电气手册.pdf

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1、 顶部驱动钻井装置 Top Drive Drilling Equipment 电 气 手 册 Electric Manual 产品型号：DQ70BS 产品编号：03002 北 京 石 油 机 械 厂 2003 年 12 月 顶部驱动钻井装置 Top Drive Drilling Equipment 电 气 手 册 Electric Manual 产品型号：DQ70BS 产品编号：03002 本技术资料包含专利信息，未经许可，不得用于制造目的。未经许可或授权任何单位和个人不得翻印和复制本资料。前 言 本产品由北京石油机械厂和中国石油勘探开发研究院石油机械研究所联合设计制造，产品的设计、制造和服务

2、依据以下质量保证体系：GB/T19001:2000 idt ISO9001:2000质量保证体系 API SPEC Q1石油与天然气工业质量程序规范 本手册包含与本产品液压系统有关的技术信息，关于本产品的其他技术性说明分别查阅有关随机文件，或向厂家咨询。本手册所提及的顶驱装置产品及其结构、原理和应用，均指顾客从我厂订购的新顶部驱动钻井装置。顾客从我厂订购的顶部驱动装置产品经使用和维修后，其可靠性和性能参数可能会有变化，变化的程度取决于是否正常合理地使用，以及维修的质量水平。本手册的某些内容可能不适用某些特殊应用，操作人员应当对产品的选择和使用以及使用中出现的问题作出正确的判断。由于顶部驱动装置

3、产品的不断改进，本手册个别内容可能与实际不一致。这些内容不会影响顾客对产品结构和性能的理解，也不会影响顾客的使用。由于顶部驱动装置产品根据顾客的使用工况和特殊要求而进行个性化设计，故针对本产品的技术文件可能不适用于同型号的其他产品，在使用技术文件时应当核对产品型号和编号。对于随机文件中没有涉及的内容，以及安装、使用和维护中的其他问题，如果需要，欢迎您通过下列方式与我们联系：BPMF 北京石油机械厂 地 址：北京市 海淀区 志新路 41 号 邮 编：100083 电 话：（010）62097606（销售）（010）62097828（技术）传 真：（010）62097828 E-mail： 目 次

4、 1.概述.1 2.安全须知.2 3.主要技术参数.3 3.1.基本参数.3 3.2.电动机参数.3 3.3.钻井参数.3 4.电气控制系统组成.4 4.1.交流变频驱动系统.6 4.1.1.进线柜.7 4.1.2.整流柜.9 4.1.3.逆变柜.10 4.2.PLC/MCC 系统.11 4.3.本体子站.13 4.4.液压源子站.14 4.5.司钻操作台.15 4.5.1.面板显示与操作元件.15 4.5.2.钻井转速设定手轮.17 4.5.3.钻井扭矩限定手轮.17 4.5.4.上扣扭矩限定手轮.17 4.6.辅助操作台.18 4.7.主动力电缆.19 4.8.其他电缆.20 4.8.1.

5、本体控制电缆.20 4.8.2.液压源控制电缆.21 4.8.3.司钻台控制电缆.21 4.8.4.辅助控制台电缆.21 4.8.5.接地电缆.21 5.操作程序.22 5.1.电气控制系统启停.22 5.1.1.启动前的检查.22 5.1.2.启动系统.22 5.1.3.停止系统.22 5.2.液压系统启停.23 5.2.1.本地启停液压系统.23 5.2.2.司钻台启停液压系统.23 5.2.3.液压系统冷却.23 5.3.主电机加热器.24 5.4.主电机冷却风机.24 5.5.刹车.24 5.6.钻井操作.25 5.6.1.恒扭矩与恒功率.26 5.6.2.速度控制与转矩控制.26 5

6、.6.3.停止钻井.26 5.7.上卸扣操作.27 5.7.1.上扣操作.27 5.7.2.卸扣操作.28 5.8.背钳操作.28 5.9.吊环操作.29 5.10.井控和 IBOP 操作.29 5.11.急停操作.29 5.12.故障/报警.30 5.13.编码器切换.30 5.14.应急操作.31 5.14.1.启动应急操作模式.31 5.14.2.停止应急操作模式.31 5.14.3.纯手动操作模式.31 6.上位监控系统(WINCC).33 6.1.主画面功能.33 6.2.系统帮助.34 6.3.电源系统.35 6.4.顶驱系统.36 6.5.网络拓扑.37 6.6.辅助系统.38

7、6.7.系统趋势.39 6.8.报警记录.42 6.9.系统登录.43 6.10.系统设定.44 6.11.退出系统.45 7.系统软件与硬件.46 7.1.PLC 程序结构.46 7.2.PLC 系统硬件.47 7.3.程序上载和下载.52 7.4.ET200X 远程站.52 7.5.PROFIBUS 系统.54 7.6.电机驱动系统.55 7.6.1.整流器.55 7.6.2.逆变器.58 7.7.逆变器和整流器参数上载及下载.59 7.8.故障查找.60 7.8.1.空气断路器诊断.60 7.8.2.绝缘故障.60 7.8.3.PLC 故障检查.60 7.8.4.网络检查.61 7.8.

8、5.驱动系统.61 7.9.系统断电和拆接.61 8.安装调试和维护.63 8.1.电气系统重新安装.63 8.2.上电及检查.63 8.3.日常维护.64 附件一、系统初始状态.65（一）、驱动柜初始状态.65（二）、PLC/MCC 柜初始状态.65（三）、司钻操作台初始状态.65（四）、辅助操作台初始状态.66（五）、液压源初始状态.66 北石顶驱 电气手册 第 1 页 1.概述 顶部驱动钻井装置（以下简称顶驱装置，或称顶驱）是用以取代转盘钻进的新型石油钻井装备。顶驱装置是机电液一体化、集成度很高的高技术产品，电气系统调试、操作和维修、是一项非常重要的工作。北石顶驱产品电气系统的安装、调试

9、、操作和维护，需要具有一定资历和足够技术经验的合格人员担任。培训上述人员并使其具有资格是顾客的义务。本手册使用以下警示标志：说明（Notes）：该标志用于对与人身和设备安全有关事项的补充说明。注意（Caution）该标志用于对可能导致人身或者设备伤害的提示。警告（Warning）该标志用于对极易导致人身或者设备伤害的提示。本手册中，文字加【】符号的，表示其为电气系统的操作元件，例如按钮、开关等。对于顶驱装置电气系统的安装、调试、操作和维护，应当首先阅读本手册。由于技术的不断发展和变化，必须核对产品编号与本手册封面的编号一致，以确保产品与技术文件相一致。非专业人员或未经过专门培训者，不得进行顶驱

10、装置电气系统的安装、调试、操作和维护，否则可能导致人身伤害或者设备事故。北石顶驱 电气手册 第 2 页 2.安全须知 以下安全须知对顶驱装置的正确安装、使用、维护十分重要，操作和维护人员必须仔细阅读，认真理解：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、不要带电维修或拆除任何电气元件、不要带电拔插电缆插头。不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或操作台！在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下（DC 24V）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！需要对整流器或逆变器或电机维修时，请把主开关（3WN6）上的钥匙开关向右旋转（锁定位），以避免错误操

11、作！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！司钻台在通电时必须保持保护气体压力！在司钻台保护气体失压时，要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台控制电源！每台电机和控制箱必须正确连接到 PE母排或 PE线上！禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁！必须解除时，在清除故障后，要尽快恢复功能允许的被旁路连锁。禁止非专业人员修改整流器和逆变器中设置的参数，否则可能损坏机械或电气设备！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和其它控制电源！?系统主电源意外断电半小时以上重新上电时，必须确认电气控制柜内无凝露！?在潮湿环境下，当电气室温度低于外界环境温

12、度时，禁止长期打开电气室仓门，否则可能会在电气设备上产生凝露！北石顶驱 电气手册 第 3 页 3.主要技术参数 3.1.基本参数 名义钻井深度 7000 m（4 1/2”钻杆）最大载荷 4500 kN，符合 API 标准 电源电压 600 VAC/690 VAC（出厂设定为 600VAC）加 690 设定方法 额定电流 445 A 2 最大电流 770 A 2 环境温度 35 55 海拔 =1000 m 3.2.电动机参数 额定功率 300 kW 2，连续 额定转速 1150 r/min/60 Hz 最大转速 2400 r/min 3.3.钻井参数 转速范围 0220 r/min 工作扭矩（连

13、续）50 kN.m（0 110 r/min）最大扭矩（1min）75 kN.m 北石顶驱 电气手册 第 4 页 4.电气控制系统组成 电气控制系统主要包括交流变频驱动系统和 PLC/MCC 系统，主要由变频控制柜、PLC 控制柜、操作控制台、动力电缆、控制电缆等几大部分组成。系统由两台独立变频器驱动两台 400 马力交流变频电机，两套电机可以联合驱动（主/从方式）或分开独立工作，包括 2 套整流单元，2 套 SIEMENS Simovert 6SE71 交流变频调速系统，具备了完善的自诊断功能和保护功能，可以实现顶驱装置操作的全部电气控制功能。系统主结构如下图所示：发电机输送 600V 主电源

14、到电控房，经过浪涌抑制器滤波和进线电抗器后，通入主空气开关，该主空开具有较好承受切换时所产生大电流的能力。主空开把主电源直接引到可控硅整流元件。整流以后的直流母线电压为 810V,经过隔离开关后，再分别送到逆变器 1 和逆变器 2 去。从逆变器出来的变频电源，经过出线电抗器后，直接送到 DQ70BS北石顶驱 电气手册 第 5 页 顶驱装置的主电机上。实际上这就是一个低压变频过程。一个 3AC 600V 50HZ低压电源，经过变频器变频后，给主电机提供一个工作电源。浪涌抑制器滤波之后的另一路辅助电源，由空气开关引入到辅助变压器，输出的380V辅助电源通入 PLC/MCC 柜，对其提供电源；然后由

15、 PLC/MCC 柜分别给进线柜、整流柜、逆变柜提供 220V 交流辅助电源和控制电源，给液压站、本体站提供 380V 电源，对 CPU、液压站、本体站、司钻操作台提供 24V直流控制电源。【总起】开关合上后，整流器开始启动，然后主空开合闸，600V主电源通入，一切就绪后，来自司钻台的使能信号将使逆变器启动，DQ70BS 顶驱装置进入就绪状态。PLC 系统与各控制站和驱动系统通过 PROFIBUS 总线相连，PLC 与本体子站通过光纤相连，与其它子站通过屏蔽双绞线相连。系统主控 PLC 为西门子 S7300 系列可编程控制器；CPU 为 3152DP；所有远程输入/输出控制站为 ET200X。

16、系统网络示意图如下图所示：北石顶驱 电气手册 第 6 页 4.1.交流变频驱动系统 交流变频驱动系统包括整流单元和逆变器以及相关控制元件，为驱动顶驱装置的交流变频电机提供动力。DQ70BS 顶驱装置采用一对一的驱动方式，即两套整流单元和两套逆变器，分别驱动两套顶驱专用交流变频电机。交流变频驱动系统的面板总图如下所示：本系统所有【紧急停止】按钮联锁，按下任一【紧急停止】按钮，CPU先给整流器和逆变器急停信号，延时后关闭进线柜主空开。1 号逆变柜 1 号整流柜 2 号整流柜 2 号逆变柜 进线柜 北石顶驱 电气手册 第 7 页 4.1.1.进线柜 进线柜由浪涌抑制器、主空气开关、辅助变压器、绝缘检

17、测仪、进线电抗器、电压表、电流表等元器件组成，给整流柜和 PLC/MCC 柜提供优质电源。进线柜面板如下图所示：辅助回路电流表 输入电流表 输入电压表 控制电压 绝缘故障 合闸指示 电压选择 北石顶驱 电气手册 第 8 页 a)仪表：输入电流表：显示 600V主电源电流值；辅助回路电流表：显示辅助电源电流值；输入电压表：显示主电源每相电压值；b)指示灯：控制电源指示灯：进线柜 220V控制电源正常时灯亮。绝缘故障指示灯：系统绝缘出现故障时灯亮。合闸指示灯：进线柜主空开合闸后灯亮。c)电压选择开关：用来选择显示主电源三相电压；系统【总起】开关扳到“启动”位置，整流器启动，延时后主空开闭合，600

18、V主电源通入整流器，司钻台来有使能信号后，逆变器启动，驱动装置准备就绪；司钻台使能信号去掉后，逆变器停止工作；系统【总起】开关复位，系统给整流器停机信号，然后延时断开主空开，系统停机。系统总起具体操作详见操作程序 5.1。输入电流表 输入电压表 控制电源 合闸指示 电压选择 北石顶驱 电气手册 第 9 页 4.1.2.整流柜 整流柜由整流器、电流表、电压表等组成，输入来自进线柜的 600V主电源，整定后输出直流电压到逆变器去。整流柜面板如下图所示：a)仪表 直流电流表：显示整流器输出电流值；直流电压表：显示整流器输出电压值；b)按钮 紧急停止：用于整流器紧急停止（常闭）；DQ70BS 顶驱装置

19、刚停机时，整流柜中的高压大电容正在放电，此时禁止打开整流器柜门。紧急停止 直流电流表 直流电压表 北石顶驱 电气手册 第 10 页 4.1.3.逆变柜 逆变柜由逆变器、CUVC、DTI、出线电抗器、制动单元等组成。逆变柜面板如下图所示：a)仪表 输出电流表：显示逆变器输出电流值；输出电压表：显示逆变器输出电压值；b)开关和按钮 编码器切换开关：用于两个编码器的切换；紧急停止按钮：用于系统紧急停止（常闭）；通过编码器切换开关，两个编码器可以互测主电机转速，同时编码器出现问题时，必须保证处于主动控制（速度控制）的主电机编码器无故障。编码器切换具体操作详见操作程序 5.13。编码器切换 输出电流表

20、输出电压表 紧急停止 北石顶驱 电气手册 第 11 页 4.2.PLC/MCC 系统 PLC/MCC 系统包括各功能单元的逻辑控制和交直流配电系统，PLC/MCC 柜的面板布置如下图所示：a)指示灯：总起准备好指示灯：系统上电之后，总起指示灯为闪烁状态（1Hz)；系统就绪之后，总起指示灯变为常亮。电机加热指示灯：主电机加热器运行时灯亮。故障指示灯：系统有报警时，指示灯闪烁（1Hz），故障时变为常亮。b)手动开关 应急操作开关；通过此开关来实现系统的应急操作。总起开关：系统就绪后，通过此开关来实现系统的总起操作。电机加热开关：通过此开关，加热器可以脱离 PLC 独立工作，指示灯指示加热器运电机加

21、热 电机加热 紧急停止 速度范围 故障 总起 应急操作 系统准备好 北石顶驱 电气手册 第 12 页 行状态；系统正常运行时，加入连锁控制。速度范围开关：来实现速度范围在 0110 r/min 和 0220 r/min 之间的转换。紧急停止开关：系统紧急停止操作，电控系统中所有的紧急停止开关联锁。系统总起操作详见操作程序 5.1；主电机加热操作详见操作程序 5.3；速度范围转换操作详见操作程序 5.6；系统急停操作详见操作程序 5.11；系统应急操作详见操作程序 5.14。北石顶驱 电气手册 第 13 页 4.3.本体子站 本体子站安装在顶驱装置的本体上，其功能是为主电机冷却风机、加热器、控制

22、阀组等提供交直流动力电源，以及读取主电机冷却风机信号（如：风压）、温度传感器信号（如：温度）、减速器信号（如：油温）等信号。本体子站采用的 ET200X模块，防护等级高；内部装有加热器，可在温度较低处工作；采用光纤与 PLC/MCC 柜中的 CPU 进行通讯，抗干扰能力强；从本体子站出来的控制电缆皆为屏蔽线，抗干扰能力强，控制准确可靠，大大减少了控制电缆数量，方便现场安装调试和维修。本体站外形照片 北石顶驱 电气手册 第 14 页 4.4.液压源子站 液压源子站安装在液压源箱体内，控制两台液压泵（一用一备）和液压油冷却泵，两台液压泵可以本地启动，同时也可以由司钻台来实现异地启动。液压源子站控制

23、面板如下图所示：a)指示灯 控制电源指示灯：380V辅助电源通入时灯亮。A 泵运行指示灯：A 泵运行后，该指示灯亮。B 泵运行指示灯：B 泵运行后，该指示灯亮。b)手动开关 液压泵开关；自复位开关，可以本地手动控制液压泵运行。泵选择开关；用来选择 A 泵或 B 泵运行。冷却泵开关；用来启动或停止冷却泵。液压系统操作详见操作程序 5.2；控制电源指示 A 泵运行指示 B 泵运行指示 液压泵 泵选择 冷却泵 北石顶驱 电气手册 第 15 页 钻井扭矩 T o r q u e紧急停止E m e r g e n c e S t o p关O f f开O n124365879101112131415161

24、7181920212223242526钻井转速 S p e e d钻井转速设定 T h r o t t l e辅助操作Auxiliary停止Stop液压源HPU运行Run液压泵运行Pump Runing卡紧Clamp On背钳Clamp后倾Rear前倾Front吊环倾斜Link Incline逆时针C C W吊环回转Link Rotation井 控Well Control顺时针C W吊环中位Link Centre钻井扭矩限定D r i l l i n g T o r q u e操作选择O p e r a t i o n旋扣S p i n自动A u t o上扣扭矩限定M a k e u p T

25、o r q u e扭矩T o r q u e关C l o s e开O p e n松开O f f反转C C W旋转方向D i r c t i o n钻井D r i l l正转C W停止S t o p开O n制动O n关O f f自动A u t o刹车B r a k e内防喷器I B O P风机A i r C o o l i n g电机选择M o t o r灯试验/静音T e s t/S i l e n c eAA B复位R e s e tB故障/报警R e a d y/A l a r m就绪F a u l t4.5.司钻操作台 司钻操作台具有钻井所需的基本操作功能，可以设置顶驱装置的转速、转矩、

26、操作模式和钻井的各种辅助操作。DQ70BS 顶驱装置的司钻台为正压防爆型 EXpniaIIT4，其只能在保护气体压力正常时上电。4.5.1.面板显示与操作元件 司钻台面板安装的指示灯和操作按钮/旋纽的功能如下：标号 名称 类型 功能 1 紧急停止 蘑菇状按钮 按下按扭停止所有操作，然而，主电机冷却风机仍工作。2 井喷 带保护按钮 井喷操作与其他设备连锁。北石顶驱 电气手册 第 16 页 标号 名称 类型 功能 3 液压源运行指示 绿色指示灯 当液压泵正常运行时灯亮。4 液压源操作 运行/停止 3 位开关 自复位开关，不论液压源处于任何操作状态，此开关都可启动或停止液压泵运行。5 吊环回转 逆时

27、针/停/顺时针 3 位开关 自动复位 弹簧复位旋钮，自动回中位。当在“逆时针”位置时，旋转头逆时针偏转；当在“顺时针”位置时，旋转头顺时针偏转；当放开时，自动返回中间（关闭）位置。6 背钳 按钮 按下并保持，启动管子夹紧装置和短锁定销子。按住为背钳卡紧，松开为背钳释放。7 吊环中位 按钮 此按钮控制吊环中位电磁阀。当按下按钮时，吊环浮动到井眼（空档）位置。8 吊环倾斜 后倾/停止/前倾 3 位开关 自动复位 弹簧复位旋钮，自动回中位，在中位时锁住油缸。设置为“前倾”时，倾斜油缸可推动吊环吊卡伸向鼠洞；“后倾”时，则使吊卡在钻井时与钻具脱离接触。9 IBOP 关闭指示 红色指示灯 开关扳至关位时

28、，指示灯亮，反之指示灯灭。10 IBOP 操作旋纽 2 位开关“开”位置时，伸出启动器液缸打开 IBOP 阀门，“关”位置时，收缩启动器液缸关闭 IBOP 阀门。11 刹车指示 红色指示灯 指示灯亮表明制动器工作。12 刹车操作旋纽 松开/自动/制动 3 位开关 处于“松开”位时，制动器电磁阀启动，刹车开指示灯亮。当处于“自动”位时，节流阀工作制动器松开，节流阀关闭制动器工作。13 就绪指示灯 绿色指示灯 在作好一切开机准备工作后，该指示灯亮。14 复位按钮 按钮开关 一旦主控制柜出现故障，可通过它来进行复位，并可通过此按扭来消除报警指示灯。15 故障/报警指示灯 红色指示灯 该指示灯为综合故

29、障指示：系统出现报警时，司钻台报警指示灯将闪烁；系统出现故障时，司钻台故障指示灯将常亮。16 停止报警/灯试验 按扭开关 当警笛响时按下按钮，关闭警笛。然而，故障指示灯将一直亮到故障排除或重新设置。17 辅助操作 2 位开关 二层台操作吊环倾斜机构，该操作受司钻操作台控制，可以与司钻操作台通讯并互锁。18 风机 开/关/自动 3 位开关 用于手动运行电机的冷却风机，或者切换为自动运行。19 电机选择 A/AB/B 3 位开关 通过此开关来选择顶驱驱动电机：M1 或 M1+M2 或 M2 20 操作选择 3 位开关 对最大扭矩限定值进行不同的设置。北石顶驱 电气手册 第 17 页 标号 名称 类

30、型 功能 钻井/旋扣/扭矩 右位自复位 21 旋转方向 反转/停止/正转 3 位开关 用于进行顶驱装置转向的选择 22 上扣转矩设定 电位器 上扣操作时，在变频器设置当前极限，设定上扣允许的最大转矩。23 钻井转矩设定 电位器 钻井作业中在变频器上设置当前极限，设定钻具允许的最大转矩。24 钻井转速设定 电位器 正常钻井操作时，在变频器上设置当前极限值，设定钻具允许的最大转速。25 钻井扭矩显示 计量表 以 kN.m 为单位显示本体主轴输出的实际转矩值。26 钻井转速显示 计量表 正常频率下主轴输出的转速值，以 r/min 为单位显示。4.5.2.钻井转速设定手轮【钻井转速设定】手轮的刻度为额

31、定转速的百分数（0100），逆时针旋转手轮，将降低设定转速，到极限位置时转速为零。顺时针旋转手轮，将提高设定转速，到极限位置时设定速度为额定转速的 100。额定转速由 PLC 柜面板上的【速度范围】旋纽选择，“低速”对应的额定转速为110r/min，“高速”对应的额定转速为 220r/min。4.5.3.钻井扭矩限定手轮【钻井扭矩限定】手轮的刻度为系统设定额定扭矩的百分数（0100），逆时针旋转手轮，将降低限定扭矩，到极限位置时限定扭矩为零。顺时针旋转手轮，将提高限定扭矩，到极限位置时限定扭矩为额定扭矩的 100。【钻井扭矩限定】手轮满量程对应于扭矩值 50kN.m（出厂设定值）；4.5.4.

32、上扣扭矩限定手轮【上扣扭矩限定】手轮的刻度为系统设定额定扭矩的百分数（0100），逆时针旋转手轮，将降低限定扭矩，到极限位置时限定扭矩为零。顺时针旋转手轮，将提高限定扭矩，到极限位置时限定扭矩为额定扭矩的 100。【上扣扭矩限定】手轮满量程对应于扭矩值 50kN.m（出厂设定值）；北石顶驱 电气手册 第 18 页 4.6.辅助操作台 在二层台设置一个防爆控制面板，用于在二层台操作吊环回转机构和倾斜机构。使系统可以在司钻操作台和二层台分别操作倾斜机构。该操作台受司钻操作台控制，可以与司钻操作台通讯并互锁。二层台操作面板如下图所示。1)指示灯：使能指示灯：司钻操作台的辅助操作开关合上 后灯亮，使二

33、层台操作有效。2)手动开关：吊环回转开关：用来操作吊环回转机构。吊环倾斜开关：用来操作吊环倾斜机构。吊环中位按钮：用来实现吊环自动回到井眼位置。辅助操作台只有在司钻台辅助操作开关允许后操作 才有效，且与司钻台并联操作，互不影响。二层台操作详见操作程序 5.9；吊环回转开关 使能指示灯 吊环中位按钮 吊环倾斜开关 北石顶驱 电气手册 第 19 页 4.7.主动力电缆 主电缆的作用是将主控制柜的变频输出连接到和顶驱上部的主电机。为了方便现场安装和连接电缆分为三段：第一段为地面电缆，长 26m（86 英尺），从主控制柜到井架底部；第二段为井架电缆，长 50m（165 英尺），从井架底部到井架上部；第

34、三段为游动电缆，长 26m（86 英尺），从井架上部到主电机。三段电缆之间以及主电缆与主电机、主电缆与主控制柜之间均采用连接器快速连接，现场作业十分方便。北石顶驱 电气手册 第 20 页 4.8.其他电缆 4.8.1.本体控制电缆 控制电缆为多芯电缆，采用连接器快速连接，现场作业十分方便。主控制柜到顶驱上部的控制电缆为一条完整的电缆，与主电缆并行安装。控制电缆包括三部份：A 为 12 芯电源电缆，给主电机风机和加热器提供 380V和 220V电源，使用了 9 芯；B 为 67 芯带屏蔽电缆，其中包含有本体站控制电源 24VDC 电缆，手动信号和主电机编码器电缆；C 为 9 芯带屏蔽电缆，作为备

35、用的 PROFIBUS 通讯电缆；本体控制电缆还包括一条光纤。北石顶驱 电气手册 第 21 页 4.8.2.液压源控制电缆 4.8.3.司钻台控制电缆 4.8.4.辅助控制台电缆 4.8.5.接地电缆 北石顶驱 电气手册 第 22 页 5.操作程序 5.1.电气控制系统启停 5.1.1.启动前的检查 启动电气系统前，应当进行以下检查：检查确认机械和液压系统准备就绪。检查电气系统电气柜和司钻操作台的操作元件和仪表，使其处于初始状态（见附录一）。按下【灯试验/静音】按钮 3 秒钟，测试司钻操作台所有指示灯。5.1.2.上电程序 确认所有电源开关（进线柜主空开除外）均已上电，电源正常。5.1.3.启

36、动系统 将电气柜【总起】开关扳到“启动”位置，驱动系统进入“就绪”状态，“总起准备好”指示灯闪烁（1Hz），整流器开始运行，对应的进线柜主空开闭合，逆变器处于 OFF1 禁止状态（008）。系统就绪之后，“总起准备好”指示灯和司钻操作台“就绪”指示灯长亮。系统处于其他状态时，【总起】操作无效。在系统运行状态，操作【总起】开关会造成故障停机。5.1.4.停止系统 停止系统的程序如下：将司钻操作台钻井【转速给定】手轮回“零位”，【旋转方向】开关扳到“停止”位，使顶驱装置停止运行。将电气柜【总起】开关扳到“停止”位置。北石顶驱 电气手册 第 23 页 5.2.液压系统启停 5.2.1.本地启停液压系

37、统 在液压源（本地）启动液压系统的程序如下：将液压源【泵选择】开关指向“A 泵”或“B 泵”，选择 A 泵运行或 B 泵运行。当液压源“控制电源”指示灯亮时，操作【液压泵】开关到“ON”位置，所选择的液压泵将启动，相对应的运行指示灯亮。【液压泵】开关为自复位开关，得电后将自锁。在液压源（本地）停止液压系统的程序如下：将液压源的【液压泵】开关扳到“OFF”位置，液压泵停止运转，指示灯熄灭。即使液压源【液压泵】开关在“停止”位置，液压源也可以由司钻操作台远程启动进入运行状态。因此，在液压源进行检修维护作业时，操作人员或维修人员必须断开电源隔离开关，以保证安全。5.2.2.司钻台启停液压系统 选择“

38、A 泵”或“B 泵”，不论液压源操作面板【液压泵】打到何种状态；在司钻操作台将【液压源】开关到“运行”位置，可以启动液压系统；在司钻操作台将【液压源】开关到“停止”位置，可以停止液压系统的运行。无论液压源在何种操作状态下，在司钻操作台都可以控制液压泵启动或停止。5.2.3.液压系统冷却 将液压源【冷却泵】开关扳到“ON”位置，冷却风扇将直接启动，扳到“AUTO”位置，将由 PLC 采集油温信号进行比较计算，如果油温超过设定的报警值，冷却风扇自动启动。北石顶驱 电气手册 第 24 页 5.3.主电机加热器 顶驱装置主电机加热器电源正常且主电机未运行时，将 PLC/MCC 柜内的【电机加热】开关打

39、到“加热”位置，可以使加热器开始工作，PLC/MCC 柜门加热器指示灯显示运行状态。PLC 系统正常时，加热器与主电机连锁，主电机运行时加热器禁止工作。加热器工作时，启动主电机，加热器自动停止加热。主电机运行时，加热器将不能启动。5.4.主电机冷却风机 将司钻操作台的【风机】开关置于“开”位置，可以直接启动主电机风机，建立风压。在建立风压之前，系统及主电机不能启动。将【风机】置于“关”的位置，将停止主电机风机和驱动柜风机，但是在系统运行状态，不管【风机】位置如何，风机均不会停止。将【风机】开关置于“自动”位置时，在顶驱运行之前，系统所选择主电机的风机将启动，顶驱系统停止运行后，风机延时 60m

40、in之后将自动停止。在 DQ70BS 顶驱系统运行期间，关闭风机无效。系统（主电机）运行状态下失风时，风压信号为 0，系统将故障停机。5.5.刹车 刹车只有在钻井工作方式才能动作。盘式刹车夹紧电机主轴之后，刹车指示灯常亮；盘式刹车松开后，指示灯灭。将【刹车】开关置于“自动”位置，顶驱电气系统启动时，在建立实际转矩之后，盘式刹车自动打开一次，延时 5 秒钟电磁阀断电；停车时盘式刹车动作将在电机转速低于 3后刹车，电磁阀持续得电，保持刹车状态。在运行状态下，将【刹车】开关扳到“制动”位置，系统将降速停车，刹车装置在主电机转速低于 3时刹住电机主轴，电磁阀持续得电，保持刹车状态。在此工作状态下，系统

41、将不能启动。北石顶驱 电气手册 第 25 页 将【刹车】开关置于“松开”位置，顶驱装置可以启动和运行，系统停车时刹车装置将不会自动刹车。故障停车时，刹车动作结果如何？系统切换到旋扣或扭矩工作方式，盘式刹车将自动打开一次，5秒钟之后电磁阀断电；不管【刹车】开关处于任何状态，刹车不会关闭。5.6.钻井操作 开始进行钻井操作之前，应当检查系统，使之处于附录一所示的初始状态。检查项目包括：将司钻操作台【钻井转速设定】手轮回零，【旋转方向】开关扳到“停止”位。操作【电机选择】开关，选择顶驱装置电机工作方式（A 电机、A/B 电机或 B电机）。在【钻井转速设定】手轮零位且系统未运行时，【旋转方向】开关选择

42、正向旋转。【钻井转速设定】手轮不在零位，或者【旋转方向】开关不在“停止”位，【电机选择】开关动作无效，两者必须同时满足时【电机选择】开关动作才有效。不知道是否选中，以为有效了。（加报警提示）【钻井转速设定】手轮不在零位，【旋转方向】开关动作无效。钻井模式下，【旋转方向】开关选择“反向”旋转无效。开始钻井操作：将【操作选择】开关选择为“钻井”工作方式。将【钻井扭矩限定】手轮缓慢离开零位，设定为需要的扭矩。将【钻井转速设定】手轮缓慢离开零位，主电机按手轮给定转速正向旋转。【钻井转速设定】手轮不在零位，【旋转方向】开关动作无效。北石顶驱 电气手册 第 26 页 【钻井转速设定】手轮或【旋转方向】开关

43、处于其他状态时，【操作选择】开关无法使系统切换为“钻井”工作方式。5.6.1.恒扭矩与恒功率 顺时针旋转【钻井转速设定】手轮，主轴转速随之增加，在没有达到额定功率之前，电动机将保持【钻井扭矩限定】手轮设定的扭矩（“恒扭矩”运行）。在达到额定功率后，随着转速继续增加，电动机输出扭矩开始下降，保持输出功率不变（“恒功率”运行）。下图中红色曲线为手轮限定扭矩为 35kN.m时，输出扭矩与转速关系曲线。5.6.2.速度控制与转矩控制 钻井过程中，当钻柱扭矩达到限定转矩时，驱动转为按【钻井转矩限定】手轮设定的转矩，以转矩控制方式继续运转。如果钻柱扭矩大于限定扭矩，主轴将停止（转速为零），系统保持扭矩。当

44、钻柱扭矩减小时，转速将会恢复，逐渐增加到设定的转速，当转速增加到大于手轮设定值之后，装置恢复为速度控制方式。5.6.3.停止钻井 系统在钻井工作方式需要正常停止时，可将【钻井转速设定】手轮回到零位，装置正常降速停车。如果【刹车】开关在“自动”位置，当系统转速低于 3后自动刹车，延北石顶驱 电气手册 第 27 页 时停止驱动装置。系统在钻井方式正常运行时，在误操作【旋转方向】开关离开正向位置、误操作【刹车】开关等情况下，或出现“电气故障 2”时（PLC 程序中定义，如驱动装置控制电源断电等），CPU 将转速设定值和转矩限定值给定为 0，系统将降速停车。5.7.上卸扣操作 开始旋扣操作前，应当检查

45、系统，使之处于附录一所示的初始状态。包括检查以下项目：将司钻操作台【钻井转速设定】手轮回零，【旋转方向】开关扳到“停止”位。操作【电机选择】开关，选择顶驱装置双电机工作方式（AB 电机）。【操作选择】开关选择顶驱系统为“旋扣”模式。【钻井转速设定】或【旋转方向】开关处于其他状态时，【操作选择】开关动作无效（不能使系统切换为旋扣工作模式）。5.7.1.上扣操作 1）旋扣：【旋转方向】开关选择“正向”旋转，系统切换到正向旋扣工作方式；【钻井转速设定】手轮离开零位，系统以固定转速（出厂设定为 15%额定转速）旋扣，达到限定转矩（出厂设定为 10%额定转矩）后，转速和转矩设定值为零，降速停车，转速低于

46、 3后驱动装置停止。【钻井转速设定】处于其他状态时，【旋转方向】开关动作无效。旋扣运行时，【钻井转速设定】回到零位或【旋转方向】开关误操作或“电气故障 2”时，驱动系统转速和转矩给定值自动降为零，转速低于 3后，装置停止运行。2）紧扣：将司钻台【钻井转速设定】手轮回零，【旋转方向】开关选择正向旋转。北石顶驱 电气手册 第 28 页 旋转【上扣扭矩限定】手轮限定上扣扭矩。手轮采用百分数方式计量，满量程对应的扭矩值为 50kN.m。【操作选择】开关选择顶驱系统“扭矩”工作方式，左手同时按下【背钳】按钮，首先将背钳夹紧，5 秒钟之后系统以手轮给定的上扣转矩值正向旋转，达到限定扭矩后，系统将自动停止运

47、行。双手离开操作开关，背钳松开。【钻井转速设定】处于其他状态时，【旋转方向】开关动作无效。【钻井转速设定】手轮或【旋转方向】处于其他状态时，【操作选择】开关动作无法使系统切换为扭矩工作模式。5.7.2.卸扣操作 将司钻台【钻井转速设定】手轮回零，【旋转方向】开关扳到“反转”位置。旋转【操作选择】开关到“扭矩”位置，同时按下【背钳】按钮，背钳首先动作夹紧钻柱接头，5 秒钟之后系统以固定转矩值（出厂设定最大为 75kN.m）反向旋转，当系统转速高于旋扣转速给定时，装置自动停车，操作开关复位后，背钳松开。旋扣 在扭矩工作方式运行时，松开背钳按钮，PLC 系统将转矩设定值置为 0。松开【操作选择】选择

48、开关，PLC 系统将使驱动装置停止运行。5.8.背钳操作 在“扭矩”工作方式下，并且装置没有运行时，按下或松开【背钳】按钮，背钳将夹紧或松开，其中松开时电磁阀动作 5 秒钟之后断电。装置运行过程中，按下或松开【背钳】按钮，不会改变背钳状态。系统切换到旋扣或钻井工作方式，液压背钳将自动打开一次，5 秒钟之后电磁阀断电。在钻井或旋扣模式下不管背钳开关处于任何状态，背钳不会动作。北石顶驱 电气手册 第 29 页 5.9.吊环操作 液压系统启动后，操作司钻台【吊环回转】开关可以控制吊环顺时针或逆时针回转。司钻台【吊环倾斜】开关可实现吊环前倾和后倾的控制。在系统停机状态，按下【吊环中位】按钮，可以操作吊

49、环回到中位。吊环回转与吊环倾斜操作互锁，不能同时进行（系统设置为操作无效）。在司钻操作台【辅助操作】开关“开”的位置，且操作盒使能指示灯亮时，操作二层台操作盒相应开关可同样实现上述功能。5.10.井控和 IBOP 操作 顶驱装置停止状态，将【内防喷器】开关扳到“关”位置，IBOP 关闭；开关扳到“开”位置，IBOP 打开。IBOP 在钻井过程或泥浆泵运行状态禁止关闭（【井控】状态除外）。发生井喷等紧急情况下，按下【井控】开关后，进入井控状态，系统动作顺序如下：启动液压泵（不管之前状态）；停止泥浆泵（给出干接点信号，需要连接对泥浆泵的控制）；停止驱动装置（快速停车 OFF2）；关闭 IBOP。操

50、作人员应将系统【总起】复位，将司钻台所有开关复位到初始位置（见附录一）。紧急情况排除之后，确认系统无故障报警之后，按下司钻台【复位】按钮，系统解除井控状态。5.11.急停操作 系统出现紧急情况需要紧急停止时，操作人员可就近按下任意一个【紧急停止】按钮，顶驱系统所有设备快速停机。之后，操作人员应将系统【总起】复位，将司钻台所有开关复位到初始位置（见附录一）。系统恢复正常之后，确认系统无故障报警之后，将【紧急停止】开关复位，按下司钻台【复位】按钮之后，系统复位，可进行正常操作。北石顶驱 电气手册 第 30 页 5.12.故障/报警 系统出现故障时，司钻台故障指示灯将常亮，声音报警器发声报警。故障分