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浅析钻机电控系统直流接触器使用安全性能的改进

文档作者：刘　龙文档来源：中石化中原石油工程有限公司钻井三公司		点击数：	更新时间： 2022年11月06日
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工业生产化 工 设 计 通 讯
Industrial Production Chemical Engineering Design Communications
·170·
第42卷第5期
2016年5月
1 直流钻机电控系统使用直流接触器现状
从80 年代初期，以美国ROSSHILL 公司为主生产的直流
钻机电控系统不断进入中国钻机电控市场，随着国民经济的
不断发展，ROSSHILL 直流钻机电控系统也得到了提升和发展，
同时，人们对该直流钻机电控系统中使用直流切换接触器的
认识也同样得到了提高。受崇洋媚外思想的影响，人们总觉
得进口直流接触器就是好，于是，限制了国产直流接触器的
使用和推广。
到了90 年代后期，在国内电气设计工程师的努力下，研
制出了性能更为先进、调试更为灵活的全数字直流钻机电控
系统（以西门子6RA70 为基础的二次开发完成），打破了国
外直流钻机电控系统的垄断格局，完全取代了国外直流钻机
电控系统。随着国民经济的迅速发展和国家对能源的大量需
求，国产石油钻机电控系统也得到了迅速发展，使全数字
直流钻机电控系统中使用的国产直流接触器获得了生机和
发展。
由于国产直流接触器加工工艺等问题，使用中难免会出
现这样或那样的问题，经过近10 多年的现场使用，国产直流
接触器的使用安全性能得到了提高，多套直流钻机电控系统
安全运行也证明了国产直流接触器使用是可靠的。国产直流
接触器的大量应用，不仅发展了民族工业，而且也为国家节
约了大量外汇。以1 套ZJ70D 直流控制系统为例（1 套直流系
统中大约使用24 台单极直流接触器）：伊顿6702ED584 单极
直流接触器进价为4.5 万元/ 台，而国产CCZ38-1600-10S 进
价1.2 万元/ 台，所以每套ZJ70D 可节约资金为（4.5 ﹣ 1.2）
×24=79.2 万元，按国内每年生产80 套ZJ70D 计算，每年可节
约资金约80×79.2=6 336 万元，经济效益和社会效益是相当可
观的。
2 直流接触器现场应用出现的问题
在正常作业使用过程中，出现了电控系统中国产型号为
CCZ38-1600-10S 直流接触器的吹弧线圈温度太高，在直流侧
电流达到1 000A 以上时，其线圈温度达到300℃左右，导致直
流柜内变流组件温控系统频繁动作，致使直流柜断路器跳闸，
直接影响钻井正常生产。
该直流接触器的设计电流为1 800A，由两台1 250A 直流
接触器并联实现，各自的主触头和吹弧线圈相互独立，均流
主要靠两个主触头接触电阻来完成。
3 直流接触器温度过高的改进方案
为了解决直流接触器线圈温度过高问题，经研究我们提
出了以下解决方案：
方案一：调整主触头间隙，并在直流接触器柜门前架设
散热风机。
方案二：在两个各自独立的直流接触器主触头后端母排
上增加并联铜排，并在两个并联的吹弧线圈中间增加分流铜
排（见图1，2 所示），然后在调整调整主触头间隙。
吸合线圈
+ -
I
红色线为所加的铜排
吹弧线圈
动合触点
　　铜排1
铜排2
图1 改进方案电气原理图　　　　　　图2 改进实物图　　
4 改进效果
对于第1 个解决方案，对直流接触器的主触头间隙经过
了反复调整，使两个主触头的接触面积接近一致，再回复安
装到位，加电正常运行起来，测试其吹弧线圈温度降低不多。
后来又在直流接触器柜门架设风机加强散热，还是效果甚微。
实施第2 个解决方案，在两个各自独立的直流接触器主触
头后端母排上增加并联6×40 铜排，并在两个并联的吹弧线圈
中间增加分流4×20 铜排，然后在调整各自主触头间隙，使各
自主触头接触面积基本一致。这样做的目的：一是消除单个
主触头接触不好引起的单组温度过高问题；二是减少吹弧线
圈的电流。
为了进一步验证直流接触器使用的安全性能，我们还对
同样电流等级的进口伊顿6702ED584 单极直流接触器和国产
CCZ38-1600-10S 直流接触器进行了直流通电对比实验，实验
结果如下：进口伊顿6702ED584单极直流接触器，直流电流1
600A，吹弧线圈温升31.5K；国产CCZ38-1600-10S 直流接触器，
直流电流1 600A，吹弧线圈温升35.3K。实验结果表明：国产
直流接触器与进口直流接触器在电流使用安全性能上可以媲
美。
2012—2013 年，该直流接触器改进后，在厄瓜多尔东部
亚马逊盆地SACHA 油田、PAM 油田顺利完成了10 口井钻井
作业，测到的直流接触器最高温度只有50℃，吹弧线圈温度
的剧升问题得到解决，断路器不再频繁跳闸，避免了因断路
器频繁跳闸，对我们泥浆泵等钻井主体设备的损伤。节约了
因为跳闸而停泵，停钻机，再由一工况倒至另一工况的时间。
降低了对电控系统及泥浆泵等钻井主题设备的损伤，明显地
增加了钻井实效，取得了可观的经济效益和良好的社会效益。
摘　要：针对石油钻机直流电控系统中使用的国产直流接触器，在系统正常运行时所出现的主触头温度过高等问题，提出
改进方案或措施。电控系统的正常运行验证，国产直流接触器性能安全、使用效果好，为国产化直流接触器在石油钻机直流电
控系统中的使用和推广奠定了基础。
关键词：直流接触器；改进方案；安全性能
中图分类号：TE922　　文献标志码：B　　文章编号：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
浅析钻机电控系统直流接触器使用安全性能的改进
刘　龙
（中石化中原石油工程有限公司钻井三公司，河南兰考 475300）
收稿日期：2016–05–20
作者简介： 刘龙（1979—），男，陕西咸阳人，工程师，主要从事石
油钻井工作。
化 工 设 计 通 讯 工业生产
Chemical Engineering Design Communications Industrial Production
·171·
第42卷第5期
2016年5月
国产直流接触器改进后，其安全性能得到很大提高，完全
满足了钻井生产各工况的要求；对于直流钻机电控系统，在
使用国产直流接触器时，只要在安装时不使主触头受力变形，
直流接触器的使用安全性能是可以保证的，可以取代进口直
流接触器。
参考文献
[1] 宋文博. 浅析直流接触器故障处理及保养[J]. 内蒙古科技与经济，
2012，（1）.
[2] 刘六五，徐奎. 新型直流接触器设计[J]. 机电元件，2007，（1）.
（上接第152页）
在环氧乙烷吸收循环流程内，在从吸收水冷却器出口到
吸收塔入口这一段的条件非常适宜细菌繁殖：
（1）此段流程水体温度在32~37℃。
（2）吸收水的pH 值在7~8之间。
（3）水体中含有乙二醇、环氧乙烷（环氧乙烷浓度低于4
000×10-6）等有机类物质，为细菌繁殖提供了碳源。
（4）水体中含有有机胺类物质，为细菌繁殖提供了氮源。
在此等环境下，只要有菌种带入的系统，细菌便有可能
大量繁殖，生成粘稠状物质。这些细菌除了在管线、设备的
死角处生长外，还会在流动的水体内生成絮状物质，这些絮
状物质会被硅氧烷消泡剂不断包裹、不断增大，最终这些物
质堵塞在填料内，造成填料压差过大，而且降低了水体中消
泡剂的浓度，所以液泛的几率会大大增加。
4 建议
综上所述，对于控制环氧乙烷吸收塔的液泛的控制，我
们提出以下建议：
1）选用高选择性、产醛量低的催化剂。降低了醛的生成
量也就相应可以降低吸收水系统中亚硫酸氢钠的加入量，羟
基磺酸钠的浓度也就大大降低，降低了发泡的可能。
2）消泡剂的选择是根据工艺特点及要求，从消耗量和消
泡效果来看，聚二甲基硅氧烷更适合于工艺更复杂、规模更
大的装置使用。
3）吸收水系统中可能出现细菌繁殖，控制细菌繁殖应从
截断微生物氮源的方向出发（尤其针对硝化细菌），可以收到
很好的效果。
（上接第133页）
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）硅烷改性胶空白样
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）硅烷改性胶暴晒1a
图3 聚氨酯胶和硅烷改性胶暴晒1a前、后EDX图
表3 聚氨酯胶和硅烷改性胶暴晒1a前、后EDX元素含量分析
涂料类别暴晒时间C（Wt%） O（Wt%） Si（Wt%） Ca（Wt%）
聚氨酯胶
0h 40.66 17.00 2.85 2.82
1a 29.45 15.33 4.36 4.85
硅烷改性胶
0h 41.21 16.8 2.37 0.36
1a 38.29 17.18 2.16 1.81
为了进一步验证胶层表面的材料组分变化，我们采用
EDX 元素分析。从图3、表3 可知，聚氨酯胶和硅烷改性胶层
表面的主要组成元素为C、O、Si、Ca 等。其中C 元素含量较高，
Si、Ca 元素含量较低，表明胶层中有机物作为连续相整体包
覆着无机填料。大气暴晒1a 后，聚氨酯胶表面的C 元素从初
始的40.66% 降至29.45%，Si、Ca 分别从2.85%、2.82% 增至
4.36%、4.85%。而硅烷改性胶表面的C 元素从初始的41.21%
降至38.29%，Si、Ca 分别从2.37%、0.36% 增至2.16%、1.81%。
表明了经大气暴晒1a 后，聚氨酯胶有机聚合物发生了降解，
暴露出致密堆积的无机填料碳酸钙和二氧化硅。而硅烷改性
胶的有机物降解程度较聚氨酯胶的低。综上分析，表明了硅
烷改性聚醚分子结构比聚氨酯聚合物中的氨基甲酸酯结构的
稳定性更强，硅烷改性胶的耐候性比聚氨酯胶更为优异。
密封材料的耐候性，除了与聚合物分子结构有关外，还
与光稳定剂、抗氧剂等，无机填料的种类和分布有很大关系。
从图2 中的SEM 图片中，我们发现，当密封胶表层的有机物
降解后，无机填料在基体材料中的堆积、分散性和材料惰性
是其耐候性的关键。
3 结论
1）硅烷改性聚醚密封胶产品中采用表面处理的轻质碳酸
钙和重质碳酸钙配合使用，改善产品的力学性能和流变性能。
随着碳酸钙比例增加，胶料粘度上升，由于碳酸钙的吸油值
限制，到某一比例后无法加入到胶料中。增加碳酸钙用量在
低比例时对拉伸强度起到改善的作用，随着用量进一步增加，
硅烷改性聚醚聚合物比例相对进一步减少，强度下降。
2）硅烷改性聚醚密封胶的耐湿热老化、紫外老化、耐盐
雾老化等性能方面具有良好的表现。经不同老化测试后，密
封胶的机械性能有一定变化，拉伸强度、硬度稍微降低，断
裂伸长率增加，总体变化趋势不大。
3）通过SEM 和EDX 对硅烷改性密封胶的耐候机理进行
分析。发现硅烷改性聚醚聚合物具有良好的耐候性能，同时
在密封材料体系中，纳米二氧化硅和重钙、轻钙的配伍，和
与硅烷改性聚醚聚合物的相容性是提高密封材料耐候性的关
键。
参考文献
[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，陈世龙，聂华英. 单组份硅烷化聚氨酯密封胶的研究[J].
中国胶黏剂，2005，14（8）：31-34.
[3] 黄应昌，吕正芸. 弹性密封胶与胶黏剂[M]. 北京：化学工业出版社，
2003.
[4] 杨明山. 有机硅建筑密封剂老化机理的研究[J]. 化学与粘合，1996.
（4）.

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