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SINAMICS S120变频器的接地故障分析

1 引言
 
  某钢铁公司宽厚板厂于2010年初建成投产,预计年产180万吨,整个轧制线采用西门子奥钢联轧制技术,实现全自动化操作模式,具有世界先进水平。

  粗轧机电动压下egc选用西门子全新的驱动系统sinamics s120系列变频器,采用双驱动主从模式进行电气连接控制,传动侧和操作侧电机驱动的功率单元分别采用双并联方式连接,电气系统单线图见图1所示。压下电机参数为:额定功率p=570kw,额定电压u=690v,额定电流i=620a,额定频率f=48hz,额定转速n=958r/min。

图1 电气系统单线图


2 硬件组成
 
  sinamics是由西门子公司推出的全新驱动系列,设计用于机器制造和工厂工程应用。sinamics s用于驱动同步电机,可完成要求苛刻的驱动任务,并且能满足如下要求:对动态特性和精度的较高要求;将扩展的技术功能集成于驱动控制系统中的要求。
 
  s120有以下部分组成:
 
  (1)控制器cu320:控制单元具有所有用于连接外围设备和高层控制组件的必要接口;
 
  (2)非调节性电源模块:完成交流电源转换为直流母线电压;
 
  (3)电机模块:实现直流逆变以驱动电机;
 
  (4)端子模块:完成模拟量、开关量信号及编码器的数据采集;
 
  (5)通讯模块;完成现场总线的数据交换。
 
  s120各模块之间通过drive-cliq通讯方式进行连接,实时串行通讯,用于连接所有的sinamics驱动组件,具有更强的适应性和组合特性。



3 故障现象
 
  2010年7月25日19点左右,粗轧机电动压下s120装置操作侧逆变器故障停机,报警信息为:a5052、f30021。报警代码a5052的含义为并联回路存在不对称的电流;故障代码f30021的含义为功率单元接地故障。故障被复位后,对整流装置进行送电正常,逆变装置一加上使能信号,则报相同的故障,系统无法正常工作。

4 故障处理
 
  针对以上的故障现象,我们在处理故障时也是一直围绕f30021展开的,对电机、动力电缆都进行了反复的绝缘检查,结果都没有问题,引起f30021故障的还有是因为电流互感器存在问题引起的,我们没有很好的办法去检查电流互感器是否存在问题,单从外观上看没有问题,而且检查电流互感器的线圈及电缆也没有发现问题。另外还有一个原因是功率模块的h200(功率单元准备好信号灯)led显示红色,因为故障发生之后一直是并联装置的第二组的h200一直是红色的,再根据a5052的报警信息得到的报警值(r2124)是v相和w相均存在不对称电流超过了并联回路不对称电流的阈值(p7010),于是我们更换了第二组的v相的功率模块,但是仍然报f30021。在这种情况,把第二组的3相功率模块也更换了,故障依旧。在处理过程中,只利用了a5052报警检查了哪一相电流不对称,但是没有利用a5052提供的解决方法进行尝试,因为a5052提供了可以通过p7001设置禁用并联装置中任何一组的功率单元的脉冲。经后来仔细的分析发现,通过分别禁用并联装置中的一组来判定是哪一组装置存在故障,经过电力波形比对,确认第一组v相功率单元出现故障。

5 故障分析
 
  对故障存在时采集的trace(在线跟踪曲线)进行对比分析:1#:u相;2#:v相;3#:w相;4#:三相电流之和。

  第一组功率模块trace波形如图2所示。


图2 第一组功率模块trace波形

  第二组功率模块trace如图3所示。


图3 第二组功率模块trace波形


  经比较后不难发现,u相和w相的电流基本相等,而v相差别很大,第一组功率单元的v相约为2.7%,第二组功率单元的v相约为45%,因此可以判定这两组并联装置中有一组的v相存在故障。
 
  通过p7001先禁止了第二组的功率单元使能,只允许第一组功率单元工作,启动后仍报故障。然后激活第二组的功率单元使能,禁止第一组的功率单元使能后,再启动运行正常。



  综上两种情况分析得出结论是:第一组功率单元的v相功率模块存在故障。在更换v相的功率模块之后,两组功率单元同时激活使用,恢复正常,分别对两组再进行采集的trace图如图4、图5。
 
  第一组功率模块trace如图4所示。

图4 恢复正常后的第一组trace波形


  第二组功率模块trace如图5所示。

图5 恢复正常后的第二组trace波形

 
  由图4、5两组trace图可知,两组并联装置的三相电流均已相等,不存在不对称现象。系统运行正常。

6 结束语
 
  通过本次故障的分析和处理,能够对西门子sinamics s120装置进行深入的学习和研究,处理故障不能简单的表面现象如接地故障进行处理,必须运用理论基础知识和检测手段进行细致的推断和分析,才能真正的找到故障的根源,目前,轧机电动压下egc系统运行稳定。

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