技術頻道

      SINAMICS S120變頻器的接地故障分析

      1 引言
       
        某鋼鐵公司寬厚板廠于2010年初建成投產,預計年產180萬噸,整個軋制線采用西門子奧鋼聯軋制技術,實現全自動化操作模式,具有世界先進水平。

        粗軋機電動壓下egc選用西門子全新的驅動系統sinamics s120系列變頻器,采用雙驅動主從模式進行電氣連接控制,傳動側和操作側電機驅動的功率單元分別采用雙并聯方式連接,電氣系統單線圖見圖1所示。壓下電機參數為:額定功率p=570kw,額定電壓u=690v,額定電流i=620a,額定頻率f=48hz,額定轉速n=958r/min。

      圖1 電氣系統單線圖


      2 硬件組成
       
        sinamics是由西門子公司推出的全新驅動系列,設計用于機器制造和工廠工程應用。sinamics s用于驅動同步電機,可完成要求苛刻的驅動任務,并且能滿足如下要求:對動態特性和精度的較高要求;將擴展的技術功能集成于驅動控制系統中的要求。
       
      s120有以下部分組成:
       
        (1)控制器cu320:控制單元具有所有用于連接外圍設備和高層控制組件的必要接口;
       
        (2)非調節性電源模塊:完成交流電源轉換為直流母線電壓;
       
        (3)電機模塊:實現直流逆變以驅動電機;
       
        (4)端子模塊:完成模擬量、開關量信號及編碼器的數據采集;
       
        (5)通訊模塊;完成現場總線的數據交換。
       
        s120各模塊之間通過drive-cliq通訊方式進行連接,實時串行通訊,用于連接所有的sinamics驅動組件,具有更強的適應性和組合特性。

      3 故障現象
       
        2010年7月25日19點左右,粗軋機電動壓下s120裝置操作側逆變器故障停機,報警信息為:a5052、f30021。報警代碼a5052的含義為并聯回路存在不對稱的電流;故障代碼f30021的含義為功率單元接地故障。故障被復位后,對整流裝置進行送電正常,逆變裝置一加上使能信號,則報相同的故障,系統無法正常工作。

      4 故障處理
       
        針對以上的故障現象,我們在處理故障時也是一直圍繞f30021展開的,對電機、動力電纜都進行了反復的絕緣檢查,結果都沒有問題,引起f30021故障的還有是因為電流互感器存在問題引起的,我們沒有很好的辦法去檢查電流互感器是否存在問題,單從外觀上看沒有問題,而且檢查電流互感器的線圈及電纜也沒有發現問題。另外還有一個原因是功率模塊的h200(功率單元準備好信號燈)led顯示紅色,因為故障發生之后一直是并聯裝置的第二組的h200一直是紅色的,再根據a5052的報警信息得到的報警值(r2124)是v相和w相均存在不對稱電流超過了并聯回路不對稱電流的閾值(p7010),于是我們更換了第二組的v相的功率模塊,但是仍然報f30021。在這種情況,把第二組的3相功率模塊也更換了,故障依舊。在處理過程中,只利用了a5052報警檢查了哪一相電流不對稱,但是沒有利用a5052提供的解決方法進行嘗試,因為a5052提供了可以通過p7001設置禁用并聯裝置中任何一組的功率單元的脈沖。經后來仔細的分析發現,通過分別禁用并聯裝置中的一組來判定是哪一組裝置存在故障,經過電力波形比對,確認第一組v相功率單元出現故障。

      5 故障分析
       
        對故障存在時采集的trace(在線跟蹤曲線)進行對比分析:1#:u相;2#:v相;3#:w相;4#:三相電流之和。

      第一組功率模塊trace波形如圖2所示。


      圖2 第一組功率模塊trace波形

      第二組功率模塊trace如圖3所示。

      圖3 第二組功率模塊trace波形

        經比較后不難發現,u相和w相的電流基本相等,而v相差別很大,第一組功率單元的v相約為2.7%,第二組功率單元的v相約為45%,因此可以判定這兩組并聯裝置中有一組的v相存在故障。
       
        通過p7001先禁止了第二組的功率單元使能,只允許第一組功率單元工作,啟動后仍報故障。然后激活第二組的功率單元使能,禁止第一組的功率單元使能后,再啟動運行正常。

      綜上兩種情況分析得出結論是:第一組功率單元的v相功率模塊存在故障。在更換v相的功率模塊之后,兩組功率單元同時激活使用,恢復正常,分別對兩組再進行采集的trace圖如圖4、圖5。
       
      第一組功率模塊trace如圖4所示。

      圖4 恢復正常后的第一組trace波形


      第二組功率模塊trace如圖5所示。

      圖5 恢復正常后的第二組trace波形

      由圖4、5兩組trace圖可知,兩組并聯裝置的三相電流均已相等,不存在不對稱現象。系統運行正常。

      6 結束語
       
        通過本次故障的分析和處理,能夠對西門子sinamics s120裝置進行深入的學習和研究,處理故障不能簡單的表面現象如“接地故障”進行處理,必須運用理論基礎知識和檢測手段進行細致的推斷和分析,才能真正的找到故障的根源,目前,軋機電動壓下egc系統運行穩定。

      文章版權歸西部工控xbgk所有,未經許可不得轉載。

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