鉆井節(jié)能發(fā)電機(jī)故障分析及對(duì)策

李克寧

（勝利油田黃河鉆井四公司，山東 東營(yíng) 257096）

節(jié)能發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)的J、L系列和機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)的LDB系列鉆機(jī)上。勝利油田黃河鉆井四公司目前使用的節(jié)能發(fā)電機(jī)都是1FC6系列無(wú)刷三相同步發(fā)電機(jī)。

一、常見(jiàn)故障

節(jié)能發(fā)電機(jī)由主發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)和勵(lì)磁裝置三大部分組成，采用可控相復(fù)分流勵(lì)磁方式，由電抗器、電容器、整流變壓器、電流互感器和可控硅自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）構(gòu)成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置。驅(qū)動(dòng)是由柴油機(jī)通過(guò)減速箱或并車(chē)傳動(dòng)箱等機(jī)構(gòu)用離合器驅(qū)動(dòng)或是離合器先驅(qū)動(dòng)增速箱然后再帶發(fā)電機(jī)。由于其相關(guān)部件較多，使用不合理，造成現(xiàn)場(chǎng)使用中故障率較高。故障主要有以下幾方面：AVR板壞、定子繞組燒損、勵(lì)磁裝置元器件損壞或開(kāi)路、勵(lì)磁機(jī)組件故障，其比率見(jiàn)表1。

二、主要原因

1．發(fā)電機(jī)振動(dòng)大，且與轉(zhuǎn)速成正比

振動(dòng)易造成電抗器、電容器、整流變壓器、電流互感器和可控硅自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR） 等元器件松動(dòng)，并使線(xiàn)路松動(dòng)、磨破以致磨斷，造成打火燒毀元件，有時(shí)甚至造成主回路線(xiàn)路故障。振動(dòng)還會(huì)加速發(fā)電機(jī)軸承的損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子掃堂。振動(dòng)原因如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)隨意性強(qiáng)，安裝不正規(guī)，精度不達(dá)標(biāo)。底座不平或變形，選用的墊片不合適等造成聯(lián)軸器歪斜。

（2）底座設(shè)計(jì)不合理或支撐強(qiáng)度不夠引起共振。有些鉆機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分考慮節(jié)能發(fā)電機(jī)的安裝位置和底座支撐，有的用“飄臺(tái)”支撐，下面是空的，有的與傳動(dòng)裝置分別在兩個(gè)底座上。

（3）增速箱設(shè)計(jì)的強(qiáng)度偏小，軸承和齒輪設(shè)計(jì)的額定負(fù)載過(guò)小，造成軸承易跑內(nèi)圓或外圓，齒輪易磨損使間隙過(guò)大。

2．使用環(huán)境惡劣，防護(hù)等級(jí)低，保護(hù)設(shè)施不完善

（1）節(jié)能發(fā)電機(jī)都是戶(hù)外露天使用，防護(hù)等級(jí)是IP23，沒(méi)有安裝防冷凝加熱器。井隊(duì)停工時(shí)間較長(zhǎng)或環(huán)境比較潮濕時(shí)，發(fā)電機(jī)的繞組絕緣水平會(huì)降低，當(dāng)?shù)陀?.2MΩ，不經(jīng)過(guò)烘干直接加載使用造成定子繞組和勵(lì)磁繞組燒損。在新井開(kāi)鉆初期和雨季最容易出現(xiàn)繞組燒毀的故障。

（2）由于節(jié)能發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)口不密封，也沒(méi)有防護(hù)罩，通風(fēng)口沒(méi)有過(guò)濾器，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)腔易聚集灰塵，導(dǎo)致散熱不良。

（3）廠家配備的節(jié)能發(fā)電機(jī)控制柜過(guò)于簡(jiǎn)單，保護(hù)功能少且不準(zhǔn)確，斷路器容量和發(fā)電機(jī)的功率不匹配，一般只配有一個(gè)過(guò)流繼電器和過(guò)壓繼電器保護(hù)，無(wú)法對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效的過(guò)載保護(hù)，也沒(méi)有欠頻、超速等保護(hù)。

3.繞組溫度過(guò)高

（1）現(xiàn)在鉆井隊(duì)用電設(shè)備越來(lái)越多，功率越來(lái)越大，存在負(fù)載過(guò)大甚至長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行現(xiàn)象，引起發(fā)電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，繞組溫度過(guò)高，造成繞組絕緣降低、破壞，提高了定子繞組和勵(lì)磁機(jī)的故障率。發(fā)電機(jī)功率不足還會(huì)造成在突變載荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的響應(yīng)跟不上，電壓和頻率波動(dòng)大。

（2）傳動(dòng)比設(shè)計(jì)不合理。在柴油機(jī)所帶負(fù)荷較大或?yàn)闈M(mǎn)足泥漿泵使用工況時(shí)，節(jié)能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)長(zhǎng)期低于額定轉(zhuǎn)速，供電頻率經(jīng)常低于48Hz。

（3） 使用不正確。這包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。一是鉆井隊(duì)負(fù)載一般都很不平衡，相電流最高與最低能差幾十安培，不平衡度經(jīng)常超過(guò)20%，這會(huì)嚴(yán)重限制發(fā)電機(jī)的出力。二是有些鉆井隊(duì)盲目為了節(jié)約油料，在起下鉆時(shí)用節(jié)能發(fā)電機(jī)。起下鉆時(shí)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)急劇變化，造成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率也跟隨急劇變化，對(duì)發(fā)電機(jī)造成沖擊。

（4） 發(fā)電機(jī)出風(fēng)口護(hù)罩損壞，造成冷卻空氣不能自由進(jìn)出，通風(fēng)量減少。

表1

三、預(yù)防及改進(jìn)措施

（1） 節(jié)能發(fā)電機(jī)功率最好選用比井隊(duì)總用電功率高兩個(gè)等級(jí)，余量在200kW左右比較合適。節(jié)能發(fā)電機(jī)是作為一個(gè)主發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期使用，要以發(fā)電機(jī)的持久功率作為選定標(biāo)準(zhǔn)，并適應(yīng)井隊(duì)37kW以下電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的沖擊。

（2） 在設(shè)計(jì)柴油機(jī)與節(jié)能發(fā)電機(jī)之間機(jī)械傳動(dòng)裝置的速比時(shí)，應(yīng)考慮柴油機(jī)在各種工況下工作時(shí)，節(jié)能發(fā)電機(jī)的輸出頻率應(yīng)穩(wěn)定在52~48Hz之間；優(yōu)先選用轉(zhuǎn)速1 000 r/min以下的低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)，這樣穩(wěn)定性較高。

（3） 保護(hù)設(shè)施配備齊全。應(yīng)當(dāng)配備或使用冷凝加熱器和定子繞組內(nèi)的PTC傳感器或電阻溫度計(jì)，前者可以在絕緣受潮時(shí)烘干繞組，防止加載時(shí)被擊穿，后者可對(duì)各種原因?qū)е碌睦@組過(guò)熱進(jìn)行保護(hù)。這兩種保護(hù)設(shè)施的價(jià)格不高，但能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)主體起到非常重要的作用，可以大大降低維修費(fèi)用。另外，還可以加裝空氣過(guò)濾器，并配備一定的防風(fēng)沙措施。

（4） 安裝和使用中要注意發(fā)電機(jī)與原動(dòng)機(jī)軸的準(zhǔn)確對(duì)中，加強(qiáng)底座強(qiáng)度；對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有問(wèn)題的應(yīng)當(dāng)及時(shí)整改；每次完井檢查發(fā)電機(jī)頂部及內(nèi)部各種元器件的固定和發(fā)電機(jī)地腳螺絲的固定；定期清掃內(nèi)部灰塵，給軸承加注黃油；雨天和井隊(duì)起下鉆時(shí)不能使用節(jié)能發(fā)電機(jī)，長(zhǎng)期停用后再使用前用兆歐表檢查繞組絕緣。使用中保持三相負(fù)載平衡；發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)溫度過(guò)高要查明原因，必要時(shí)換用備用沃爾沃發(fā)電機(jī)。

四、應(yīng)用效果

從2009年年初開(kāi)始逐步實(shí)施上述預(yù)防和管理措施后，節(jié)能發(fā)電機(jī)的故障率逐漸降低，從往年的大修10臺(tái)次/年降低到7臺(tái)次/年。