电动钻机电控系统故障浅析

邵亲华，马林昌，索文刚

（1.渤海钻探第五钻井分公司，河北 河间 062465;2.中国石油川庆钻探国际工程公司，四川 成都 610051；3.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃 天水 741020）

1 引言

伴随着通信技术及电子技术的不断发展，当代石油钻井技术的现代化程度越来越高，现代电动钻机体系结构及控制系统等较机械钻机都发生了巨大的改变。然而，我国电动钻机电力控制系统制造商在电动钻机自动化控制系统的设计及配套方面，从整体布局，控制系统的操作性、稳定性及可靠性等，特别是系统软件参数配置，尚未形成统一、成熟的标准，这就导致了电动钻机控制系统在使用时容易发生故障。电动钻机的成本非常高，甚至达到上亿人民币，假如因为系统故障造成工作停止，造成的损失将是非常巨大的。通常，对于电动钻机故障统计分析来看，比较容易出现的故障是电气控制系统部分。究其原因，是目前我国电动钻机电控生产厂家电控系统设计及相应的标准不一致，电气控制系统还会出现操作现场性能不稳定、出错概率高、自动恢复能力弱，出现故障时，往往需要厂家专业技术工程师修理调试。所以，提高常见电气控制系统故障的分析与排障能力，对于保证电动钻机的高效稳定运行有着非常重要的作用。

2 电动钻机常见电控系统故障

（1）电控系统硬件故障

指电控系统中电子元器件、集成电路、信号传输线缆、模块接口等出现异常情况时导致电控系统工作不正常。这种情况下，必须要经过专业的修理或者更换部分设备模块才能解决问题。

（2）电控系统软件故障

通常指电控系统逻辑控制程序（Programmable logic controller，PLC）出现逻辑异常，系统设置的程序运行发生故障。发生软件故障时，往往要对某些运行关键数据进行修改等操作才能解决。

（3）自检程序指示的故障

电控系统通常会设计有全功能的自检程序，对系统的运行状态进行实时监控，当系统出现故障时立即报警，并且会将故障情况以文字方式简洁地显示在监视屏上，通过系统自带的使用手册能很快地对故障进行定位，找出发生的原因，并按照提示的方法解决。通常这类问题容易解决。还有一些故障如开关没有闭合、接插不稳等，会超出系统自检程序检测的范围。对于没有系统指示的故障，就需要工作人员对故障现象进行仔细观察，综合分析，凭借丰富的经验才能加以排除。

（4）偶然性故障

偶然性故障是在同一条件下发生的突然性故障，具有很大的随机性。由于这类故障无规律可循，分析起来比较困难。发生这种故障大多和系统的机械结构局部接触不稳、模块松动、硬件器件可靠性低、外部温度、湿度因素等有关联。这种故障需要多次试验、综合判断方能发现原因并解决。

3 电控系统故障诊断方法

（1）加强日常巡查

在设备开始运行前，要认真对系统进行巡查，查看系统各部分运行状态是否正常，各类电气控制装置，例如数字控制系统、温度控制部分、冷循环部分等是否有告警提示。在进行细节巡查时，要检查有没有保险丝熔断、电子器件烧坏、线缆断开等，还有各个元器件位置是否合理。在适当条件下，要对系统进行断电检查，凭借用手触摸关键集成电路板的安装状况、电源接口的插接情况、所有信号线的联接状况等，通过手工感觉来分析可能出现问题的原因。还要巡查有无异常的烟、火、声音、气味等情况，如有应立即断电处理。当系统发生故障时，要仔细分析故障发生的情况。

（2）各种仪器仪表检查

通过使用常规的仪器及仪表，可以对各项交直流电源电压及瞬间冲激信号等进行测试，从而可以分析出其中潜在的问题。比如，用万用表检查集成电路板关键点上的电压、电流情况，用示波器观测输出信号的幅度、相位等情况，用逻辑控制程序自检程序测试逻辑控制程序中的故障并进行原因分析。

（3）报警指示分析

报警指示包含两个部分：一是硬件报警指示，是指根据电子装置上的状态和故障指示灯指示的情况，参考其使用说明书就能知道发生故障的原因以及修复故障的措施；二是软件报警指示，当系统的软件部分出现问题时，会有相应的警告提示，查找相应的使用说明书就可以找到出现问题的原因及解决问题的措施。

（4）设备间接口状态的检查

在电动钻机的电控系统中，集成了大量的逻辑控制程序，电控系统中的工控机和逻辑控制程序是通过一些接口形式实现模块间的通信。有时这些接口工作不大稳定，会造成信号的丢失或出错，通常可以通过检查对应的接口板及输入输出板上的状态指示灯来判断，也能在工控机屏幕上显示。依靠逻辑控制程序的调试程序，能将全部的接口信号调出。这种排障方法对维护人员的要求较高，既要精通逻辑控制电路的调试程序，还要对电动钻机电控系统的接口信号非常了解。

（5）对运行参数进行适当调整

电控系统的一些运行参数通常是由设备厂商技术工程师调试完成的，出现参数设置类的故障后，主要靠厂商方面来维护解决，但这样会延长设备的维护周期。如果熟悉系统的性能，了解电控系统各部分装置的各个参数代表意义，就可以通过对运行参数进行适当的调整，解决此类故障。这对维护人员的要求标准高，不但要对系统具体参数掌握，还要知道参数的运行地址空间，需要有扎实的电气调试经验。需要注意的是，所有的调试工作要在不影响石油钻井工作下进行，当发生异常情况时需要迅速恢复系统默认值。

（6）更换维护备件

由于电子制造技术的快速发展，电路板的集成规模越来越大，当电路板发生故障时，对电路板的维修将会变得越来越困难。为了快速解决故障，通常是通过更换相同的电路板来解决的，这样就可以有效地缩短故障时间。在更换电路板时，要注意以下几个环节：一定要在系统断电情况下才能实施；更换电路板前，要记录好原先电路板运行时，一些电子元器件的工作状态和存储器运行的程序及参数，更换电路板后，还要按照同样的设置配置好，否则系统不能工作；在更换带有存储器的电路板时，有些电路板掉电时存储器的内容会经过一段时间后自动丢失，这就需要及时地或在线更换备用电池，防止数据丢失。

（7）系统电源的检查

系统电源是维持系统正常工作的基础，电源运行稳定与否，对系统会产生重要的影响，轻则丢失数据，重则损伤系统设备。由于发达国家基础工业完备，公用电网运行稳定，电源对系统的影响非常有限，再加上配件的质量较好，很少会发生问题。而我国的电力网络运行不是非常稳定，电气系统在电源的设计未加以足够的重视，就对电动钻机的较大波动特性及中低压配电网的高次谐波不能很好地满足，所以就会因为电源而引起一些看似无规律可循的问题。近段时间以来，电源问题随着人们的认识提高而被加以重视，我国在电动钻机电控系统的设计、制造方面，对系统电源采取了充分的净化设计，确保了系统运行时保持高度的稳定性。

（8）系统接地的检查

电控系统由于受地区、天气气候差异等影响，电控系统出厂的接地装置可能不符合要求，特别是在干燥的沙漠地区。交流变频系统可能由于系统产生的静电积累，会导致交流变频钻机的绞车、泥浆泵交流电机转速不稳，甚至不能正常起动。带顶驱的电控系统可能会与绞车泥浆泵电控系统互相干扰，在保持良好的接地情况下，同时采用把顶驱电控房与绞车泥浆泵等电控房用大于横截面积70mm2的铜芯电缆相连接，并在接地点保持潮湿。建议电动钻机的发电房、电控系统房、顶驱电控房的接地线用大于横截面积70mm2的铜芯电缆。

4 结束语

综上所述，随着工作方式和环境的不同，电动钻机的电控系统会发生各种类型的故障，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，对故障的分析和排障方法要做总结。

［1］陈 波,张旭伟,李冬屹,张嘉新.浅谈我国石油钻机司钻控制系统存在的问题［J］.石油矿场机械,2008,4.

［2］徐建辉,盛拥军.钻机电控系统问题分析及处理［J］.中国设备工程,2007,12.