ZJ40DBL 钻机西门子变频器维修探究

2023-01-14夏宝军

设备管理与维修 2022年14期

夏宝军

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安 710021）

0 引言

大庆钻井单位在进行转盘功能完善时，对ZJ40LDB 规格钻机安装了驱动程序，尝试使用西门子品牌的变频器，确保驱动平稳性[1]。此款变频器表现出较强的速度调整能力、耐用性较强、运维方式具有较高的便利性。与此同时，变频器中添加了完整的监测程序，可以有效检测电路故障问题、高效断电，形成保护体系，确保变频器、电机的使用安全。

1 ZJ40DBL 钻机

1.1 钻机简介

钻机设备的动力程序中，含有4 个柴油发电程序，每个机组功率为800 kW。在交流母线位置集中存储电能，由一台交变电机为转盘提供动力。绞车程序中含有交变电机两组，同时运行供应驱动力。变频设备的运行功率为630 kW。在3 组电机的作用下，逐一对3 个泥浆泵形成驱动，具有一对一匹配的独立控制效果，在变频器组成中添加了检测保护单元。

实际运行期间，在多种因素的作用下钻机会发生故障，致使钻机无法有序运行、降低钻机生产能力。对钻机进行运维时，需要全面掌握变频器的设备组成，依据变频器的结构特点落实相应的运维工作。

1.2 变频器外部控制电路

变频器的组成以3 个控制柜为主，3 个柜的类型为开关、整流、逆变。在开关柜中，含有隔离、保险等装置。整流柜的结构组成，含有多组可控硅，借助控制板对可控硅进行功能触发，如电压、电流等。变频器装设置在钻机转盘处。

钻机的控制程序有速度调整、启停调整、频率调整。设计简易的控制程序，电源供电时选择24 V、10 V 两种级别的电源，转盘运行时，连接CUVC 控制板。在控制转盘转动方向时，将控制板连接至X101：8 接口。变频器发生故障问题时，对其进行复位处理，此时控制板连接至接口数字为7。转盘在数秒内迅速停止运行的控制程序，控制板连接端口数字为6。在控制转盘运行速度时，电位器设计的电压区间0～10 V，确保转速控制效果，此时控制板连接接口数为16。在变频器调整速度时，参考电压数值，确保速度控制有效性。

2 ZJ40DBL 钻机西门子变频器维修方法

2.1 故障发生

（1）参数配置偏差、外围部件质量不佳引起的变频设备故障问题[2]。这种故障可采取参数设计检查方式，判断参数设计的失误性，如P554 在进行参数失误时会引起变频器启动程序发生故障。另外，检查外围设施使用的合理性，钻进设备多次搬迁、控制线完整性不强、插头受损、控制程序损坏等，均会引起变频器故障。

（2）由压力与频率引起的设备故障，主要是外部电源、检测电路两个程序有损坏情况。通常钻机运行时供电程序为自用发电机，当供电频率、电压超出变频器允许范围时会形成变频器故障或问题。因此，运维人员应全面检查发电机组，如果频率不高则判断故障点为柴油机，如果是电压超限则判定是发电机有故障。

（3）过载故障。引起变频器频率频率增加的因素有加速时程较短、直流制动量较高、电压不高，可采取的故障消除方法分别是调高加速时程、增加制动时区、控制电网电压。电机发生负载过大故障时，极有可能发生卡钻、重载等问题。

（4）过流故障。引起变频器发生过流故障的主要原因：①电机负载发生变化，引起较大冲击作用，形成过流现象；②电机与电缆发生绝缘损坏问题时，将会形成匝间、相间各类短路问题，引发过流故障；③如果变频器配置了速度检测设备，速度反馈信息不完整时会形成过流问题，此时运维人员应测定编码器、电缆等程序的运行质量。

（5）硬件故障。变频器程序中有硬件故障时，故障集中分布在控制程序、功率单元：控制程序在运行不畅时，主要是控制板中有器件性能失效情况，引起逆变柜、主控板有损坏情况；外侧器件形成的质量损坏，一般由高压电引起，致使控制板线路发生损坏。对于因为控制程序运行不畅导致的故障，运维人员可以采取替换法，确保维修效果。

2.2 故障处理

2.2.1 逆变柜反馈“E”的故障

（1）故障表现：在运行变频器时对其进行通电处理，变频器会给出“E”的反馈，此时操作P 键并无响应，引起变频器启动困难，难以进行复位操作。

（2）故障处理：①在消除故障问题时，运维人员应查看电源情况、测定板面电压值，如果电压检测结果为24 V，说明控制程序无故障；②可摘除CUVC 板，仔细查看元件，如果板面并无元件损坏现象，判断在外侧控制程序中有高电压输入情况；③认真查看外侧分布线路，如果有绝缘材料损坏情况就会发生高电压混入，致使CUVC 板损坏；④在确定故障后更换控制板，变频器可恢复运行能力。

（3）收获的经验：在发生控制板损坏时，需要及时更换控制板，明确故障原因，减少故障损失。

2.2.2 整流柜呈现“F005”的故障

（1）故障表现：在钻进作业时，负荷增加会引起变频器运行骤停，此时整流柜出现故障反馈信息“F005”，表示电源频率不在45～65 Hz。

（2）故障分析：电源故障主要发生在钻机中，由于钻机使用的供电机组有故障，此时柴油设备转速为1350 r/min，此时电源频率不大于45 Hz，引起变频器运行失效现象。

（3）故障处理：维修柴油设备，恢复变频器功能。

2.2.3 整流柜呈现“F031”的故障

（1）故障现象：“F031”代码反馈的故障问题，表示变频器发生启动故障。检查变频器后发现，整流柜、逆变器均有保险断裂。

（2）故障分析：“F031”反馈的故障信息是“可控硅线路中有设备损坏”。

（3）故障排查：①查看整流柜外观，利用多用表检测柜内各类器件性能，未发现异常；②更换受损保险，运行变频器，电机功率达到20 Hz 时逆变柜中的4 组保险同时断裂但整流柜中有两组保险发生断裂，再次全面检查逆变与整流两个程序，测定结果无异常；③再次更换受损保险，连电运行后在逆变、整流两个程序中存在“打火”问题，进一步检查后发现母线位置的螺栓不紧固，更换螺栓后变频器恢复正常运行。

（4）收获的经验：钻机处于多次搬迁状态，会增加变频柜各类固件连接不牢固问题，需要运维人员周期性检查，进行有效维护，减少故障影响。

2.2.4 逆变柜反馈代码“F011”的故障

（1）故障现象：“F011”故障表示在过电流作用下引起变频器停止运行现象。消除此故障时一般可进行复位操作，然而在一些特殊情况下复位操作无法恢复变频器的运行能力。

（2）故障分析：该故障的原因有两个，一是变频器运行时发生短路、接地等问题，二是负载较高。

（3）故障排除：①连接变频器、电动设备的电缆，对其进行切断处理，绝缘测定电机，测定结果无异常，证明电机无故障问题；②查看逆变电路，去除电容组，利用多用表测定IGBT 性能（IGBT 内含有二极管），如果参数无异常则判断IGBT 无损坏问题，否则为电路故障问题、应做更换处理。

经测量发现，两组IGBT 均处于受损状态，主要损坏部件为触发板，更换触发板后变频器运行正常[3]。

2.3 变频器故障消除的流程

（1）检查运行环境。

（2）查看运行负荷。

（3）定期进行设备运维，减少部件松动问题。运行完整、高效的维修工作，积极发挥变频器的使用功能，增加变频器的使用时间，助力油田钻井生产有序进行。

3 变频器维修的4 条经验

3.1 提高维修人员素质

钻进设备发生故障时生产人员需及时给出设备变更处理[4]。在控制保护线路受损时，启动100 A 的控制线路，对风机形成临时保护。变更完成时，线路未恢复工况，会增加风机损坏概率，运维人员应加强线路功能的修复。如果有线路变更需求，应有序开展风险测评，确保处理方法有效，提升故障消除有效性。运维人员在强化自身技能时，可补充故障表现、故障消除、变更处理等方面知识，以满足变频器各类故障处理的技术需求。