钻机变频器故障原因分析及维护

钻机变频器故障原因分析及维护

1 李新跃 2 毕振宇

1 胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司

2胜利工程公司黄河钻井总公司70578队

摘 要：在石油钻井操作过程中，需要健全钻机变频器故障解决体系，实现变频器维护环节与维修环节的协调性运作，提高设备的运作水平，为钻井工作提供良好的技术运作环境。

关键词：钻机；变频器；故障；维护

钻机变频器由一系列的控制柜组成，分别是开关柜、整流柜、逆变柜，开关柜涉及到电抗器、隔离开关、保险等部件，整流柜包括可控硅整流桥等，其中央控制板为CUR，为其提供参数设置、保护、外部接口等功能，制定单元的选取受到其负载特性的影响，逆变柜含有IGBT 逆变桥，CUVX 矢量控制板为逆变器核心控制板，具备矢量控制、参数设置等功能。在操作过程中，需要通过控制柜，利用全数字直接转矩控制，将直流电进行转换。

1、钻机变频器的常见故障

钻机工作时变频器便处在复杂电磁环境中，变频器本身就是干扰源，由于发电机供电系统自身处理干扰能力较网电系统能力弱，钻机的发电机组将直接受到影响，造成供电系统的不稳定，严重时烧坏发电机组的控制元器件，并且电磁干扰影响到钻机变频器的自身设备安全性及可靠性，容易导致钻机出现故障问题。钻井仪表本身的抗干扰能力比较差，在谐波环境下难免会受到干扰，导致钻井仪表出现误差，导致设备的损坏。

钻机变频器故障的导致因素诸多，涉及到软件方面及硬件方面。软件故障比较少，硬件故障比较常见。变频器处于良好的硬件情况下。受到参数设置因素、电源电压频率、负载、温度、通讯、硬件连接等因素的影响，钻机变频器常常出现故障问题。比如参数设置故障、外围部件故障等变频故障。在这类故障的分析过程，需要进行参数设置状况的分析，若有些部位的参数设置不正确，则会导致变频器无法进行启动。

钻机变频器的硬件故障涉及到控制系统的故障问题及功率部件故障问题。控制系统的故障涉及到控制板故障，特别是控制板电子元器件的失效性。经常容易损坏的部位包括逆变柜主控板CUVC，整流柜控制板CUR板。在这类故障的解决过程中，需要灵活应用替代法。钻机变频器也容易出现欠压问题、过压问题、欠频问题、过频问题等，这受到外部电源故障因素的影响。检测电路损坏也会出现相应的故障问题。目前来看，很多钻机应用的是自备发电机组供电，受到这些因素的影响，发电频率与电压并不与实际情况相吻合。从而导致了变频器故障问题。

在钻机操作过程中，也容易出现过载故障。变频器的过载受到加速时间、直流制动量等的影响，也受到电网电压等级等因素的影响。针对这类问题，需要提高加速时间，进行制动时间的延长，这是解决这类故障问题的关键点。卡钻问题、重载问题等，也会导致电机负载过重。过流

2、钻机变频器的主要技术性能

在石油钻机操作过程中，为了适应更加复杂的开采环境，需要应用专门的变频器，进行矢量控制技术的优化应用。这需要就交流电机的电流矢量情况展开测量及控制，利用好定向原理，进行电流的控制，会提高转矩的响应速度。钻机变频器驱动的电机容量比较大，为了获得一系列的功率输出。需要进行多个单元变频器的应用，进行并联输出，这种方法的功率期间输出功率很高。在线路槽的设计过程中，模拟信号控制线路可能被屏蔽。在有些比较恶劣的自然环境中，比如高海拔地区，特别容易出现凝结问题，特别是转炉内非常容易出现短路事故，需要进行空调的利用，控制好室内温度，做好通风设备的处理工作，控制好变频器的操作过程中，进行频率的检测，控制好机房的温度。

3、钻机变频器故障检修及维护

在故障排除之前，需要做好积极的提前检查及处理工作，不要直接进行拆卸检查，从而保障故障排除的针对性及准备性、就变频器的损坏特征状况及变频器所处的状况展开观察，就故障原因展开分析，就故障因素、违规操作行为、程序错误行为等展开分析，做好故障代码的排查，从而确定故障产生的因素，做好相应的故障维修及处理工作。提高设备的抗干扰能力，改善钻机运转方案，解决其干扰报警问题、机组停机问题，进行干扰信号的屏蔽。

在钻机变频器故障的解决过程中，首先需要深入分析故障原因及故障部位。维修者要具备良好的操作经验，保持变频器的精细度。做好积极性的观察、排查及维修工作，避免出现盲目性的拆除及像琉璃工作。避免对控制柜内部情况出现二次损伤。维修者需要就外部损坏情况展开进一步的检修。首先进行外部特征的分析，就机组内部损坏情况、短路烧伤情况等展开分析，检查电路板是否出现损坏问题、烧焦问题。确认好变频器的外部不足因素，做好机体的拆卸工作。及时更换故障部件，以更详细的方法展开记录，做好故障点的调试工作。

在变频器设备管理过程中，需要分析变频器的工作环境。有些钻机处于比较偏远的区域，这些区域环境比较恶劣，温差比较大，对于钻机逆变器的影响比较大。受到温差状况影响，变流器会出现冷冻问题。如果长期出现冷凝问题，或导致变换器内部电流的腐蚀或者损坏，导致电路损坏，导致设备的加速老化。

在钻机设备的运输过程中，需要分析钻井工作的自然条件因素。钻井工作是不断变化的，不太稳定。钻井工作需要适当拆除一些设备运输到其他地方，从而保障开采工作的正常开展。在运输过程中，变频器会出现冲击问题及震动问题。在这个工作过程中，应做好变频器的处理及维护工作，避免因为碰撞因素产生的损失问题。

在石油钻井的运作过程中，其面临着比较复杂的操作环境。在一些极为严峻的石油开采环境中，变频器所面临的环境非常严峻。沙尘、液体、气体等都会对变频器外围结构产生影响，会影响到变频器的使用寿命。针对变频器复杂性的工作环境问题，需要做好计划性的人工干预工作，提高设备的正常运作效率，提高变频器的使用寿命，提高工作效率，减少钻机变频器的故障。

在钻井作业操作中，有时在夏季开工，在钻井作业过程中，需要优化设备管理方案，针对雷电问题展开优化及预先处理。若变频器遭受到雷击等问题，会出现不可逆转的损伤，无法进行有效性的修复。钻进的相关设备及仪器都是比较好的导体，一旦被雷电击中，钻井工作会受到比较严重的损伤。为了保护好变频器的运输线路，需要积极做好防雷设备的保护工作，避免石油钻井受到雷电的干扰及影响。

为了解决钻机变频器操作过程中的问题，需要积极展开设备维护工作，为变频器的运作提供良好的运作环境。这涉及到电源电压运作因素、频率因素、温度因素、湿度因素等，为了保障变频器的良好操作，需要减少变频器的负荷水平，做好参数的设置工作，分析最大转矩、最大电流状况等，提高变频器的使用寿命。做好定期的维护工作，定期清除变频器内的灰尘，及时紧固松动的部件，做好及时性的维护及维修工作。

参考文献

[1]徐殿国,刘晓峰,于泳.变频器故障诊断及容错控制研究综述[J].电工技术学报,2015,30(21):1-12.

[2]王新.基于粒子群神经网络的级联式变频器故障诊断[J].计算机仿真,2015,32(07):421-425.