北石DQ70BSC頂驅(qū)系統(tǒng)故障排查及處理方法

趙宇，張國輝，劉志輝，楊洪生，楊斌 (.渤海鉆探工程有限公司第三鉆井工程分公司吉林項目部， 吉林 松原 38000；.北京石油機械有限公司，北京 00000)

0 引言

頂部驅(qū)動系統(tǒng)(top drive system，TDS)由于其結(jié)構(gòu)特點，被廣泛使用在現(xiàn)代鉆井工程中。由于頂驅(qū)集成化程度較高，電控系統(tǒng)較為復(fù)雜，易受到環(huán)境濕度、溫度、粉塵、腐蝕性氣體等因素影響，井場遇到突發(fā)情況易引發(fā)設(shè)備故障。如故障發(fā)生時及時發(fā)現(xiàn)，正確判斷并進(jìn)行解決，能夠節(jié)約寶貴的時間，避免井下故障和引起其他問題。因此掌握常見故障的分析解決方法成為基層操作人員的一項不可或缺的技能。

1 故障發(fā)生經(jīng)過

2021年2月，公司一臺2007年出廠北石DQ70BSC頂驅(qū)在使用期間出現(xiàn)異常情況，頂驅(qū)A電機本體插頭擊穿燒毀，更換新插頭插座并安裝恢復(fù)好后，系統(tǒng)總起報故障，頂驅(qū)配電室2#整流柜PMU模塊顯示故障代碼為F033。

2 故障排除經(jīng)過

首先，將頂驅(qū)配電房出線口A、B電機電纜插頭互換，測試A、B電機均正常運轉(zhuǎn)，判斷電機無故障。將A、B電機電纜重新連接好后，2#整流柜再次報報F033故障，采用互換法，將1#、2#整流柜中A23電源觸發(fā)板更換后，兩柜PMU均報F033故障[1]。

將觸發(fā)板恢復(fù)原位后，1#柜工作正常，頂驅(qū)A電機工作正常，2#整流柜無法啟動。根據(jù)故障現(xiàn)象，判斷為A23觸發(fā)板故障。更換完觸發(fā)板后，F(xiàn)033故障消除，1#整流柜仍然無法合閘[2]。

繼續(xù)采用互換法，將CUR板更換地址模塊后進(jìn)行互換，1#整流柜仍然無法合閘。最后，排除其他問題后，懷疑時間繼電器故障，將1#、2#整流柜時間繼電器互換后，1#整流柜合閘正常，工作正常。經(jīng)過詢問，該時間繼電器為西門子公司停產(chǎn)零部件，零部件供應(yīng)商無法及時提供，故更換為具有相同功能的德力西牌時間繼電器。更換完畢后，A電機正常運轉(zhuǎn)2 h，再次跳閘，逆變柜PMU顯示F148故障。

經(jīng)過查詢西門子公司“矢量控制大全”中的故障代碼，故障原因分析為，逆變器過載、逆變器超溫報警、逆變器超溫故障、制動單元超溫、SIMOLINK通訊故障，推薦措施為檢查逆變器是否過載、檢查逆變器是否超溫、檢查制動單元、檢查SIMOLINK通訊等。繼續(xù)采用互換法，對1#、2#逆變柜中的制動單元進(jìn)行互換，互換后1#柜工作正常，2#柜仍然頻繁停機報故障[3]。由于現(xiàn)場使用了頂驅(qū)扭擺系統(tǒng)，經(jīng)過對兩臺電機工作電壓曲線監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在扭擺系統(tǒng)介入瞬間，A電機電壓由正常的直流800 V左右升高至900 V，B電機電壓由直流800 V降低至500 V左右，并緩慢恢復(fù)至600 V。電壓趨勢曲線如下圖1所示。

故懷疑扭擺系統(tǒng)介入變頻器后會對變頻器工作或?qū)LC程序造成影響。經(jīng)過與現(xiàn)場工程師咨詢，扭擺系統(tǒng)只介入1#柜控制A電機動作，對2#柜無影響。根據(jù)故障代碼說明，判斷為柜中某部件溫度隨著電機使用產(chǎn)生溫度升高異常。經(jīng)檢查無果后，決定安排西門子廠家進(jìn)行現(xiàn)場服務(wù)，查找6SE70變頻器是否有故障或變頻器配套軟件是否出現(xiàn)故障。

現(xiàn)場服務(wù)人員到井后，通過專用軟件，進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部，與各項參數(shù)的正常數(shù)值對比，對系統(tǒng)設(shè)置異常的參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)。恢復(fù)后對各項系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)r833項對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)提示2#逆變柜IGBT模塊升溫過快，現(xiàn)場每隔一分鐘使用紅外測溫儀對IGBT模塊及溫度傳感器檢測，持續(xù)檢測10 min后，發(fā)現(xiàn)IGBT模塊附近溫度由40 ℃迅速升溫至60 ℃，確定為模塊升溫異常。為進(jìn)行驗證，將鉆井井口用防爆鼓風(fēng)機接好后調(diào)整至合適位置，對模塊進(jìn)行降溫，并觀察模塊溫度，發(fā)現(xiàn)升溫速度有所下降。在r833對應(yīng)的參數(shù)值升高至77時，2#整流柜掉閘報警。經(jīng)過對1#、2#逆變柜進(jìn)行對比，2#逆變柜冷卻風(fēng)量不足。將逆變柜冷卻風(fēng)機拆掉單獨進(jìn)行測試，接通220 V電源后，風(fēng)機運轉(zhuǎn)正常，風(fēng)量較大，安裝恢復(fù)后，柜內(nèi)風(fēng)量不足[4]。對控制風(fēng)機的空開進(jìn)行監(jiān)測，上線下線電壓為118V，電壓正常，故判斷為CUVC電路板未對風(fēng)機供電。從空開下線直接將電源引入風(fēng)機后，再次啟動頂驅(qū)總電源，1#、2#柜合閘正常，頂驅(qū)電機工作正常，故障解除。

3 原因分析

該設(shè)備屬其他市場調(diào)配設(shè)備，且使用時間較長(2007年出廠至今)，故存在配電室電路、零部件老化問題，且設(shè)備長途調(diào)動，存在路程顛簸、現(xiàn)場使用環(huán)境變化等一系列因素，很有可能導(dǎo)致多處故障出現(xiàn)。本次故障排查由于1#柜使用正常，故使用互換法進(jìn)行故障排除。

4 頂驅(qū)本體及電控房維護(hù)保養(yǎng)要點

根據(jù)此次發(fā)生故障的情況，認(rèn)為使用單位應(yīng)加強頂驅(qū)本體及電控房的維護(hù)保養(yǎng)，按照要求進(jìn)行日常保養(yǎng)及巡檢。應(yīng)該注意，頂驅(qū)上所有的緊固件雖都有相應(yīng)的防松措施，但產(chǎn)品在使用過程中緊固件可能逐漸松弛，只有進(jìn)行定期檢查，才能避免因為緊固件松動導(dǎo)致的設(shè)備損傷及人員傷亡等事故。故需每日檢查頂驅(qū)全部緊固件的松動情況。每日保養(yǎng)、檢查項目如表1和表2所示。

項 目 檢查內(nèi)容 采取的措施沖管盤根總成 磨損及泄漏 按需要修理或更換導(dǎo)軌、天車耳板 鎖銷、別針、螺母等 按需要更換滑車 滑車圓螺母、止動墊圈等按需要更換液壓系統(tǒng)和液壓油 液位、壓力、溫度、清潔等按需要添加或更換液壓管線檢查液壓系統(tǒng)管路泄漏情況檢查液壓管線的表面狀況按需要修理或更換液位液溫計 液位、溫度、清潔等 按需要更換板式濾油器報警桿 彈出情況 若彈出則清洗濾網(wǎng)呼吸器 檢查松動、損壞情況 按需要更換電纜 損壞、磨損和斷裂點 按需要修理或更換電纜接頭 破損、松動、絕緣情況 按需要修理或更換平衡油缸夾緊裝置 位置、鎖緊情況 按需要調(diào)整吊環(huán)連接體 檢查松動情況 按需要調(diào)整或更換反扭梁總成檢查鉆桿是否位于井口中心檢查螺栓、螺母等緊 固件井口對正按需要調(diào)整或更換電機潤滑油泵 檢查油泵泄漏情況 按需要維修或更換電控房除塵、檢查各處電器元件是否工作正常，檢查線纜連接情況按需要維修或更換

5 結(jié)語

文章對頂驅(qū)使用過程中出現(xiàn)的單個典型故障進(jìn)行了分析排除，利用互換法可以以最快速度判斷電氣零件是否工作正常。本文得到以下結(jié)論：利用互換法，簡化了故障發(fā)現(xiàn)的過程，有助于快速判斷故障發(fā)生原因，及時解決。但對于軟件及程序故障無法進(jìn)行判斷，需要繼續(xù)深入研究。并推薦了頂驅(qū)本體及電控房的每日保養(yǎng)、巡檢項目，有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，避免更大事故的發(fā)生。