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钻井电驱动钻机绞车与盘式刹车互锁误操作措施

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：赵鸽

[导读] 目前交流变频钻机绞车是石油企业生产中重要的机械设备之一，在石油生产中有重要的地位。受交流变频钻机机组结构决定，在实际使用其配套盘式刹车系统如果没有与电控系统进行互锁，再出现操作失误时会直接损坏钻机设备，造成经济损失的同时也影响了生产的持续性。文章针对上述问题，设计了一种盘式刹车与钻机机组主控系统的互锁装置，有限杜绝了上述问题的发生。

中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司赵鸽

摘要：目前交流变频钻机绞车是石油企业生产中重要的机械设备之一，在石油生产中有重要的地位。受交流变频钻机机组结构决定，在实际使用其配套盘式刹车系统如果没有与电控系统进行互锁，再出现操作失误时会直接损坏钻机设备，造成经济损失的同时也影响了生产的持续性。文章针对上述问题，设计了一种盘式刹车与钻机机组主控系统的互锁装置，有限杜绝了上述问题的发生。
关键字：电驱动钻机；绞车；盘式刹车
        纵观我国石油行业，在数十年的不断发展中，已经由对人力有绝对依赖的生产工艺向自动机械化工艺不断发展和进步，就钻井工程而言，现阶段已经基本实现了半机械化的生产过程，并掌握了智能化司钻控制工艺。近年来为了提升工艺水平，盘式刹车被广泛的应用于交流变频钻机中，盘式刹车相比传统的带式刹车虽然性能提升明显，但也存在明显的缺陷，在交流变频机组设备还没有关闭时，如果突然工作，会造成过载保护单元的频繁启动，最终对盘刹装置与钻机设备造成损坏，并存在一定的安全风险。为了解决上述问题，我国石油装备生产单位研发了一种盘刹刹车与钻井电控系统互锁的装置，确保钻机设备的使用安全。
        1.钻机电控系统与盘式刹车系统不互锁的问题
        目前我国油田企业使用的交流变频钻机设备使用的都是独立盘式刹车系统，该刹车系统相对于带式刹车响应速度快，刹车稳定性也更强，基本替代了带式刹车。但在实际的使用过程中，仍存在一些问题。
        1.1绞车电机运转时工作钳刹车
        盘式刹车与传统带式刹车有着不同的工作原理，其组成结构和操作方法也存在极大的差别，盘式刹车不能从外观上明显的区分刹车状态，在实际的工作中，经常发生因对刹车状态判断失误，在钻机机组设备正常运转过程中，司钻可能操作刹车盘，让钻机机组在工作状态下进入制动状态，刹车盘会瞬间受到巨大的冲击力，从而发生损坏，也对电机设备、绞车设备存在一定的影响，容易造成电机过载烧毁。
        1.2工作钳制动时启动绞车电机
        如前文所述，盘式刹车不容易从设备外观直接分辨其制动状态，在实际使用中，司钻对盘式刹车的制动状态错误判断，就容易出现在刹车制动状态下启动钻机设备的情况出现。对设备的电气系统造成频繁过载，对盘刹造成冲击，最终导致设备损坏。
        1.3紧急制动时绞车电机正常运转
        受生产需要或紧急情况决定，需要对整个钻机机组进行紧急制动时，盘刹只可以起到刹车的作用，不能再制动的瞬间切断动力端，导致紧急制动状态下电机仍在继续运转，不仅无法实现紧急制动的要求，也会造成设备损坏问题的发生。
        2.盘式刹车系统和绞车主电机互锁控制原理
        互锁原理是基于电气自动化控制技术、计算机技术为基础的控制技术。在钻机设备与盘式刹车设备中安装控制单片机，并录入对应的控制程序，实现电机也盘式刹车的互锁结合。首选，在钻机机组主电机工作时，通过单品机接触机组刹车功能，咋单片机锁住主机系统是，自动恢复绞车刹把的功能。其次，在盘式刹车处于制动状态时，盘刹会向单品机发送信号，此时如果进行启机操作，单品机会控制主机启动电路，让其无法启动比进行报警。最后，在紧急刹车时，利用单片机的自动控制功能可以实现紧急制动与停机的同步进行。
        3典型应用案例
         盘式刹车电控系统原理如图1所示。

        3.1盘式刹车系统与绞车主电机互锁
        如图所示，在电机正常运转时，互锁系统会向单品机发送干接点信号2，让盘式刹车失去制动作用，即使出现错误操作，在电机运转时拉动刹把，盘式刹车也不会进入制动状态，从而杜绝了因错误操作导致的运转中制动的情况出现。当需要刹车时，停止电机后互锁系统会向单片机发送接触干接点信号2，刹把恢复功能，在下拉至刹位时可以迅速制动。
        3.2天车防碰系统
        绞车过卷防碰与下砸时，过卷阀／阀岛动作，使气路断开，控制气控换向阀（序号２２）换向，切断气源，实现紧急制动。能够及时地实现快速刹住绞车滚筒的目的，使整个控制系统更加的安全、可靠，彻底消除安全隐患，保证钻井生产的安全进行。
        结论
        该系统在可以从工艺工作原理角度，彻底规避因错误的刹车操作导致的一系列问题发生的可能，通过对应的互锁控制电路和单片机设备，实现了盘式刹车系统与钻机主控电路之间的互锁功能，可有有效提高设备的使用安全性和工作稳定性有助于减少设备损耗、降低生产成本、提高生产的持续性，并实现了智能化的司钻控制。
该套互锁系统的主控电路以及单片机设备价格低廉，在安装过程中也无需对电机机组进行大规模的改动，具备经济可行性以及技术可信性，维护维修工作也相对较低，具备大面积普及应用的条件。
参考文献
［1］王志云．液压盘式刹车装置可靠性分析［Ｊ］．科技信息，2019（19）：66－6７．
［2］王新忠，林珍，亓和平，等．石油钻机用盘式刹车的安全保护功能［Ｊ］．石油矿场机械，2017，36（3）：44－46