鉆井節能發電機故障分析及對策

李克寧

（勝利油田黃河鉆井四公司，山東 東營 257096）

節能發電機廣泛應用于機械傳動的J、L系列和機電復合驅動的LDB系列鉆機上。勝利油田黃河鉆井四公司目前使用的節能發電機都是1FC6系列無刷三相同步發電機。

一、常見故障

節能發電機由主發電機、勵磁機和勵磁裝置三大部分組成，采用可控相復分流勵磁方式，由電抗器、電容器、整流變壓器、電流互感器和可控硅自動電壓調節器（AVR）構成發電機勵磁裝置。驅動是由柴油機通過減速箱或并車傳動箱等機構用離合器驅動或是離合器先驅動增速箱然后再帶發電機。由于其相關部件較多，使用不合理，造成現場使用中故障率較高。故障主要有以下幾方面：AVR板壞、定子繞組燒損、勵磁裝置元器件損壞或開路、勵磁機組件故障，其比率見表1。

二、主要原因

1．發電機振動大，且與轉速成正比

振動易造成電抗器、電容器、整流變壓器、電流互感器和可控硅自動電壓調節器（AVR） 等元器件松動，并使線路松動、磨破以致磨斷，造成打火燒毀元件，有時甚至造成主回路線路故障。振動還會加速發電機軸承的損壞，嚴重時會造成發電機定子掃堂。振動原因如下。

（1）現場安裝時隨意性強，安裝不正規，精度不達標。底座不平或變形，選用的墊片不合適等造成聯軸器歪斜。

（2）底座設計不合理或支撐強度不夠引起共振。有些鉆機在設計時沒有充分考慮節能發電機的安裝位置和底座支撐，有的用“飄臺”支撐，下面是空的，有的與傳動裝置分別在兩個底座上。

（3）增速箱設計的強度偏小，軸承和齒輪設計的額定負載過小，造成軸承易跑內圓或外圓，齒輪易磨損使間隙過大。

2．使用環境惡劣，防護等級低，保護設施不完善

（1）節能發電機都是戶外露天使用，防護等級是IP23，沒有安裝防冷凝加熱器。井隊停工時間較長或環境比較潮濕時，發電機的繞組絕緣水平會降低，當低于0.2MΩ，不經過烘干直接加載使用造成定子繞組和勵磁繞組燒損。在新井開鉆初期和雨季最容易出現繞組燒毀的故障。

（2）由于節能發電機進線口不密封，也沒有防護罩，通風口沒有過濾器，造成發電機內腔易聚集灰塵，導致散熱不良。

（3）廠家配備的節能發電機控制柜過于簡單，保護功能少且不準確，斷路器容量和發電機的功率不匹配，一般只配有一個過流繼電器和過壓繼電器保護，無法對發電機進行有效的過載保護，也沒有欠頻、超速等保護。

3.繞組溫度過高

（1）現在鉆井隊用電設備越來越多，功率越來越大，存在負載過大甚至長期過載運行現象，引起發電機嚴重發熱，繞組溫度過高，造成繞組絕緣降低、破壞，提高了定子繞組和勵磁機的故障率。發電機功率不足還會造成在突變載荷時，發電機的響應跟不上，電壓和頻率波動大。

（2）傳動比設計不合理。在柴油機所帶負荷較大或為滿足泥漿泵使用工況時，節能發電機轉速會長期低于額定轉速，供電頻率經常低于48Hz。

（3） 使用不正確。這包括兩個方面的內容。一是鉆井隊負載一般都很不平衡，相電流最高與最低能差幾十安培，不平衡度經常超過20%，這會嚴重限制發電機的出力。二是有些鉆井隊盲目為了節約油料，在起下鉆時用節能發電機。起下鉆時柴油機的轉速會急劇變化，造成發電機的轉速和頻率也跟隨急劇變化，對發電機造成沖擊。

（4） 發電機出風口護罩損壞，造成冷卻空氣不能自由進出，通風量減少。

表1

三、預防及改進措施

（1） 節能發電機功率最好選用比井隊總用電功率高兩個等級，余量在200kW左右比較合適。節能發電機是作為一個主發電機長期使用，要以發電機的持久功率作為選定標準，并適應井隊37kW以下電機直接啟動時的沖擊。

（2） 在設計柴油機與節能發電機之間機械傳動裝置的速比時，應考慮柴油機在各種工況下工作時，節能發電機的輸出頻率應穩定在52~48Hz之間；優先選用轉速1 000 r/min以下的低轉速發電機，這樣穩定性較高。

（3） 保護設施配備齊全。應當配備或使用冷凝加熱器和定子繞組內的PTC傳感器或電阻溫度計，前者可以在絕緣受潮時烘干繞組，防止加載時被擊穿，后者可對各種原因導致的繞組過熱進行保護。這兩種保護設施的價格不高，但能夠對發電機主體起到非常重要的作用，可以大大降低維修費用。另外，還可以加裝空氣過濾器，并配備一定的防風沙措施。

（4） 安裝和使用中要注意發電機與原動機軸的準確對中，加強底座強度；對于傳動機構有問題的應當及時整改；每次完井檢查發電機頂部及內部各種元器件的固定和發電機地腳螺絲的固定；定期清掃內部灰塵，給軸承加注黃油；雨天和井隊起下鉆時不能使用節能發電機，長期停用后再使用前用兆歐表檢查繞組絕緣。使用中保持三相負載平衡；發現發電機溫度過高要查明原因，必要時換用備用沃爾沃發電機。

四、應用效果

從2009年年初開始逐步實施上述預防和管理措施后，節能發電機的故障率逐漸降低，從往年的大修10臺次/年降低到7臺次/年。