2 Varco TDS-11SA顶驱液压电气技术实用手册

TDS-11SA液压系统设计在顶驱本体上，结构紧凑，可在标准的米（及以上）井架内安全安装、运行。由于顶驱装置是机电液一体化、集成度很高的高技术产品，该类型顶驱的液压系统又设计在本体上，因此其系统调试、操作和维护检查维修就是一项非常重要的工作。
VARCO TDS-11SA顶驱的工程特点：
1、用整立柱钻杆钻进，减少2/3的接单根时间，降低了钻井风险。
力保持安全阀。
吊环不能回
到井口中心
自由位置。
用电磁阀上的手动检测扭检查，如果刁滑倾斜，则说明时电路故障；如果吊环不倾斜，则说明是液压故障。
检查电磁阀和接头或检查液压系统。
吊环不倾斜
电磁阀未动作。
检查电磁阀。
二侧吊环
运动不协调
压力保持阀设定不正确。
四个阀调节至1500psi。
第四节：平衡机构故障诊断
一：平衡机构工作原理
6、顶驱装置是实现套管钻井技术的配套设备。
7、顶驱钻井装备是实现水平井、丛式井、山前构造复杂安全钻井最理想的设备。
VARCO TDS-11SA顶驱的设备特点：
1、交流电机没有电刷，没有电弧装置，降低了维护费用及工作量，增加了作业安全性；
2、本身带有液压系统，不需要单独的液压装置和液压回路，减少维护；
二：平衡系统液压回路
图1－4
三：平衡系统的测试：
平衡机构工作期间，CB处压力1600psi，其承载负荷为13620千克。调节承载负荷步骤如下：
一）模式开关转到运行（RUN）模式，将压力控制阀PCC反时针旋到最低。
二）在B9处测试压力，此处压力应当为“0”。
三）侧CB处压力，观察顶驱在大钩处的位置。
顺时针调节PCC阀，在CB处观察压力表，直到顶驱刚好脱离大钩，此时，将压力回调25psi，时顶驱提环座回到大钩上。
3、两台交流电机、整体式水龙头、液压系统在一起，是现在顶驱行业中结构最紧凑、轻便的成套顶驱设备，但是相应的维修空间减少，对可靠性要求更高；
4、在钻井工程中，顶驱吊环可前后控制摆动，降低了钻工的劳动强度，提高了工作效率。
由于顶驱具有这样的特点，主要使用在重点井和复杂井的勘探开发中，而重点井和复杂井的钻井工艺对顶驱作业的连续性和可靠性要求较高。而液压和电气系统故障的快速诊断和排除，就成为作业连续性的关键。因此本手册重点叙述顶驱液压、电气方面的原理、结构、常见故障及判断方法，可以帮助使用者更清楚、快速地了解、掌握VARCO TDS-11SA顶驱的液压系统、电气系统的使用维护和现场维修知识，更好更安全可靠地为钻井工程服务。
VARCO TDS-11SA 顶驱
电气故障的诊断与维护技术研究
顶驱作业技术服务公司
概述
VARCO TDS-11SA顶驱是美国VARCO公司利用交流变频技术、配备两台400马力交流钻井电机的顶部驱动钻井装置。这种800马力的顶驱可以产生37500英尺·磅 （约5175公斤·米） 的钻井扭矩和55000英尺·磅（7590公斤·米）的上扣扭矩，并且可以产生500吨的提升力。
VARCO TDS－11SA顶驱电气系统的安装、调试、操作和维护修理，需要具有一定机械、电气技术基础和经验的合格人员担任。
安 全 提 示
VARCO TDS-11SA顶驱集机械、电气、液压知识于一体，结构紧凑，在维护维修操作过程中如果稍有不当，就会对人体、设备造成伤害，甚至于发生严重的人身、设备、工程事故。因此，每一名具体工作人员在从事维护或者修理前，应熟知、遵守本安全提示内容。
检查液压系统
第三节：吊环倾斜液缸故障诊断
一：原理简述
图1－3是吊环倾斜液缸液压回路图。SV6电磁阀控制二个液缸及保持管汇压力。当电磁阀SV6控制吊环倾斜机构至鼠洞方向时，E6处压力升高，吊环向鼠洞方向移动。当SV6电磁阀控制吊环至钻井位置时，G6处压力升高。
吊环“悬浮”电磁阀SV8，使液缸卸压，吊环移至进口位置，从而使吊环处于“悬浮”状态。
三：常见故障诊断
故 障
原 因
措 施
安全阀泄漏
内部元件磨损
检查垫圈或磨损零件，修理或更换
执行机构不正常工作
检查机械部分，检查减压阀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ转动时出现异常
振动或晃动
连杆芯套或执行机构芯套磨损
凸轮滚子磨损磨损
修理或更换滚子和支架
液缸不动作
减压阀阻塞
测试压力，调节或更换减压阀
储能器未充压
测试压力，并按要求充压
系统无压力
一：动力旋转头液压回路原理图：
2、能够立柱划眼和倒划眼，钻柱可以顺利取出缩紧井段，降低了复杂时率、避免了卡钻事故。
3、提下钻若遇复杂井段，顶驱可在任何高度回接钻杆进行泥浆循环、划眼，提高了钻井工程的安全性。
4、可进行无级变速和上、卸扣扭矩控制，满足了钻井工程的需要。
5、具有顶部液动旋塞，可以任何高度实现钻具内关闭和打开，提高了井控安全。
系统压力如不正常，顶驱液压系统不能正常工作，损坏零部件
检查、调整UV1阀
3
SA
2200psi
系统卸载压力，如不卸载，损坏储能器
检查、调整RV1阀
4
CB
1300psi
立柱上跳功能，不正常将损坏钻具
检查、调整PCC阀
5
B9
190psi
平衡液缸压力，同上
检查、调整STR阀
6
B1
2000psi
刹车系统工作压力，必须大于1400psi
顶驱润滑齿轮油储存在顶驱水龙头内，由齿轮箱体里的润滑油泵通过油道输送到各润滑部位进行润滑。液压油盛装于一个密封的不锈钢油池内，由管线联结到变量泵，再输送到各液压执行机构。油池固定在两台主电机之间，并装有过滤器和液面计。液压系统与顶驱固定在一起，顶驱搬迁位移时不需要将液压油抽空或重新加注，即减少工作量，又能保证油质。
系统测试：
对于整个回路，在主管汇上无需进行调节设置。但对于四个“负荷保持阀”则需要成对调节，两个用于调节杆端，两个用于调节活塞端，这样可以保持吊环运行同步。
二：吊环倾斜机构液压回路
图1－3
三：倾斜液缸测试步骤
1.在控制台，操纵吊环倾斜到鼠洞位置。当SV6阀动作后，液缸向鼠洞方向完全伸出。
2.当液缸完全伸出后，在TP口处为2000psi。
13.在进行维护或者修理工作时，断开并且锁上液压、电气部分的控制，并悬挂警示牌。
14.戴手套、眼镜等合适的保护用具。
15.当变频系统停用时间超过1年时，给变频系统重新上电前，要对变频系统进行充电。
第一章 液压系统故障查询
第一节：液压系统的基本原理结构
液压系统完全安装在顶驱之上，无需地面设备及管线。液压电机功率10马力，转速1800转/分，电源为60Hz,380V交流电，驱动两台液压泵及整个液压系统。其中一台为定量泵，驱动一台低速液压马达，液压马达再驱动齿轮箱体里的润滑油泵，供润滑系统循环齿轮油。另一台为变量泵，为系统控制管汇总成（MANIFLOD）提供动力源。系统控制管汇总成（MANIFLOD）上安装有各种电磁阀，压力阀和流量控制阀。同时系统控制管汇（MANIFLOD）还装了3个液－气储能器。司钻通过司钻操作台上的控制器就能够控制系统控制管汇（MANIFLOD）上的电磁阀，从而实现动力旋转头、吊环、动力刹车、遥控内防喷器、平衡液缸、背钳及锁销的功能。
1.开始工作前，断开所有相关的动力源，禁止带电作业，包括：不要带电打开具有高电压处的安全遮挡物、不要带电维修和拆除任何电气元件、不要带电插拔电缆插头，不带压拆卸液压管线等。
2.绝对禁止设备处于运转状态或者半动状态进行维护和修理工作。
3.不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或司钻操作台。
4.在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下（DC24V）前，不要试图更换直流母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。
3.操纵系统平衡位置，观察压力下降。在安全阀CBCA处调节压力到接近1000psi。
4.两个液缸均有活塞杆和活塞减压阀，在TP和FL处压力均为1500psi，以使液压系统压力平衡。调节安全阀CBCA和CWCK，使其压力均为15000psi。活塞安全阀的压力在活塞全部伸出时设定，活塞杆安全阀的压力在活塞完全收回时设定。
检查、调整SV1阀
7
C1
1500psi
C1、C2应一致，如不相同，吊环工作不同步，损坏液压元件
检查、调整CB1阀
8
C2
1500psi
检查、调整CB2阀
9
B8
2000psi
吊环不回中位，关闭时应为100psi,旋转头不工作
检查、调整SV8阀
10
C5
150psi
在背钳启动时，应大于75psi,否则CV5单向阀无法打开，背钳不工作
检查、调整CV5阀
11
B5
400psi
压力不足，定位销不工作导致旋转头不能定位，背钳不工作
检查、调整SV5、
T-10阀
12
CP
2000psi
背钳工作时压力应为2000psi,否则不能夹紧钻具
检查、调整CV5、
PC5阀
13
CR
500psi
压力低，背钳将无法回位或回位缓慢
检查CNEL、AR5
液压系统各压力变化及影响概况
10.在温度大于40℃，湿度大于95％或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动器或其他控制电源。
11.系统主电源意外断电半小时以上重新上电时，必须确认电气柜内无凝露。
12.从事液压系统维护、检查、修理工作，必须确认液压系统压力和温度在允许的工作范围之内，在释放系统残余压力时应当采取预防措施，采用卸压阀或者其他相应手段。
注意：缓慢调节SJR阀，使CB处压力稳定。
四：常见平衡机构故障诊断
故障
原因
措施
平衡机构不工作
液缸损坏，密封泄漏
检查液缸，修理或更换密封。
无液压
测试压力，调节减压阀
SV9电磁阀不动作
检查电器和液压功能，安要求更换或修理
PCC阀不动作
更换阀门
安全阀不动作
更换
储能器压力低
充压
“弹跳”功能不起作用
同上
同上
第五节：动力旋转头马达
弹跳功能测试：
“弹跳”功能正常运行时，平衡机构需要承受13620千克负荷，CB处压力大约为1800psi。所增加的300psi的压力是SV9电磁阀提供的。压力调节的步骤如下：
一）“模式”旋钮置于运行“RUN”激活模式和打开上跳开关，测量BC和B9处压力，反时针调整SJR安全阀到最小。
二）顺时针调节SJR阀，使CB处压力缓慢增加，直到提环脱离大钩（此时顶驱用吊卡带一根立柱）。
四：常见吊环倾斜装置故障诊断
故障
原因
措施
吊卡不能伸至鼠洞、井架工位置。
定位卡位置不正确
调整
当控制阀松开后，吊环位置
不稳定。
B8处压力未降到100psi以下。
更换可控
（开）单向阀。
控制（开）单向阀阻塞或卡住。
更换可控
（开）单向阀。
液缸密封失效。
更换密封。
压力保持单向阀压力设置变化或卡住开启或有杂质。
调节或更换压
第二节IBOP执行机构故障诊断
一：IBOP执行液缸原理图:
低压时，IBOP处于开启状态，此时A4=500psi，B4和C4≤100psi时。当关闭IBOP时，液缸压力升高，B4和C4=2000psi
图1－2
二：系统测试
图1－2是IBOP执行机构液压回路图，IBOP通常时开启状态。进行压力检测时,IBOP闭合,A4压力低于100PSI。IBOP开启时，A4压力上升至2000PSI，B4和C4处压力下降到500PSI。
5.需要对整流器或逆变器或电机进行维修时，请断开进线电源空气开关。
6.整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压会损坏设备。
7.每台电机和控制箱必须正确连接到PE母排或PE线上。
8.禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁！必须解除时，在排除故障后，要尽快恢复功能允许的旁路连锁。
9.禁止非专业人员修改整流器和逆变器中的设置参数，否则可能损坏机械或电气设备。
图1－4是平衡机构液压回路图。预充900psi的储能器和单向阀CV3使液压系统保持压力状态。
有一个手动三位换向阀，用于设定平衡机构三个模式――安装（rig-up）、运行（run）、关闭（shut down）。在安装模式中，压力作用在XC和（预）充压力阀上，使两个液压缸伸出，以方便液压缸拉杆在大钩耳环上。
在运行模式（run）中，液缸压力约为1600psi，TDS－11S将被提离大钩的接触点，其重量由液缸承受。
弹跳功能由SV9阀控制，在平衡机构处于运行（run）模式时，弹跳功能开关处于“on”位置，平衡机构的压力增加300psi，将TDS-11S和钻柱提离大钩。
在关闭（shut down）模式中，液压系统的储能器将保持泄压状态。
液压系统一般包括：液压泵、液压油箱、液压管汇、畜能器、电磁阀和液缸以及保护阀件组成，如：单向阀、定量控制阀、平衡阀、逻辑阀、减压阀，卸压阀等阀件。如图：
液压系统原理图 图1－1
序
号
压力点
压力值
压力变化影响
应对措施
1
PF
400psi
低于400psi,齿轮箱润滑不良
检查、调整RV2阀达到额定值
2
PV
2000psi