论文部分内容阅读
摘 要：根据电动钻机SCR系统的特点，结合现场处理故障的经验，总结直流电动钻机常见故障，并分析了故障产生的原因，探讨了在现场解决故障的方法与措施。
关键词：电动钻机 SCR 故障 解决方案
一、背景介绍
目前黄河钻井五公司施工井队中有8支电动钻机井队，其中四个钻井队为直流系统，其中三个队伍使用的都是ROSS HILL系统。ROSS HILL公司是最先将可编程控制器应用到电动钻机电气控制系统中的，该系统使用时间长，技术较为成熟。结合在现场实际工作经验，笔者将该系统分为发电机组、可编程控制器、电机、电控柜、司钻房几部分，在认真分析系统原理与结构基础上，阐述常见故障及排除方法。
二、系统阐述
1.发电机组
系统控制柴油机主要是交流模块，控制信号有转速反馈信号（脉冲信号）、油门执行器信号、发电机励磁信号、24v电源。柴油发电机组本身集机、电、液于一体，是一个复杂的系统，柴油机本身故障在此不作赘述。控制系统故障主要有柴油机不能启动、转速不稳、功率分配不均等。
1.1柴油机不能启动故障及排除
1.1.1柴油机本身故障
首先排查柴油机自身油路、气路、润滑油路故障，同时对单独配置电瓶的柴油机，注意检测电瓶电压。
1.1.2转速传感器故障
当转速传感器发生故障时，柴油机也无法正常启动。这时首先检查交流模块上给脉冲采集电路供电的电压，即交流模块510和512端子是否分别为+12V和-12V。对于用网电的钻井队，此处尤其应该注意，长时间放置电瓶有可能馈电。再者检查526和527之间的电阻值是否正常（现场测量为140-145欧之间）。对于转速传感器故障的解决应首先检查线路连接是否完好，再次判断转速传感器本身故障。
1.2柴油机转速不稳故障及排除
1.2.1传感器故障
传感器故障排除同1.2节所述。
1.2.2AC MODULE故障
在柴油机转速调节控制系统中，转速调节控制电路的主要部分集中在柴油发电机控制柜的交流控制（AC）组件中，也称转速调节单元，主要包括：柴油机转速传感器及其信号变换电路；柴油发电机组频率解调电路；控制系统电子开关电路；转速调节控制电路；运行状态控制电路；并网运行及有功功率分配电路。
1.2.3执行器（调速器）故障
执行器是调节油门大小的装置，执行的故障将使整个调速系统紊乱，故障排除方法为去掉控制线，转速仍热不稳，说明是执行器故障，更换后看车的运行状态，可以进一步确定。
1.3功率分配不均故障及排除
柴油发电机组的控制单元设计了对柴油机转速控制的并联运行中各机组的主从逻辑控制电路，实现向交流母线供电的各柴油机发电机组有功功率的均衡分配，在电流调解电路的给定和转速调节电路的输出之間设置主从控制开关，544端为主从控制端，在网时为-16V，不在网为+10V，可以通过万用表测各机组的主从端电压来判断故障。同时模块上D34、D35、D44、D45、R60、R69等都起作用，出现分配不均故障时可以通过更换备用模块来排除故障。（更换模块时要注意R58和C45的值）。
2.直流电机故障及排除
现场所用的直流电机为绞车、泥浆泵、转盘（现场配备为永济Z08和Z08A型直流电机）。
2.1绞车故障
如果绞车不工作，首先检查司控台SCR柜指示灯。若相应直流柜的指示灯亮，则说明PLC这一路工作正常，否则，打到旁通位置试试。若两台电机都不工作，将支配开关打到能使单台电机工作的“钟点”位置，然后将司控台上相应开关闭合，此时，若电机还不转，则说明他们的共同通路有故障。否则检查相应的-14V使能电路是否到达使能端子。使能电路一般可以按检查风压开关是否正常，锁定按钮是否故障，保险是否烧毁得顺序进行。同时要注意当两台电机不工作，但是一台工作时，注意检查保险F66是否烧毁。
如果使能信号没问题，要检查-14V和+60V电压是否送到接触器合闸线圈上，若已送到要注意检查接触器问题，若没送到要检查+60V电压回路问题。
2.2泥浆泵故障
电机不工作故障排查同绞车电机，同时注意泥浆泵电机设置了链轮防滑电路。
在实际工作中还经常碰到泥浆泵泵速不稳问题，若泵速不稳呈现不规律性要检查是否为上水不好造成的。若是规律性的不稳，则要排除机械和电气故障。
首先要排除的是直流模块故障，可以用一备用模块替换旧模块，观察故障是否存在。经查阅资料，直流模块上控制速度调节的主要是Z7运放及其组件。同时碳刷磨损严重，碳刷压紧弹簧松脱都可能造成泵速不稳。
3.可编程控制器故障及排除
3.1BF故障灯亮
如果BF故障灯亮，要首先检查各接线端子连接是否有松动，若没问题再去检查PLC模块。先检查从站PLC,检查供电模块、输入输出模块等（当模拟量输入、输出模块损坏时，如论手轮如何变化，检测到主站的电压始终是一个固定值）。同时当发电机相序接反时也会导致SF和BF指示灯亮，PLC的CPU模块故障也会报警。
3.2通讯故障
在现场通讯故障发生的几率较高，直观的表现是电控房PLC连接指示灯不亮，光耦模块指示灯不正确。一般有以下几个原因：通讯光缆故障；电源和MPI适配器损坏；操作不当引起的触摸屏损坏；有时接地不规范、未及时清理灰尘等也会引起通讯故障。
4.晶闸管故障及排除
4.1晶闸管故障
晶闸管击穿的原因主要有以下几种：
4.1.1过电压
过电压在本系统中主要是由以下几个原因引起。一是由于系统中的大功率电机的起动或停止均有可能产生过电压，二是晶闸管在整流过程中产生的多次或高次谐波而产生的谐波过电压。
在ROSS HILL系统中为了防止交流母线中的峰值电压击穿晶闸管，它采用在母线之间加上压敏电阻的方法。另一种方法是采用RC回路吸收高频过电压，在每个晶闸管上都并联一个RC电路，该电容就是用来吸收回路中的高频过电压。压敏电阻吸收回路作为主保护，RC吸收回路作为辅助保护。
4.1.2过电流
如系统在长期的过载情况下运行，电流一直很大，导致晶闸管发出大量的热，长时间积累，会最终烧毁晶闸管。在ROSS HILL系统中每个晶闸管串联了快速熔断器，有效地防止由于过电流而烧毁。
虽然系统都做了保护，但是在现场还是经常出现晶闸管及快熔烧毁的现象，影响正常施工。在系统启动与降载时，应缓慢的旋转手轮，避免产生冲击电压。同时还应避免过载及加强电控房内的通风，保持适当的室温以便改善晶闸管散热条件，达到保持或提高晶闸管的正向转折电压和反向转折电压，提高其工作性能，保证整个系统的正常运转。
三、结语
综上所述，钻井施工环境恶劣、工况复杂，随着工作方式和环境的不同，电控系统会发生各种类型的故障，作为现场电气技术人员，需要对故障进行科学合理的分析，才能发现症结所在。在排除电控系统故障后，需要及时地分析总结，详实地记录好从故障的发生、判断分析直到故障消失所有的过程，尤其是关系到相关电路图、参数配置、软件设定常出现故障类型方面，会对今后工作有一定的帮助。
关键词：电动钻机 SCR 故障 解决方案
一、背景介绍
目前黄河钻井五公司施工井队中有8支电动钻机井队，其中四个钻井队为直流系统，其中三个队伍使用的都是ROSS HILL系统。ROSS HILL公司是最先将可编程控制器应用到电动钻机电气控制系统中的，该系统使用时间长，技术较为成熟。结合在现场实际工作经验，笔者将该系统分为发电机组、可编程控制器、电机、电控柜、司钻房几部分，在认真分析系统原理与结构基础上，阐述常见故障及排除方法。
二、系统阐述
1.发电机组
系统控制柴油机主要是交流模块，控制信号有转速反馈信号（脉冲信号）、油门执行器信号、发电机励磁信号、24v电源。柴油发电机组本身集机、电、液于一体，是一个复杂的系统，柴油机本身故障在此不作赘述。控制系统故障主要有柴油机不能启动、转速不稳、功率分配不均等。
1.1柴油机不能启动故障及排除
1.1.1柴油机本身故障
首先排查柴油机自身油路、气路、润滑油路故障，同时对单独配置电瓶的柴油机，注意检测电瓶电压。
1.1.2转速传感器故障
当转速传感器发生故障时，柴油机也无法正常启动。这时首先检查交流模块上给脉冲采集电路供电的电压，即交流模块510和512端子是否分别为+12V和-12V。对于用网电的钻井队，此处尤其应该注意，长时间放置电瓶有可能馈电。再者检查526和527之间的电阻值是否正常（现场测量为140-145欧之间）。对于转速传感器故障的解决应首先检查线路连接是否完好，再次判断转速传感器本身故障。
1.2柴油机转速不稳故障及排除
1.2.1传感器故障
传感器故障排除同1.2节所述。
1.2.2AC MODULE故障
在柴油机转速调节控制系统中，转速调节控制电路的主要部分集中在柴油发电机控制柜的交流控制（AC）组件中，也称转速调节单元，主要包括：柴油机转速传感器及其信号变换电路；柴油发电机组频率解调电路；控制系统电子开关电路；转速调节控制电路；运行状态控制电路；并网运行及有功功率分配电路。
1.2.3执行器（调速器）故障
执行器是调节油门大小的装置，执行的故障将使整个调速系统紊乱，故障排除方法为去掉控制线，转速仍热不稳，说明是执行器故障，更换后看车的运行状态，可以进一步确定。
1.3功率分配不均故障及排除
柴油发电机组的控制单元设计了对柴油机转速控制的并联运行中各机组的主从逻辑控制电路，实现向交流母线供电的各柴油机发电机组有功功率的均衡分配，在电流调解电路的给定和转速调节电路的输出之間设置主从控制开关，544端为主从控制端，在网时为-16V，不在网为+10V，可以通过万用表测各机组的主从端电压来判断故障。同时模块上D34、D35、D44、D45、R60、R69等都起作用，出现分配不均故障时可以通过更换备用模块来排除故障。（更换模块时要注意R58和C45的值）。
2.直流电机故障及排除
现场所用的直流电机为绞车、泥浆泵、转盘（现场配备为永济Z08和Z08A型直流电机）。
2.1绞车故障
如果绞车不工作，首先检查司控台SCR柜指示灯。若相应直流柜的指示灯亮，则说明PLC这一路工作正常，否则，打到旁通位置试试。若两台电机都不工作，将支配开关打到能使单台电机工作的“钟点”位置，然后将司控台上相应开关闭合，此时，若电机还不转，则说明他们的共同通路有故障。否则检查相应的-14V使能电路是否到达使能端子。使能电路一般可以按检查风压开关是否正常，锁定按钮是否故障，保险是否烧毁得顺序进行。同时要注意当两台电机不工作，但是一台工作时，注意检查保险F66是否烧毁。
如果使能信号没问题，要检查-14V和+60V电压是否送到接触器合闸线圈上，若已送到要注意检查接触器问题，若没送到要检查+60V电压回路问题。
2.2泥浆泵故障
电机不工作故障排查同绞车电机，同时注意泥浆泵电机设置了链轮防滑电路。
在实际工作中还经常碰到泥浆泵泵速不稳问题，若泵速不稳呈现不规律性要检查是否为上水不好造成的。若是规律性的不稳，则要排除机械和电气故障。
首先要排除的是直流模块故障，可以用一备用模块替换旧模块，观察故障是否存在。经查阅资料，直流模块上控制速度调节的主要是Z7运放及其组件。同时碳刷磨损严重，碳刷压紧弹簧松脱都可能造成泵速不稳。
3.可编程控制器故障及排除
3.1BF故障灯亮
如果BF故障灯亮，要首先检查各接线端子连接是否有松动，若没问题再去检查PLC模块。先检查从站PLC,检查供电模块、输入输出模块等（当模拟量输入、输出模块损坏时，如论手轮如何变化，检测到主站的电压始终是一个固定值）。同时当发电机相序接反时也会导致SF和BF指示灯亮，PLC的CPU模块故障也会报警。
3.2通讯故障
在现场通讯故障发生的几率较高，直观的表现是电控房PLC连接指示灯不亮，光耦模块指示灯不正确。一般有以下几个原因：通讯光缆故障；电源和MPI适配器损坏；操作不当引起的触摸屏损坏；有时接地不规范、未及时清理灰尘等也会引起通讯故障。
4.晶闸管故障及排除
4.1晶闸管故障
晶闸管击穿的原因主要有以下几种：
4.1.1过电压
过电压在本系统中主要是由以下几个原因引起。一是由于系统中的大功率电机的起动或停止均有可能产生过电压，二是晶闸管在整流过程中产生的多次或高次谐波而产生的谐波过电压。
在ROSS HILL系统中为了防止交流母线中的峰值电压击穿晶闸管，它采用在母线之间加上压敏电阻的方法。另一种方法是采用RC回路吸收高频过电压，在每个晶闸管上都并联一个RC电路，该电容就是用来吸收回路中的高频过电压。压敏电阻吸收回路作为主保护，RC吸收回路作为辅助保护。
4.1.2过电流
如系统在长期的过载情况下运行，电流一直很大，导致晶闸管发出大量的热，长时间积累，会最终烧毁晶闸管。在ROSS HILL系统中每个晶闸管串联了快速熔断器，有效地防止由于过电流而烧毁。
虽然系统都做了保护，但是在现场还是经常出现晶闸管及快熔烧毁的现象，影响正常施工。在系统启动与降载时，应缓慢的旋转手轮，避免产生冲击电压。同时还应避免过载及加强电控房内的通风，保持适当的室温以便改善晶闸管散热条件，达到保持或提高晶闸管的正向转折电压和反向转折电压，提高其工作性能，保证整个系统的正常运转。
三、结语
综上所述，钻井施工环境恶劣、工况复杂，随着工作方式和环境的不同，电控系统会发生各种类型的故障，作为现场电气技术人员，需要对故障进行科学合理的分析，才能发现症结所在。在排除电控系统故障后，需要及时地分析总结，详实地记录好从故障的发生、判断分析直到故障消失所有的过程，尤其是关系到相关电路图、参数配置、软件设定常出现故障类型方面，会对今后工作有一定的帮助。