电驱动钻机SCR系统常见故障及排除方法(张业贵)

电驱动钻机SCR系统常见故障及排除方法(湖南钻井西南项目部张业贵)摘要:根据电动钻机的特点及钻井作业现场的维护经验，介绍了SCR控制系统的常见故障及排除方法。

关键词: SCR 控制系统电驱动钻机故障排除目前，随着电子技术的飞速发展，国内外各大钻井公司都配备有电驱动钻机，电驱动钻机已成为钻井生产的主流设备，直流电动钻机均采用SCR控制系统，该系统是一套比较成熟的、可靠的钻井作业现场电气控制系统，该控制系统大部分为：国外ROSSHILL系统；国内宝美、天水传动研究所、西安海尔海斯、四川宏天、北京四利通、浙江华盾等公司生产，由于使用时间长，技术比较成熟可靠，所以其出现故障也有规律。

根据钻井作业的特点和经常出现的故障性质，将故障按系统控制对象进行分类，这也是现场处理故障比较切实可行的一种分类方式。

本文按所在位置将控制系统分为：SCR柜及直流电机、柴油发电机组、PLC和控制柜四部分(钻机配置为3512B型卡特柴油发电机组、永济Z08和Z08A型直流电机，宝鸡F-160O型泥浆泵、西门子PLC) ，简述了其常见故障及排除方法。

1 SCR柜及所驱动直流电机故障SCR柜及所驱动直流电机故障,根据负载分为:绞车、钻盘和泥浆泵SCR柜及所驱动电机故障。

其系统的核心是直流组件，控制方式主要是PLC控制。

1.1绞车故障绞车常见故障分为绞车的两台直流电机都不工作，或者只有单台电机工作。

在钻井现场，绞车电机主要工作方式为串联方式和并联方式，这两种方式的选择是通过司控台上的指配开关进行的，控制主要为PLC控制，另外还有旁通模式。

如果绞车不工作，首先检查司控台上的相应SCR柜指示灯和绞车风机指示灯，若相应的指示灯亮，则说明PLC这一路工作正常，否则，SCR柜有故障或断路器没闭合（或跳闸），闭合相应SCR柜断路器，灯仍然不亮，查其通讯及相应接触器而排除故障，如果灯亮但电机仍不工作，将PLC/BYPASS开关打到BPASS（旁通）位置，观察电机是否工作。

通常情况下PLC和BYPAS同时发生故障的几率很小，若两台电机都不工作，应将指配开关打到能使单台电机工作的“钟点"位置或"10点钟"位置（旁通位置），然后将司控台上的相应开关闭合，此时若电机不转，则说明它们的共同通路有故障，否则，查相应的-14V使能电路是否到了直流组件的CONT使能端子。

-14V使能信号出现故障一般有直流电机接线箱密封不严，导致箱内气压不够，风压检查开关不能闭合，不能使-14 V使能信号到达直流组件；风机运转时，在控制房内有一组中间继电器给PLC传递 "风机运转信号"，若继电器没有闭合，则-14 V信号不能到达直流组件；检查绞车锁定按钮(LOCK QUT)供电回路，该回路有一个中间继电器，如果中间继电器没有吸合，可以检查相应的故障。

这里要注意的是绞车A、B电机分别有一个锁定按钮供电回路。

若绞车串不工作，但单台电机工作时，一般都是该回路保险烧坏；如果-14 V使能信号能到达直流组件，但指配接触器依然不动〈在司钻台操作给定手轮时，可以听到"咔啦"一声) ，可以检查-14 V及 +60 V电压是否已送到接触器的合闸线圈上，若没有问题，则是接触器出现故障，否则，再检查+60 V 电压回路(该回路通常极少出现故障)。

1.2 泥浆泵故障泥浆泵故障通常有泥浆泵不工作和泥浆泵泵速不稳两种故障。

a)泥浆泵不工作，首先检查司控台上的相应SCR柜指示灯和泥浆泵风机指示灯，若相应的指示灯亮，则说明PLC这一路工作正常，否则，SCR柜有故障或断路器没闭合（跳闸），闭合相应SCR柜断路器，灯仍然不亮，查其通讯及相应接触器而排除故障；如果灯亮，但电机仍不工作，将PLC/BYPASS开关打到BPASS（旁通）位置，观察电机是否工作。

若仍然不工作，可从-14 V使能信号回路检查，检查过程和绞车故障相同。

但是泥浆泵的两台电机是并联的，且有一个防滑电路（防止皮带打滑运转），防止两台直流电机工作不同步，而出现飞车，特别是皮带使用时间较长或下雨天，容易出现防滑电路故障保护。

b)泥浆泵泵速不平稳可分为周期性摆动和无规则摆动，若是无规则摆动，则是泥浆泵上水不好造成的，与电路元关。

若是周期性摆动，在排除机械故障后，则是电气故障。

首先应检查直流组件的速度调节回路，可以用一个备用组件更换，更换后若恢复正常，则说明是组件出了故障，这时可以用示波器检查组件速度调节回路Z7运放输人、输出端的测试点的波形,若输入波形稳定，而输出波形周期性波动，则为Z7放大器有故障，在排除Z7周边电阻及电容故障(电阻热性能不稳定，电容漏电等)后，则应检查Z7放大器，如果直流电机发出周期性的响声，一般为某个整流可控硅损坏或触发不良所致。

另外，碳刷在使用时间较长后，由于磨损严重，导致刷握不能压紧或碳刷与刷握之间卡死活动不灵活，碳刷和换向器的云母片接触不良，也会出现周期性摆动。

1、3 钻盘故障钻盘常见故障表现为钻盘直流电机不工作或不稳，控制主要为PLC控制，另外还有旁通模式。

如果钻盘电机不工作，首先检查司控台上的相应SCR柜指示灯和钻盘风机指示灯，若相应的指示灯亮，则说明PLC这一路工作正常，否则，SCR柜有故障或断路器没闭合（或跳闸），闭合相应SCR柜断路器，灯仍然不亮，查其通讯及相应接触器而排除故障，如果灯亮但电机仍不工作，将PLC/BYPASS开关打到BPASS{旁通}位置，观察电机是否工作。

通常情况下PLC和BYPAS同时发生故障的几率很小，此时若电机仍然不转，可从-14 V使能信号回路检查，检查过程和绞车故障相同。

电机工作不稳，故障及排除与泥浆泵周期性摆动相同。

2、柴油发电机组故障柴油发电机组主要是交流组件控制。

控制信号主要有用于转速（频率）测量的脉冲传感器检测的脉冲信号、油门执行器的给定信号、发电机的励磁信号以及给柴油发电机组本身的控制系统电源。

现场使用过程中经常出现的故障现象，有柴油机组不能启动、柴油机组功率分配不均匀等。

故障主要发生在脉冲传感器的脉冲信号和油门执行器的给定信号及交流组件本身。

2、1 脉冲传感器故障脉冲传感器发生故障时，柴油机组无法启动，而且在启动柴油机组启动马达时，柴油发电机组只是转动几秒后（速度在180 r/min左右)就停止了。

这时，要先检查给交流组件脉冲检测电路供电的电池电压是否为24 V，即交流组件的510和512端子是否分别为+12 V和-12 V，虽然说明书上说明2个端子之间电压大于20 V 就可以，但每个端子的电压都必须大于10 V，若一个为11 V以上，而另一个在10 V以下，则柴油机组还是启动不了。

设备长时间没有使用时，电池电压一般是低于规定值的。

如果电池没有问题，再检查组件526和527端子，看其电阻是否为143 Ω左右，如果不是，应检查柴油发电机组本体的脉冲传感器插接件是否接触良好，电缆是否有磨破短路的痕迹，或者SCR房与机组连接窗口的插接件是否接触良好。

2.2 柴油发电机组故障柴油发电机启动不了时，在排除柴油机组自身油路、润滑油路及其本身故障后，要仔细检查发电机侧的励磁回路，因为柴油机组振动大，可能会导致发电机接线箱内的接线松动，有时也会损坏励磁变压器。

2.3 执行器故障执行器故障的检查方法和第2.2节基本相同，只是测得的执行器电阻(交流组件端子533和545 之间)应为33Ω左右。

2.4 功率分配问题功率分配不均匀可以用电流表测量发电机窗口的进线电流，看其是否和其它机组一样，也可以检查其是否和柴油机组自身测得的燃油消耗率一样，来判断功率分配是否平衡。

如果平衡，则是组件故障，可以将备用组件换上，这时要将R58电阻和C45电容测量好,避免柴油机组游车，因为每台机组的特性都不相同。

2.5 其他问题对于柴油发电机组的同步控制、主从控制和功率限制，在出厂前都已设定好，如果有故障，一般都是保险熔断，更换保险即可。

如果保险没出问题，就应检查相应的供电回路，特别是变压器、整流桥等，但根据现场经验，这部分出现故障的几率不大。

3、控制柜a)断路器合不上闸该部分最常出现的故障是断路器合不上闸，其次就是烧保险。

断路器合不上闸，主要原因是欠压脱扣线圈所在的合闸回路保险被烧，而且时常伴随着合闸变压器烧毁。

当发现保险被烧后，应再检查合闸变压器，防止因合闸变压器故障再次烧保险。

若保险和变压器都是好的，仍然合不上闸，则主要是因为合闸变压器的容量太小，在断路器跳闸后再合闸就会合不上。

这时，只要拔下该回路保险，再重新给合闸变压器一个冲击，即可将闸合上。

b)直流控制柜中的故障在直流控制柜中，如果面板上的浪涌抑制指示灯灭，此时千万不能合闸，应检查该回路的保险后再合，否则会损坏主保险，严重时甚至会烧毁晶闸管；如果直流控制柜所带的负载有周期性类似金属碰撞的声音，一般是晶闸管的主保险烧毁，应更换;如果出现负载不工作的现象，应沿着-14 V使能信号回路检查，若负载周期性摆动，通常是直流组件出故障，由于现场条件所限，只能更换新的组件再试。

在该部分，要特别注意为-14 V使能信号锁定触点继电器供电的保险，这些保险极易被烧毁，导致负载不工作。

c)交流控制柜中的故障交流控制柜自身的故障排除方法与直流控制柜类似。

4、PLCa)电控房内PLC连接指示灯不亮，光耦模块指示灯不正确。

该部分故障主要出在司控台PLC和电控房CPU的通信上，现场司控台和电控房PLC都是光纤通信。

当PLC LINK OK指示灯不亮或光耦模块指示灯不正确时，一般是通信故障. 这时首先检查司控台和电控房的光缆插接件接触是否良好，然后检查光缆本身是否有故障（被压坏、弯折严重或折断）。

因为在 PLC系统中，光缆是唯一露天的部件，出现故障的凡率较大。

可以使用现场常用的发出红点的手电照射一边的芯线，再从另一边观察是否能看到红光，看不到的那根即已断。

b) BF(总线故障〉故障灯亮或闪烁如果BF指示灯亮，也要首先检查该光缆及插接件，排除故障后，再检查司控台的PLC。

若司控台PLC的供电模块烧毁，会导致SF和BF指示灯亮；或者由于安装粗心，所有发电机窗口进线的相序全部接反，也会导致SF和BF指示灯亮。

如果司控台没有问题，再检查电控房PLC。

另外，PLC的CPU模块故障也可导致这些指示灯亮。

5 结束语钻井作业现场环境比较恶劣，后勤保障、零部件组织困难，且钻井作业过程是一个紧凑、危险性〈人员安全、设备安全、井下安全〉高的过程，因此现场维护人员必须要熟悉系统的原理和设备的性能，掌握一些应急办法。