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果就是會接觸到有毒、有害的物質，連接松動的內部電路，在這種情況下，我們必須科學地打開或加工減振橡膠，以減少振動、搬運和運輸的不便，值得注意的是，我們要投入更高的關注度在控制柜的房間以及要高度集中注意力，防止出現疏忽大意的情況，這是在設備轉移的過程中需要考慮的，以減少外部影響。在鉆機已經設置到位的情況下，在進行電氣試驗前，應對設備進行檢查。

（4）變頻器在內部環境影響下的問題。當我們在進行鉆井作業的過程中，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、腐蝕性物質等。這些種類各異的自然條件可能會導致傳感器電路老化、絕緣和短路故障，我們應在開始就考慮到轉換器的相關背景，研判環境的特點，根據當地情況的變化和干燥濕度調節的環境溫度和內部溫度，當機器在恒溫恒壓的狀態下運行時，變頻器還應維持住正常的工作。延長儲蓄壽命，進一步節約成本。

3 西門子6SE70 系列變頻器故障

經過研判我國在石油產業中的變頻器應用背景，當前我國的石油工業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換器。本系列轉換器具有完全的監視和保護功能（開關柜、整流柜、轉換器柜），但在實踐中卻發生了故障，這不可避免地會對鉆井生產造成負面效應。

3.1 外部故障

（1）參數設置錯誤。我們首先應當確認參數的設置是否正確。例如，p554的啟動、暫停參數設置可能會失效，導致轉換器無法正常運行。

（2）周邊部件故障。機器運轉良好，在多次拆裝作業中，外部控制管線斷裂，堵頭損壞，妨礙變頻器運行。

（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電單元來供電，當發電頻率或電壓超過頻率轉換器的上限或下限時，頻率轉換器發生故障。我們應首先執行發電機的檢修工作，頻率過低通常是其中的柴油機發生額故障，電壓超過了規定的上限或者下限則是發電機發生了故障。

（4）過載。頻率轉換器過載是加速時間過短、剎車過多或電網電壓過低所引起的。一般來說，通過延長加速時間延長剎車時間來解決電力網的電壓問題，能夠應對故障。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的重載。

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

3.2 西門子變頻器硬件故障

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

（2）功率部件故障。

3.3 故障處理實例

例1，接通逆變器電源后，轉換器pmu顯示e和p鍵，沒有相應的反饋。頻率轉換器無法啟動，故障無法復位。首先檢查電源，測量cuvc基板x101端子柱第1、2端子24v，排除控制系統電壓故障。撤去cuvc面板后，x101終端附近的一個零部件發生了短路，懷疑高壓與外部控制線混合。對外部電路進行仔細檢查，發現被覆有破損，控制線進入高壓，導致cuvc板燒壞。轉換成正常的絕緣板。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，有可能發生二次故障。

例2，轉換器整流器顯示f031故障代碼（三端雙向飛行器保險絲破損），不能啟動轉換器，發現從整流器左側數起的第二保險560a壞了，頻率轉換器500a4的保險完全壞了。首先，用萬能表等相關儀表對其進行檢測。電機運行后20Hz，逆變柜四保險都切斷，整流柜二、五保險從左側切斷。對電機和轉換器進行了再檢查，測定結果正常。我會繼續看保險的變更。旋轉了頻率轉換器后，確認了頻率轉換器和整流器之間的直流本線的連接部起火。在本線的連接部發現了螺栓松動。由于持續的轉移，逆變器柜內的零部件會發生松動的現象。變頻器柜的關鍵部位應在日常維護中加強。

4 變頻器設備管理應注意的事項

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

（2）設備運輸。鉆井作業需要有較大的設備運輸量，石油和天然氣的開采量將有明顯的變化，因為石油的開采量和天然氣的不足，使石油不能正常開采和運輸設備，使得開采工作不能順利地進行下去，由于其他原因，需要在這一過程中保持工作運行，變頻器不可避免地受到沖擊和振動，因此，工作場所、變頻器的搬運必須非常小心，避免變頻器被撞壞、碰壞。

（3）工作環境。因為采油環境相對十分惡劣且極端，通常而言將會面臨非常惡劣的環境，即使在實際的采油中，變頻器所處的環境也非常惡劣。沙、強酸、腐蝕性液體、氣不僅影響油田的生產，設備也很有可能會發生故障，而且頻率轉換器的周邊構造和頻率轉換器的壽命也會相應降低。因此，我們需要投入更高的關注度在西門子變頻器的工作環境中，我們需要審時度勢，進行科學的介入，保證裝置正常工作，延長裝置壽命，提高效率，減少損耗。

5 結語

現在，我國的石油開采技術正在持續性地提高，但與外國相比仍然存在著不小的差距。頻率變換技術廣泛應用于石油挖掘技術，而且此項技術也在持續性地成熟，在石油開采技術中擁有著越來越顯赫的作用。但在變頻器的維護中，仍需持續性地改進工藝，確定設備是處在正常運轉的狀態，切實保障鉆井工作能夠正常運轉。