摘要：近年來，隨著我國石油工業迅速發展，大慶油田鉆探工程公司配備的國產交流變頻電驅動鉆機數量逐年增加，這些電驅動鉆機配備的變頻器大部分為德國西門子公司生產的6se70系列變頻器，本文主要介紹了西門子6se70系列變頻器內部結構，分析故障的主要分類及原因，并給出了相應的維修方法和實例，供大家參考。
　　
　　1、引言
　　
　　近年來，隨著我國石油工業迅速發展，大慶油田鉆探工程公司配備的國產交流變頻電驅動鉆機數量逐年增加，這些電驅動鉆機配備的變頻器大部分為德國西門子公司生產的6se70系列變頻器，不同類型鉆機配備不同數量、不同功率的變頻器。下面詳細介紹石油鉆機中廣泛應用的西門子6se70系列變頻器內部結構，分析故障的主要分類及原因，并給出了相應的維修方法和實例。
　　
　　2、設備基本情況
　　
　　圖1為zj50/4500db電驅動鉆機原理圖［1］，動力系統是由4臺800kw柴油發電機組并機組成，電能集中輸送到交流母線上，鉆機轉盤由一臺交流變頻電動機驅動，絞車由2臺交流變頻電動機共同驅動，每臺電機由獨立變頻器控制，變頻器型號為6se7036-5hg62-3ba0、功率為630kw，三臺泥漿泵由三臺電動機分別驅動，由獨立變頻器控制，變頻器型號為6se7141-2hj62-3ba0、功率為1200kw，送鉆電機為45kw，其驅動變頻器型號為：6se7090-0xx84-0ab0。　　
　　在鉆機日常運行中，盡管變頻器自身有完善的監測保護功能，但在實際使用中，還是會由于各種原因發生故障，不能正常運轉而影響鉆井生產。我們在使用維護過程中逐步掌握了變頻器的內部結構，根據變頻器結構指導維護與維修工作。圖2為6se7036-5hg62-3ba0變頻器結構原理圖。
　　
　　變頻器由三臺控制柜組合而成［2］，分別是開關柜、整流柜、逆變柜。圖2給出了柜中主要部件的名稱及控制板的規格型號。開關柜包含電抗器、隔離開關、保險等部件。　　
　　在整流柜中有可控硅整流橋，3個6sy7010-0ab51為上部可控硅，3個6sy7010-0ab52為下部可控硅，型號為6se7041-8gk85-0ha0的控制板提供可控硅觸發，電壓、電流、可控硅溫度檢測等功能。cur為整流柜中央控制板，提供參數設置、保護、外部接口等功能，pmu參數設置單元提供參數顯示、設置等功能。
　　
　　制動單元及制動電阻的選取可根據負載特性要求決定，例如絞車在下放時候，電動機處于發電狀態，則變頻器必須配備大功率制動單元及制動電阻，zj50/3150db鉆機配備10臺200kw制動單元及電阻，可以吸收下放鉆具時產生的高能量。
　　
　　逆變柜內含有igbt逆變橋，圖3為原理圖，在igbt逆變橋外是電容組，igbt觸發板型號為6se7038-6gl84-1bg2，觸發板與控制電路之間采用光纖通訊隔離，接口板提供觸發光纖接口電路，cuvc矢量控制板是逆變器核心控制板，有參數設置、矢量控制、保護、接口等功能，pmu參數設置單元提供參數顯示、設置等功能。　　
　　3、西門子變頻器的主要故障
　　
　　西門子變頻器主要故障分兩大類：
　　
　　3.1在自身軟、硬件完好的情況下出現的故障
　　
　　是在變頻器自身軟硬件完好的情況下，由于參數設置、電源電壓頻率、溫度、負載、通訊、硬件連接等因素造成的故障，西門子變頻器有完善的故障及報警提示，可以很好的分辨這些故障。具體如下：
　　
　　（1）參數設置和外圍部件故障造成的變頻故障。這類故障可以檢查參數設置是否有錯誤，例如：p554的參數設置不正確造成變頻器無法啟動。另外檢查外圍器件是否正常，由于鉆井設備經常搬遷，控制線斷線、插頭損壞、控制開關損壞經常發生，應該仔細檢查這些部件；
　　
　　（2）欠壓、過壓、欠頻、過頻故障。此類故障主要是因為外部電源的故障引起的，也有少數故障是檢測電路損壞引起的。大部分鉆機使用自備發電機組供電，由于發電頻率和電壓低于變頻器要求的上限或下限值而造成變頻器故障。應首先維修發電機組，如果是頻率過低一般是由于柴油機故障引起的，如果電壓過低或過高則是由發電機故障引起的。
　　
　　（3）過載故障。變頻器過載是由于加速時間太短、直流制動量過大或電網電壓太低等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、解決電網電壓等方式解決故障。電機負載過重可能是因為卡鉆、重載時提升過快等引起的。
　　
　　（4）過流故障。外部原因：電機負載突變，引起的沖擊過大造成過流；電機和電機電纜相間或每相對地的絕緣被破壞，造成匝間或相間對地短路，導致過流；如果變頻器裝有測速編碼器時，速度反饋信號丟失或非正常時，也會引起過流，這時需要檢查編碼器和其電纜。變頻器本身的原因：參數設定問題及變頻器硬件問題。遇到過流故障，先用鉗型電流表測量變頻器輸出的電流，看輸出電流是否平衡，如果輸出不平衡，說明變頻器內部器件有問題。
　　
　　3.2變頻器硬件故障
　　
　　變頻器硬件故障，分為控制系統和功率部件故障。
　　
　　（1）控制系統故障有控制板自身發生故障，由于控制板上電子元器件失效造成故障，經常損壞的有逆變柜主控板cuvc、整流柜主控制板cur板等，此類故障可以通過替換法進行維修，另外外圍器件造成的故障，常見的有外部控制系統串入高壓電，導致控制板接口電路損壞；
　　
　　（2）功率西門子變頻器對于大部分硬件故障也有明確的故障顯示，為用戶維修工作提供了極大便利，本文將在實例中給出。
　　
　　4、西門子變頻器維修實例
　　
　　4.1逆變柜pmu上顯示e
　　
　　（1）故障現象
　　
　　變頻器通電后變頻器pmu顯示e，按p鍵后無反應，無法啟動變頻器，故障無法復位。
　　
　　（2）故障分析及處理
　　
　　首先檢查電源，測量cuvc板上x101端子排上1，2腳之間為24v，排除控制系統電壓故障，把cuvc板取下來，仔細觀察上面元件，在x101端子附近發現有元件燒毀，懷疑是由外部控制線混入高電壓造成的。經過仔細檢查外部線路，發現有控制線因為絕緣破損而串入高電壓，造成cuvc板燒毀，在排除外部故障后，更換cuvc板后變頻器可以正常工作。從這起故障可以看出，不能看到控制板燒毀就立即進行更換，一定要查清楚故障原因，否則會造成不必要的損失。
　　
　　4.2整流柜pmu上顯示f005
　　
　　（1）故障現象
　　
　　在鉆井生產中，在負荷增大時，變頻突然停止工作，整流柜上報f005故障代碼，f005是電源頻率大于65hz或小于45hz。
　　
　　（2）故障分析及處理
　　
　　此類故障一般發生在zj30/1700db鉆機上，因為該鉆機采用單臺750kw發電機組，由于柴油機故障造成在重負載下柴油機轉速降低到1350轉/分鐘以下，此時電源頻率低于45hz，造成變頻器無法正常使用，在維修好柴油機后，變頻器工作恢復正常。
　　
　　4.3整流柜報f031故障
　　
　　（1）故障現象
　　
　　整流柜報f031故障，變頻不能啟動，檢查后發現，整流柜左起第二個保險560a斷，逆變柜500a四個保險全斷。
　　
　　（2）故障分析及處理
　　
　　f031故障代碼的含義是：可控硅支路熔斷器損壞，首先做外觀檢查及用萬用表測量可控硅、igbt等部件，檢查結果正常。更換保險后重新通電，啟動變頻器，電機運行在20hz后，逆變柜4個保險全斷，整流柜保險左起第2個，第5個斷，再次檢查電機及變頻器，測量結果全部正常，此時維修工作陷入困境，之后繼續更換保險進行觀察，啟動變頻后，發現逆變柜與整流柜之間直流母線排連接處有打火現象，檢查后發現母線排連接處螺栓松動，更換螺栓后，變頻器正常工作。從這個故障可以看出，因為鉆機需要不斷搬遷，造成變頻柜內緊固件松動，在變頻柜日常維護中應加強對重點連接部位檢查工作。
　　
　　4.4逆變柜pmu上顯示f011故障代碼
　　
　　（1）故障現象
　　
　　逆變柜pmu上顯示f011故障代碼，f011的含義是變頻器因過電流而關機。正常情況下f011故障可以通過復位操作排除，但是此次無法進行復位，變頻器上電后一直顯示f011故障，無法消除。
　　
　　（2）故障分析及處理
　　
　　該故障一般是由以下原因造成：一是變頻器輸出有短路或接地故障；二是負載處于過載狀態。首先斷開變頻器與電動機電纜，對電動機進行絕緣測試，測試結果正常，排除了電動機故障。其次檢查變頻器逆變柜igbt逆變電路，移走三塊電容組，用萬用表檢查igbt，因為igbt內并聯有續流二極管，用萬用表測量二極管功能測量發射極與集電極，如果正反相參數正常，根據經驗igbt沒有損壞，如果有短路或開路現象，則igbt必須更換，經過測量u相上部2個igbt功率管全部損壞，觸發板損壞，在更換部件后變頻器恢復正常工作。
　　
　　5、結束語
　　
　　從這些年西門子變頻器使用經驗中總結出以下幾點維護注意事項，首先，要給變頻器一個良好的外部環境，包括穩定的電源電壓、頻率，合適的溫度、濕度［3］。其次，應該對變頻器適當降低變頻器負荷，設置參數時對zui大轉矩、zui大電流等要留出一定余量，這樣可以極大延長變頻器使用壽命。例如我公司zj30/1700db鉆機有段時間頻繁燒毀igbt等功率器件，igbt價格昂貴，造成很大損失，我們將變頻器zui大工作電流p128參數調整到600a后就杜絕了燒igbt現象。zui后，應定期進行維護，清除變頻器內灰塵，緊固松動部件。總之，以上維護與維修工作都是為了發揮變頻器更大作用，增加變頻器使用年限，降低變頻器的故障率，從而使變頻器能更好的為油田鉆井生產服務。