石油钻机西门子变频器维修与实例的分析

    近年来，随着我国石油工业迅速发展，大庆油田钻探工程公司配备的国产交流变频电驱动钻机数量逐年增加，这些电驱动钻机配备的变频器大部分为德国西门子公司生产的6se70系列变频器，不同类型钻机配备不同数量、不同功率的变频器。下面详细介绍石油钻机中广泛应用的西门子6se70系列变频器内部结构，分析故障的主要分类及原因，并给出了相应的维修方法和实例。
    2 设备基本情况
    图1为zj50/4500db电驱动钻机原理图［1］，动力系统是由4台800kw柴油发电机组并机组成，电能集中输送到交流母线上，钻机转盘由一台交流变频电动机驱动，绞车由2台交流变频电动机共同驱动，每台电机由独立变频器控制，变频器型号为6se7036-5hg62-3ba0、功率为630kw，三台泥浆泵由三台电动机分别驱动，由独立变频器控制，变频器型号为6se7141-2hj62-3ba0、功率为1200kw，送钻电机为45kw，其驱动变频器型号为：6se7090-0xx84-0ab0。
    在钻机日常运行中，尽管变频器自身有完善的监测保护功能，但在实际使用中，还是会由于各种原因发生故障，不能正常运转而影响钻井生产。我们在使用维护过程中逐步掌握了变频器的内部结构，根据变频器结构指导维护与维修工作。图2为6se7036-5hg62-3ba0变频器结构原理图。
    变频器由三台控制柜组合而成［2］，分别是开关柜、整流柜、逆变柜。图2给出了柜中主要部件的名称及控制板的规格型号。开关柜包含电抗器、隔离开关、保险等部件。
    在整流柜中有可控硅整流桥，3个6sy7010-0ab51为上部可控硅，3个6sy7010-0ab52为下部可控硅，型号为6se7041-8gk85-0ha0的控制板提供可控硅触发，电压、电流、可控硅温度检测等功能。cur为整流柜中央控制板，提供参数设置、保护、外部接口等功能，pmu参数设置单元提供参数显示、设置等功能。
    制动单元及制动电阻的选取可根据负载特性要求决定，例如绞车在下放时候，电动机处于发电状态，则变频器必须配备大功率制动单元及制动电阻，zj50/3150db钻机配备10台200kw制动单元及电阻，可以吸收下放钻具时产生的高能量。
    逆变柜内含有igbt逆变桥，图3为原理图，在igbt逆变桥外是电容组，igbt触发板型号为6se7038-6gl84-1bg2，触发板与控制电路之间采用光纤通讯隔离，接口板提供触发光纤接口电路，cuvc矢量控制板是逆变器核心控制板，有参数设置、矢量控制、保护、接口等功能，pmu参数设置单元提供参数显示、设置等功能。
    3 西门子变频器的主要故障
    西门子变频器主要故障分两大类：
    3.1 在自身软、硬件完好的情况下出现的故障
    是在变频器自身软硬件完好的情况下，由于参数设置、电源电压频率、温度、负载、通讯、硬件连接等因素造成的故障，西门子变频器有完善的故障及报警提示，可以很好的分辨这些故障。具体如下：
    （1）参数设置和外围部件故障造成的变频故障。这类故障可以检查参数设置是否有错误，例如：p554的参数设置不正确造成变频器无法启动。另外检查外围器件是否正常，由于钻井设备经常搬迁，控制线断线、插头损坏、控制开关损坏经常发生，应该仔细检查这些部件；
    （2）欠压、过压、欠频、过频故障。此类故障主要是因为外部电源的故障引起的，也有少数故障是检测电路损坏引起的。大部分钻机使用自备发电机组供电，由于发电频率和电压低于变频器要求的上限或下限值而造成变频器故障。应首先维修发电机组，如果是频率过低一般是由于柴油机故障引起的，如果电压过低或过高则是由发电机故障引起的。