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(chǎn)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)180萬(wàn)噸，整個(gè)軋制線采用西門子奧鋼聯(lián)軋制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作模式，具有世界先進(jìn)水平。

　　粗軋機(jī)電動(dòng)壓下egc選用西門子全新的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)sinamics s120系列變頻器，采用雙驅(qū)動(dòng)主從模式進(jìn)行電氣連接控制，傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率單元分別采用雙并聯(lián)方式連接，電氣系統(tǒng)單線圖見圖1所示。壓下電機(jī)參數(shù)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(zhuǎn)速n=958r/min。

圖1 電氣系統(tǒng)單線圖

2 硬件組成
　
　　sinamics是由西門子公司推出的全新驅(qū)動(dòng)系列，設(shè)計(jì)用于機(jī)器制造和工廠工程應(yīng)用。sinamics s用于驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)，可完成要求苛刻的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，并且能滿足如下要求：對(duì)動(dòng)態(tài)特性和精度的較高要求；將擴(kuò)展的技術(shù)功能集成于驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)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(shè)備和高層控制組件的必要接口；
　
　　(2)非調(diào)節(jié)性電源模塊：完成交流電源轉(zhuǎn)換為直流母線電壓；
　
　　(3)電機(jī)模塊：實(shí)現(xiàn)直流逆變以驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
　
　　(4)端子模塊：完成模擬量、開關(guān)量信號(hào)及編碼器的數(shù)據(jù)采集；
　
　　(5)通訊模塊；完成現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)交換。
　
　　s120各模塊之間通過drive-cliq通訊方式進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)串行通訊，用于連接所有的sinamics驅(qū)動(dòng)組件，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和組合特性。

3 故障現(xiàn)象
　
　　2010年7月25日19點(diǎn)左右，粗軋機(jī)電動(dòng)壓下s120裝置操作側(cè)逆變器故障停機(jī)，報(bào)警信息為：a5052、f30021。報(bào)警代碼a5052的含義為并聯(lián)回路存在不對(duì)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(fù)位后，對(duì)整流裝置進(jìn)行送電正常，逆變裝置一加上使能信號(hào)，則報(bào)相同的故障，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

4 故障處理
　
　　針對(duì)以上的故障現(xiàn)象，我們?cè)谔幚砉收蠒r(shí)也是一直圍繞f30021展開的，對(duì)電機(jī)、動(dòng)力電纜都進(jìn)行了反復(fù)的絕緣檢查，結(jié)果都沒有問題，引起f30021故障的還有是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞔嬖趩栴}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(fā)現(xiàn)問題。另外還有一個(gè)原因是功率模塊的h200(功率單元準(zhǔn)備好信號(hào)燈)led顯示紅色，因?yàn)楣收习l(fā)生之后一直是并聯(lián)裝置的第二組的h200一直是紅色的，再根據(jù)a5052的報(bào)警信息得到的報(bào)警值(r2124)是v相和w相均存在不對(duì)稱電流超過了并聯(lián)回路不對(duì)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(bào)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(bào)警檢查了哪一相電流不對(duì)稱，但是沒有利用a5052提供的解決方法進(jìn)行嘗試，因?yàn)閍5052提供了可以通過p7001設(shè)置禁用并聯(lián)裝置中任何一組的功率單元的脈沖。經(jīng)后來(lái)仔細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)，通過分別禁用并聯(lián)裝置中的一組來(lái)判定是哪一組裝置存在故障，經(jīng)過電力波形比對(duì)，確認(rèn)第一組v相功率單元出現(xiàn)故障。

5 故障分析
　
　　對(duì)故障存在時(shí)采集的trace(在線跟蹤曲線)進(jìn)行對(duì)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。