ECIM55402井径仪无法开收腿故障分析及解决办法

潘明宇，吴学涛，彭宏文，杨 爽，姚劲松

(中国石油集团测井有限公司物资装备公司 吉林 松原 138000)

0 引 言

ECIM5540 电极系井径连斜组合测井仪是 EILOG-05 快测平台的专用测井仪器[1]，可以连续检测井轴倾斜角、方位角和工具面角，确定井段走向；并由计算机控制将传感器的姿态量通过计算得出井斜角和方位角，编码传送到地面进行绘图、显示、存盘。井径测量采用恒流源供电，当电流流过井径传感器，连续采集电位器上的电压值,可以同时测量 X、Y 方向的井径。

仪器在结构上分为上下两个短节。上部短节主要包括连续测斜电路、电极系和井径供电测量电路(ECIM55401短节)，下部短节主要包括井径机械推靠器部分(ECIM55402短节)。随着仪器使用周期加长，组合测井仪出现各种故障，其中ECIM55402井径短节不能正常开腿收腿故障率占到40%～50%。根据组合仪工作原理，结合维修实践，对这一故障进行了分析，提出了解决办法，为仪修人员提供参考借鉴。

1 井径短节开腿收腿工作原理

1.1 供 电

地面系统经遥测短节的2芯和10芯提供大约110 V辅助交流电压，在ECIM55401短节整流后提供直流电压供给ECIM55402短节的井径电机，供电电流100～200 mA，井径短节开腿收腿框图如图1所示。

图1 井径短节开腿收腿框图

1.2 命令控制

地面系统下发DSIGNAL命令控制井径电机的工作状态。下发的DSIGNAL命令通过B0和B1信号线经达林顿管(MC1413)驱动，控制相应继电器吸合/断开来操控井径电机是否开始工作，有张开、收拢、和禁止推靠3种状态,其控制命令见表1。

表1 井径电机控制命令

继电器 K1 的作用是紧急收腿，即在仪器主电断电无通讯状态下，供辅交流收拢推靠器确保井径仪不会卡在井中；K2(对应B1信号)的作用是允许或禁止推靠；K3(对应B0信号) 的作用是控制推靠器张开或收拢，如图2所示。

图2 继电器控制电路

2 故障现象及原因分析

2.1 故障1

2.1.1 故障现象

对ECIM5540上部短节供主电220 V，通讯正常，连斜、电极系工作正常。下发开腿命令，附交流供电110 V，井径不开腿。

2.1.2 检查及解决

首先测量ECIM5540上部短节的下5芯(连接电机一端TK1)和6芯(连接电机一端TK2)之间电压，无负电压输出，说明故障在上部短节。

按图2测量B0、B1电压，是高电平，说明下发命令正确。接着测量B0、B1经达林顿驱动芯片MC1413对应的管脚14和13，电压均为24 V。由于MC1413是反向驱动器，输入是高电平时输出应为低电平，而测量结果是输入高电平，输出也是高电平，说明继电器线圈两端无24 V电压差，所以继电器没有吸合，电机供电没有回路，致使电机不工作。由此判断是MC1413故障，更换后，电机转动，井径短节开腿正常。

2.2 故障2

2.2.1 故障现象

主电供电正常，附交流供电50 V时电流达到500 mA，远远超过正常电机开腿电压，导致井径腿无法打开。

2.2.2 检查及解决

正常井径电机开腿过程是下发命令后继电器K3常开(6脚7脚吸合，2脚3脚吸合)，K2常开(2脚3脚吸合，6脚7脚吸合)，K1常开(6脚7脚吸合，2脚3脚吸合)，构成一个负直流电供给电机的两端TK1和TK2，形成完整回路。供电电流大说明必有短路。根据图1首先检测整流二极管，均正常；接着测量各个继电器吸合情况，K1、K2吸合情况均正常。检查K3继电器时，发现1脚和8脚线圈值正常，但触点全部导通。从图1电路中可以清楚看到，如果K3继电器触点全部导通，在电机供电两端正负极就会短路形成大电流而无法让电机正常执行开腿功能。

更换K3继电器后，供附交流110 V，电流200 mA，井径电机正常开腿，仪器工作正常。

2.3 故障3

2.3.1 故障现象

测井时先是附电供电电流时大时小，后来井径开收腿无反应。

2.3.2 检查及解决

检查发现，井径电机供电控制板上K3继电器部分管脚覆铜板都已经脱落。检测K3继电器1脚和8脚之间的线圈电阻无穷大(正常应为3 kΩ左右)，说明继电器的线圈已经损坏。

更换K3继电器后重新加电，主电供电正常，附交流供电110 V，井径电机不工作，无法开腿。检查B0、B1命令正常，但K3继电器没有正常吸合。测量K3继电器的1脚和8脚之间吸合电压24 V正常，按图1检查K1、K2、K3继电器常开、吸合正常。再次仔细检查K3继电器时发现6脚和4脚之间的覆铜板脱落，导致井径电机负端TK2断开，不能形成回路。在电路板上K3继电器的6脚和4脚之间连线，井径电机供电正常，开收腿正常。井径控制板继电器连线如图3所示。

图3 井径控制板继电器连线

2.4 故障4

2.4.1 故障现象

主电供电正常，供附交流110 V，井径电机不工作。

2.4.2 检查及解决

检查发现B0、B1命令正常，K1、K2、K3继电器没有正常吸合，怀疑是继电器供电不正常。继电器供电电路如图4所示。次级交流电经Q1二极管整流后由电解电容C1滤波产生24 V左右直流电加载到继电器的电感线圈。测量C1两端电压为16 V，达不到继电器工作电压，所以继电器不吸合。检查变压器次级输出交流23 V，正常。Q1的4个整流二极管均正常。仔细检查滤波电容C1，发现管脚一端断开，导致输出电压降低。

图4 继电器供电电路

更换滤波电容C1后，K1、K2、K3继电器正常吸合，井径电机开收腿正常。

2.5 其他故障

除了上述常见故障现象外，还有一些偶然情况。如主电供电正常，附交流供电正常，但井径开腿下发命令时有时无，导致井径无法开腿。仔细检查发现，井径短节底部三总线插头接触不好，导致下发命令不稳。此外，遥传短节与ECIM5540上部短节连线过长也会使通讯不畅，导致井径短节开收腿命令中断而无法正常工作。这些情况主要是由工作不够细心或者误操作引起的，如果工作时认真检查,一般是可以避免的。

3 改进措施

从以上故障可以看出，如何保护K3继电器触点及连接电路是关键。通过查阅相关资料及对电路进行分析，提出以下改进：

1)对驱动电路的保护

在K3继电器线圈1脚和8脚之间并联二极管DX，8脚接二极管DX正极，1脚接DX负极，如图5所示。继电器K3正常供电24 V时，二极管DX反向断路。当继电器断电时，继电器线圈(相当于电感)会产生瞬时反向电动势e=-Ldi/dt(一般是供电电压的几倍以上。这个反向瞬时电压会对继电器K3连接的驱动电路MC1413造成冲击甚至损坏)，这时二极管DX正向导通，把反向电动势进行释放，保护了驱动电路MC1413。

图5 MC1413的保护电路

2)对继电器K3触点的保护

附交流经整流后的直流电压通过继电器K1、K2、K3吸合形成通路加载到电机两端。由于K1、K2基本保持常开状态，触点的吸合状态基本不变。而井径的每一次开腿收腿，K3继电器触点也要进行吸合，所以受冲击和损坏的几率要远远大于其他继电器。为了保护K3继电器触点，可以在马达供电回路中串联一个电感，以减小浪涌冲击电流对触点的影响。

4 结束语

针对井径短节无法正常开收腿故障，在维修过程中要认真分析故障原因，逐个环节排查，根据不同情况选择相应维修手段和解决方法，并采取相应保护措施。

1)对K3继电器驱动电路，在K3线圈两端并联反向二极管,以消除瞬间反向电动势。

2)为保护K3继电器触点，在马达供电回路中串联一个电感或者考虑使用与K3继电器具有相同参数特征的固体继电器取而代之。

3)建议K3继电器由焊接方式改为插拔方式，避免更换时损伤电路板。