钻井节能发电机故障分析及对策

李克宁

（胜利油田黄河钻井四公司，山东 东营 257096）

节能发电机广泛应用于机械传动的J、L系列和机电复合驱动的LDB系列钻机上。胜利油田黄河钻井四公司目前使用的节能发电机都是1FC6系列无刷三相同步发电机。

一、常见故障

节能发电机由主发电机、励磁机和励磁装置三大部分组成，采用可控相复分流励磁方式，由电抗器、电容器、整流变压器、电流互感器和可控硅自动电压调节器（AVR）构成发电机励磁装置。驱动是由柴油机通过减速箱或并车传动箱等机构用离合器驱动或是离合器先驱动增速箱然后再带发电机。由于其相关部件较多，使用不合理，造成现场使用中故障率较高。故障主要有以下几方面：AVR板坏、定子绕组烧损、励磁装置元器件损坏或开路、励磁机组件故障，其比率见表1。

二、主要原因

1．发电机振动大，且与转速成正比

振动易造成电抗器、电容器、整流变压器、电流互感器和可控硅自动电压调节器（AVR） 等元器件松动，并使线路松动、磨破以致磨断，造成打火烧毁元件，有时甚至造成主回路线路故障。振动还会加速发电机轴承的损坏，严重时会造成发电机定子扫堂。振动原因如下。

（1）现场安装时随意性强，安装不正规，精度不达标。底座不平或变形，选用的垫片不合适等造成联轴器歪斜。

（2）底座设计不合理或支撑强度不够引起共振。有些钻机在设计时没有充分考虑节能发电机的安装位置和底座支撑，有的用“飘台”支撑，下面是空的，有的与传动装置分别在两个底座上。

（3）增速箱设计的强度偏小，轴承和齿轮设计的额定负载过小，造成轴承易跑内圆或外圆，齿轮易磨损使间隙过大。

2．使用环境恶劣，防护等级低，保护设施不完善

（1）节能发电机都是户外露天使用，防护等级是IP23，没有安装防冷凝加热器。井队停工时间较长或环境比较潮湿时，发电机的绕组绝缘水平会降低，当低于0.2MΩ，不经过烘干直接加载使用造成定子绕组和励磁绕组烧损。在新井开钻初期和雨季最容易出现绕组烧毁的故障。

（2）由于节能发电机进线口不密封，也没有防护罩，通风口没有过滤器，造成发电机内腔易聚集灰尘，导致散热不良。

（3）厂家配备的节能发电机控制柜过于简单，保护功能少且不准确，断路器容量和发电机的功率不匹配，一般只配有一个过流继电器和过压继电器保护，无法对发电机进行有效的过载保护，也没有欠频、超速等保护。

3.绕组温度过高

（1）现在钻井队用电设备越来越多，功率越来越大，存在负载过大甚至长期过载运行现象，引起发电机严重发热，绕组温度过高，造成绕组绝缘降低、破坏，提高了定子绕组和励磁机的故障率。发电机功率不足还会造成在突变载荷时，发电机的响应跟不上，电压和频率波动大。

（2）传动比设计不合理。在柴油机所带负荷较大或为满足泥浆泵使用工况时，节能发电机转速会长期低于额定转速，供电频率经常低于48Hz。

（3） 使用不正确。这包括两个方面的内容。一是钻井队负载一般都很不平衡，相电流最高与最低能差几十安培，不平衡度经常超过20%，这会严重限制发电机的出力。二是有些钻井队盲目为了节约油料，在起下钻时用节能发电机。起下钻时柴油机的转速会急剧变化，造成发电机的转速和频率也跟随急剧变化，对发电机造成冲击。

（4） 发电机出风口护罩损坏，造成冷却空气不能自由进出，通风量减少。

表1

三、预防及改进措施

（1） 节能发电机功率最好选用比井队总用电功率高两个等级，余量在200kW左右比较合适。节能发电机是作为一个主发电机长期使用，要以发电机的持久功率作为选定标准，并适应井队37kW以下电机直接启动时的冲击。

（2） 在设计柴油机与节能发电机之间机械传动装置的速比时，应考虑柴油机在各种工况下工作时，节能发电机的输出频率应稳定在52~48Hz之间；优先选用转速1 000 r/min以下的低转速发电机，这样稳定性较高。

（3） 保护设施配备齐全。应当配备或使用冷凝加热器和定子绕组内的PTC传感器或电阻温度计，前者可以在绝缘受潮时烘干绕组，防止加载时被击穿，后者可对各种原因导致的绕组过热进行保护。这两种保护设施的价格不高，但能够对发电机主体起到非常重要的作用，可以大大降低维修费用。另外，还可以加装空气过滤器，并配备一定的防风沙措施。

（4） 安装和使用中要注意发电机与原动机轴的准确对中，加强底座强度；对于传动机构有问题的应当及时整改；每次完井检查发电机顶部及内部各种元器件的固定和发电机地脚螺丝的固定；定期清扫内部灰尘，给轴承加注黄油；雨天和井队起下钻时不能使用节能发电机，长期停用后再使用前用兆欧表检查绕组绝缘。使用中保持三相负载平衡；发现发电机温度过高要查明原因，必要时换用备用沃尔沃发电机。

四、应用效果

从2009年年初开始逐步实施上述预防和管理措施后，节能发电机的故障率逐渐降低，从往年的大修10台次/年降低到7台次/年。