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淺析鉆機電控系統(tǒng)直流接觸器使用安全性能的改進

文檔作者：劉　龍文檔來源：中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司		點擊數：	更新時間： 2022年11月06日
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工業(yè)生產化 工 設 計 通 訊
Industrial Production Chemical Engineering Design Communications
·170·
第42卷第5期
2016年5月
1 直流鉆機電控系統(tǒng)使用直流接觸器現狀
從80 年代初期，以美國ROSSHILL 公司為主生產的直流
鉆機電控系統(tǒng)不斷進入中國鉆機電控市場，隨著國民經濟的
不斷發(fā)展，ROSSHILL 直流鉆機電控系統(tǒng)也得到了提升和發(fā)展，
同時，人們對該直流鉆機電控系統(tǒng)中使用直流切換接觸器的
認識也同樣得到了提高。受崇洋媚外思想的影響，人們總覺
得進口直流接觸器就是好，于是，限制了國產直流接觸器的
使用和推廣。
到了90 年代后期，在國內電氣設計工程師的努力下，研
制出了性能更為先進、調試更為靈活的全數字直流鉆機電控
系統(tǒng)（以西門子6RA70 為基礎的二次開發(fā)完成），打破了國
外直流鉆機電控系統(tǒng)的壟斷格局，完全取代了國外直流鉆機
電控系統(tǒng)。隨著國民經濟的迅速發(fā)展和國家對能源的大量需
求，國產石油鉆機電控系統(tǒng)也得到了迅速發(fā)展，使全數字
直流鉆機電控系統(tǒng)中使用的國產直流接觸器獲得了生機和
發(fā)展。
由于國產直流接觸器加工工藝等問題，使用中難免會出
現這樣或那樣的問題，經過近10 多年的現場使用，國產直流
接觸器的使用安全性能得到了提高，多套直流鉆機電控系統(tǒng)
安全運行也證明了國產直流接觸器使用是可靠的。國產直流
接觸器的大量應用，不僅發(fā)展了民族工業(yè)，而且也為國家節(jié)
約了大量外匯。以1 套ZJ70D 直流控制系統(tǒng)為例（1 套直流系
統(tǒng)中大約使用24 臺單極直流接觸器）：伊頓6702ED584 單極
直流接觸器進價為4.5 萬元/ 臺，而國產CCZ38-1600-10S 進
價1.2 萬元/ 臺，所以每套ZJ70D 可節(jié)約資金為（4.5 ﹣ 1.2）
×24=79.2 萬元，按國內每年生產80 套ZJ70D 計算，每年可節(jié)
約資金約80×79.2=6 336 萬元，經濟效益和社會效益是相當可
觀的。
2 直流接觸器現場應用出現的問題
在正常作業(yè)使用過程中，出現了電控系統(tǒng)中國產型號為
CCZ38-1600-10S 直流接觸器的吹弧線圈溫度太高，在直流側
電流達到1 000A 以上時，其線圈溫度達到300℃左右，導致直
流柜內變流組件溫控系統(tǒng)頻繁動作，致使直流柜斷路器跳閘，
直接影響鉆井正常生產。
該直流接觸器的設計電流為1 800A，由兩臺1 250A 直流
接觸器并聯實現，各自的主觸頭和吹弧線圈相互獨立，均流
主要靠兩個主觸頭接觸電阻來完成。
3 直流接觸器溫度過高的改進方案
為了解決直流接觸器線圈溫度過高問題，經研究我們提
出了以下解決方案：
方案一：調整主觸頭間隙，并在直流接觸器柜門前架設
散熱風機。
方案二：在兩個各自獨立的直流接觸器主觸頭后端母排
上增加并聯銅排，并在兩個并聯的吹弧線圈中間增加分流銅
排（見圖1，2 所示），然后在調整調整主觸頭間隙。
吸合線圈
+ -
I
紅色線為所加的銅排
吹弧線圈
動合觸點
　　銅排1
銅排2
圖1 改進方案電氣原理圖　　　　　　圖2 改進實物圖　　
4 改進效果
對于第1 個解決方案，對直流接觸器的主觸頭間隙經過
了反復調整，使兩個主觸頭的接觸面積接近一致，再回復安
裝到位，加電正常運行起來，測試其吹弧線圈溫度降低不多。
后來又在直流接觸器柜門架設風機加強散熱，還是效果甚微。
實施第2 個解決方案，在兩個各自獨立的直流接觸器主觸
頭后端母排上增加并聯6×40 銅排，并在兩個并聯的吹弧線圈
中間增加分流4×20 銅排，然后在調整各自主觸頭間隙，使各
自主觸頭接觸面積基本一致。這樣做的目的：一是消除單個
主觸頭接觸不好引起的單組溫度過高問題；二是減少吹弧線
圈的電流。
為了進一步驗證直流接觸器使用的安全性能，我們還對
同樣電流等級的進口伊頓6702ED584 單極直流接觸器和國產
CCZ38-1600-10S 直流接觸器進行了直流通電對比實驗，實驗
結果如下：進口伊頓6702ED584單極直流接觸器，直流電流1
600A，吹弧線圈溫升31.5K；國產CCZ38-1600-10S 直流接觸器，
直流電流1 600A，吹弧線圈溫升35.3K。實驗結果表明：國產
直流接觸器與進口直流接觸器在電流使用安全性能上可以媲
美。
2012—2013 年，該直流接觸器改進后，在厄瓜多爾東部
亞馬遜盆地SACHA 油田、PAM 油田順利完成了10 口井鉆井
作業(yè)，測到的直流接觸器最高溫度只有50℃，吹弧線圈溫度
的劇升問題得到解決，斷路器不再頻繁跳閘，避免了因斷路
器頻繁跳閘，對我們泥漿泵等鉆井主體設備的損傷。節(jié)約了
因為跳閘而停泵，停鉆機，再由一工況倒至另一工況的時間。
降低了對電控系統(tǒng)及泥漿泵等鉆井主題設備的損傷，明顯地
增加了鉆井實效，取得了可觀的經濟效益和良好的社會效益。
摘　要：針對石油鉆機直流電控系統(tǒng)中使用的國產直流接觸器，在系統(tǒng)正常運行時所出現的主觸頭溫度過高等問題，提出
改進方案或措施。電控系統(tǒng)的正常運行驗證，國產直流接觸器性能安全、使用效果好，為國產化直流接觸器在石油鉆機直流電
控系統(tǒng)中的使用和推廣奠定了基礎。
關鍵詞：直流接觸器；改進方案；安全性能
中圖分類號：TE922　　文獻標志碼：B　　文章編號：1003–6490（2016）05–0170–02
On the Rig Electrical Control System Using DC Contactor Safety Improvements
Liu Long
Abstract ：Domestic oil rig DC DC contactor control system used during normal system operation occurs when the temperature is
too high the main contacts and other issues，improve programs or measures submitted through normal operation to verify the electronic
control system，and achieved good security，using the results for the localization of the oil rig in the DC contactors DC control system
use and promotion of the foundation.
Key words ：DC contactors ；improvement program ；safety performance
淺析鉆機電控系統(tǒng)直流接觸器使用安全性能的改進
劉　龍
（中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南蘭考 475300）
收稿日期：2016–05–20
作者簡介： 劉龍（1979—），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事石
油鉆井工作。
化 工 設 計 通 訊 工業(yè)生產
Chemical Engineering Design Communications Industrial Production
·171·
第42卷第5期
2016年5月
國產直流接觸器改進后，其安全性能得到很大提高，完全
滿足了鉆井生產各工況的要求；對于直流鉆機電控系統(tǒng)，在
使用國產直流接觸器時，只要在安裝時不使主觸頭受力變形，
直流接觸器的使用安全性能是可以保證的，可以取代進口直
流接觸器。
參考文獻
[1] 宋文博. 淺析直流接觸器故障處理及保養(yǎng)[J]. 內蒙古科技與經濟，
2012，（1）.
[2] 劉六五，徐奎. 新型直流接觸器設計[J]. 機電元件，2007，（1）.
（上接第152頁）
在環(huán)氧乙烷吸收循環(huán)流程內，在從吸收水冷卻器出口到
吸收塔入口這一段的條件非常適宜細菌繁殖：
（1）此段流程水體溫度在32~37℃。
（2）吸收水的pH 值在7~8之間。
（3）水體中含有乙二醇、環(huán)氧乙烷（環(huán)氧乙烷濃度低于4
000×10-6）等有機類物質，為細菌繁殖提供了碳源。
（4）水體中含有有機胺類物質，為細菌繁殖提供了氮源。
在此等環(huán)境下，只要有菌種帶入的系統(tǒng)，細菌便有可能
大量繁殖，生成粘稠狀物質。這些細菌除了在管線、設備的
死角處生長外，還會在流動的水體內生成絮狀物質，這些絮
狀物質會被硅氧烷消泡劑不斷包裹、不斷增大，最終這些物
質堵塞在填料內，造成填料壓差過大，而且降低了水體中消
泡劑的濃度，所以液泛的幾率會大大增加。
4 建議
綜上所述，對于控制環(huán)氧乙烷吸收塔的液泛的控制，我
們提出以下建議：
1）選用高選擇性、產醛量低的催化劑。降低了醛的生成
量也就相應可以降低吸收水系統(tǒng)中亞硫酸氫鈉的加入量，羥
基磺酸鈉的濃度也就大大降低，降低了發(fā)泡的可能。
2）消泡劑的選擇是根據工藝特點及要求，從消耗量和消
泡效果來看，聚二甲基硅氧烷更適合于工藝更復雜、規(guī)模更
大的裝置使用。
3）吸收水系統(tǒng)中可能出現細菌繁殖，控制細菌繁殖應從
截斷微生物氮源的方向出發(fā)（尤其針對硝化細菌），可以收到
很好的效果。
（上接第133頁）
Energy-keV
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0
429
343
257
171
85
0
Si
Pt
Ai
K
O
（a）硅烷改性膠空白樣
Energy-keV
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0
174
139
104
69
34
0
C
O Pt
Ca
Si
Fe
（b）硅烷改性膠暴曬1a
圖3 聚氨酯膠和硅烷改性膠暴曬1a前、后EDX圖
表3 聚氨酯膠和硅烷改性膠暴曬1a前、后EDX元素含量分析
涂料類別暴曬時間C（Wt%） O（Wt%） Si（Wt%） Ca（Wt%）
聚氨酯膠
0h 40.66 17.00 2.85 2.82
1a 29.45 15.33 4.36 4.85
硅烷改性膠
0h 41.21 16.8 2.37 0.36
1a 38.29 17.18 2.16 1.81
為了進一步驗證膠層表面的材料組分變化，我們采用
EDX 元素分析。從圖3、表3 可知，聚氨酯膠和硅烷改性膠層
表面的主要組成元素為C、O、Si、Ca 等。其中C 元素含量較高，
Si、Ca 元素含量較低，表明膠層中有機物作為連續(xù)相整體包
覆著無機填料。大氣暴曬1a 后，聚氨酯膠表面的C 元素從初
始的40.66% 降至29.45%，Si、Ca 分別從2.85%、2.82% 增至
4.36%、4.85%。而硅烷改性膠表面的C 元素從初始的41.21%
降至38.29%，Si、Ca 分別從2.37%、0.36% 增至2.16%、1.81%。
表明了經大氣暴曬1a 后，聚氨酯膠有機聚合物發(fā)生了降解，
暴露出致密堆積的無機填料碳酸鈣和二氧化硅。而硅烷改性
膠的有機物降解程度較聚氨酯膠的低。綜上分析，表明了硅
烷改性聚醚分子結構比聚氨酯聚合物中的氨基甲酸酯結構的
穩(wěn)定性更強，硅烷改性膠的耐候性比聚氨酯膠更為優(yōu)異。
密封材料的耐候性，除了與聚合物分子結構有關外，還
與光穩(wěn)定劑、抗氧劑等，無機填料的種類和分布有很大關系。
從圖2 中的SEM 圖片中，我們發(fā)現，當密封膠表層的有機物
降解后，無機填料在基體材料中的堆積、分散性和材料惰性
是其耐候性的關鍵。
3 結論
1）硅烷改性聚醚密封膠產品中采用表面處理的輕質碳酸
鈣和重質碳酸鈣配合使用，改善產品的力學性能和流變性能。
隨著碳酸鈣比例增加，膠料粘度上升，由于碳酸鈣的吸油值
限制，到某一比例后無法加入到膠料中。增加碳酸鈣用量在
低比例時對拉伸強度起到改善的作用，隨著用量進一步增加，
硅烷改性聚醚聚合物比例相對進一步減少，強度下降。
2）硅烷改性聚醚密封膠的耐濕熱老化、紫外老化、耐鹽
霧老化等性能方面具有良好的表現。經不同老化測試后，密
封膠的機械性能有一定變化，拉伸強度、硬度稍微降低，斷
裂伸長率增加，總體變化趨勢不大。
3）通過SEM 和EDX 對硅烷改性密封膠的耐候機理進行
分析。發(fā)現硅烷改性聚醚聚合物具有良好的耐候性能，同時
在密封材料體系中，納米二氧化硅和重鈣、輕鈣的配伍，和
與硅烷改性聚醚聚合物的相容性是提高密封材料耐候性的關
鍵。
參考文獻
[1] Feng T M，Waldman B A.Silyated urethane polymers enhance
properties of construction sealants[J].Adhesives Age，1995，38（4）：
30-32.
[2] 胡秦斌，陳世龍，聶華英. 單組份硅烷化聚氨酯密封膠的研究[J].
中國膠黏劑，2005，14（8）：31-34.
[3] 黃應昌，呂正蕓. 彈性密封膠與膠黏劑[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，
2003.
[4] 楊明山. 有機硅建筑密封劑老化機理的研究[J]. 化學與粘合，1996.
（4）.

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