北石DQ70BSC顶驱系统故障排查及处理方法

赵宇，张国辉，刘志辉，杨洪生，杨斌 (.渤海钻探工程有限公司第三钻井工程分公司吉林项目部， 吉林 松原 38000；.北京石油机械有限公司，北京 00000)

0 引言

顶部驱动系统(top drive system，TDS)由于其结构特点，被广泛使用在现代钻井工程中。由于顶驱集成化程度较高，电控系统较为复杂，易受到环境湿度、温度、粉尘、腐蚀性气体等因素影响，井场遇到突发情况易引发设备故障。如故障发生时及时发现，正确判断并进行解决，能够节约宝贵的时间，避免井下故障和引起其他问题。因此掌握常见故障的分析解决方法成为基层操作人员的一项不可或缺的技能。

1 故障发生经过

2021年2月，公司一台2007年出厂北石DQ70BSC顶驱在使用期间出现异常情况，顶驱A电机本体插头击穿烧毁，更换新插头插座并安装恢复好后，系统总起报故障，顶驱配电室2#整流柜PMU模块显示故障代码为F033。

2 故障排除经过

首先，将顶驱配电房出线口A、B电机电缆插头互换，测试A、B电机均正常运转，判断电机无故障。将A、B电机电缆重新连接好后，2#整流柜再次报报F033故障，采用互换法，将1#、2#整流柜中A23电源触发板更换后，两柜PMU均报F033故障[1]。

将触发板恢复原位后，1#柜工作正常，顶驱A电机工作正常，2#整流柜无法启动。根据故障现象，判断为A23触发板故障。更换完触发板后，F033故障消除，1#整流柜仍然无法合闸[2]。

继续采用互换法，将CUR板更换地址模块后进行互换，1#整流柜仍然无法合闸。最后，排除其他问题后，怀疑时间继电器故障，将1#、2#整流柜时间继电器互换后，1#整流柜合闸正常，工作正常。经过询问，该时间继电器为西门子公司停产零部件，零部件供应商无法及时提供，故更换为具有相同功能的德力西牌时间继电器。更换完毕后，A电机正常运转2 h，再次跳闸，逆变柜PMU显示F148故障。

经过查询西门子公司“矢量控制大全”中的故障代码，故障原因分析为，逆变器过载、逆变器超温报警、逆变器超温故障、制动单元超温、SIMOLINK通讯故障，推荐措施为检查逆变器是否过载、检查逆变器是否超温、检查制动单元、检查SIMOLINK通讯等。继续采用互换法，对1#、2#逆变柜中的制动单元进行互换，互换后1#柜工作正常，2#柜仍然频繁停机报故障[3]。由于现场使用了顶驱扭摆系统，经过对两台电机工作电压曲线监控，发现在扭摆系统介入瞬间，A电机电压由正常的直流800 V左右升高至900 V，B电机电压由直流800 V降低至500 V左右，并缓慢恢复至600 V。电压趋势曲线如下图1所示。

故怀疑扭摆系统介入变频器后会对变频器工作或对PLC程序造成影响。经过与现场工程师咨询，扭摆系统只介入1#柜控制A电机动作，对2#柜无影响。根据故障代码说明，判断为柜中某部件温度随着电机使用产生温度升高异常。经检查无果后，决定安排西门子厂家进行现场服务，查找6SE70变频器是否有故障或变频器配套软件是否出现故障。

现场服务人员到井后，通过专用软件，进入PLC控制系统内部，与各项参数的正常数值对比，对系统设置异常的参数进行恢复。恢复后对各项系统数据进行监测，发现r833项对应的监测数据异常，系统提示2#逆变柜IGBT模块升温过快，现场每隔一分钟使用红外测温仪对IGBT模块及温度传感器检测，持续检测10 min后，发现IGBT模块附近温度由40 ℃迅速升温至60 ℃，确定为模块升温异常。为进行验证，将钻井井口用防爆鼓风机接好后调整至合适位置，对模块进行降温，并观察模块温度，发现升温速度有所下降。在r833对应的参数值升高至77时，2#整流柜掉闸报警。经过对1#、2#逆变柜进行对比，2#逆变柜冷却风量不足。将逆变柜冷却风机拆掉单独进行测试，接通220 V电源后，风机运转正常，风量较大，安装恢复后，柜内风量不足[4]。对控制风机的空开进行监测，上线下线电压为118V，电压正常，故判断为CUVC电路板未对风机供电。从空开下线直接将电源引入风机后，再次启动顶驱总电源，1#、2#柜合闸正常，顶驱电机工作正常，故障解除。

3 原因分析

该设备属其他市场调配设备，且使用时间较长(2007年出厂至今)，故存在配电室电路、零部件老化问题，且设备长途调动，存在路程颠簸、现场使用环境变化等一系列因素，很有可能导致多处故障出现。本次故障排查由于1#柜使用正常，故使用互换法进行故障排除。

4 顶驱本体及电控房维护保养要点

根据此次发生故障的情况，认为使用单位应加强顶驱本体及电控房的维护保养，按照要求进行日常保养及巡检。应该注意，顶驱上所有的紧固件虽都有相应的防松措施，但产品在使用过程中紧固件可能逐渐松弛，只有进行定期检查，才能避免因为紧固件松动导致的设备损伤及人员伤亡等事故。故需每日检查顶驱全部紧固件的松动情况。每日保养、检查项目如表1和表2所示。

项 目 检查内容 采取的措施冲管盘根总成 磨损及泄漏 按需要修理或更换导轨、天车耳板 锁销、别针、螺母等 按需要更换滑车 滑车圆螺母、止动垫圈等按需要更换液压系统和液压油 液位、压力、温度、清洁等按需要添加或更换液压管线检查液压系统管路泄漏情况检查液压管线的表面状况按需要修理或更换液位液温计 液位、温度、清洁等 按需要更换板式滤油器报警杆 弹出情况 若弹出则清洗滤网呼吸器 检查松动、损坏情况 按需要更换电缆 损坏、磨损和断裂点 按需要修理或更换电缆接头 破损、松动、绝缘情况 按需要修理或更换平衡油缸夹紧装置 位置、锁紧情况 按需要调整吊环连接体 检查松动情况 按需要调整或更换反扭梁总成检查钻杆是否位于井口中心检查螺栓、螺母等紧 固件井口对正按需要调整或更换电机润滑油泵 检查油泵泄漏情况 按需要维修或更换电控房除尘、检查各处电器元件是否工作正常，检查线缆连接情况按需要维修或更换

5 结语

文章对顶驱使用过程中出现的单个典型故障进行了分析排除，利用互换法可以以最快速度判断电气零件是否工作正常。本文得到以下结论：利用互换法，简化了故障发现的过程，有助于快速判断故障发生原因，及时解决。但对于软件及程序故障无法进行判断，需要继续深入研究。并推荐了顶驱本体及电控房的每日保养、巡检项目，有助于及早发现问题，避免更大事故的发生。