西門子同步電機(jī)失步跳閘故障處理

李金原

1.故障現(xiàn)象

山鋼股份濟(jì)南分公司氣體廠1#20000m3/h制氧機(jī)的配套空壓機(jī)主電機(jī)，采用西門子成套設(shè)備完成同步電機(jī)的變頻軟啟動(dòng)和勵(lì)磁控制。2012年5月28日4∶05，該空壓機(jī)主電機(jī)故障停機(jī)，主電機(jī)控制柜OP17面板顯示如下信息。

4∶04∶45 036 Synchronous motor Reverse Power

4∶04∶49 027 Synchronous motor Out-of-step

2.故障分析

根據(jù)面板信息判斷空壓機(jī)跳閘停機(jī)的原因是同步電機(jī)失步。為明確造成電機(jī)失步的原因，首先通過主電機(jī)電氣控制系統(tǒng)的上位機(jī)查看電機(jī)運(yùn)行記錄，調(diào)取停機(jī)前1h的電網(wǎng)電壓和電機(jī)定子電流的歷史趨勢(shì)曲線。檢查外部電網(wǎng)電壓和空壓機(jī)負(fù)荷情況，確認(rèn)空壓機(jī)失步跳閘前后無外部電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)荷調(diào)整，系統(tǒng)電壓、電機(jī)運(yùn)行有功功率趨勢(shì)平穩(wěn)，據(jù)此初步判斷是系統(tǒng)內(nèi)部故障。分析西門子主電機(jī)控制柜S7-300 PLC控制程序，理清電機(jī)失步跳閘的控制邏輯。失步判斷功能塊FB26相關(guān)程序段見圖1，其中XPQ_R為無功功率實(shí)際值，XPA_R為有功功率實(shí)際值，F(xiàn)OOSTEP為失步跳閘輸出；T25為無功功率＞3600kV·A且有功功率＞4500kW的計(jì)時(shí)器，設(shè)定值3s，T26為無功振蕩的計(jì)時(shí)器，設(shè)定值15s；#TEMP0～#TEMP3為內(nèi)部臨時(shí)變量。由程序段邏輯可知，當(dāng)XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A條件同時(shí)滿足時(shí)，#TEMP0置1，T25開始計(jì)時(shí)，#TEMP0和#TEMP3滿足條件使#TEMP1置1，驅(qū)動(dòng)T26開始計(jì)時(shí)。若XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A條件滿足持續(xù)3s，則T25驅(qū)動(dòng)FOOSTEP失步跳閘輸出，電機(jī)失步跳閘。若上述條件未持續(xù)滿足3s，則T26持續(xù)15s計(jì)時(shí)等待，如果15s內(nèi)上述條件再次滿足，則T26與#TEMP1滿足條件使#TEMP2置1，驅(qū)動(dòng)FOOSTEP失步跳閘輸出，電機(jī)失步跳閘。

由程序分析可知，失步跳閘邏輯有兩個(gè)判據(jù)：①判據(jù)1，無功功率＞3600kV·A，同時(shí)有功功率＞4500kW，持續(xù)時(shí)間超過3s；②判據(jù)2，15s內(nèi)無功功率＞3600kV·A，有功功率＞4500kW的條件出現(xiàn)2次，即無功出現(xiàn)振蕩。只要其中1個(gè)判據(jù)滿足條件，PLC控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出電機(jī)失步跳閘命令。

從主電機(jī)電氣控制系統(tǒng)的上位機(jī)調(diào)取有功功率、勵(lì)磁電流歷史趨勢(shì)曲線，發(fā)現(xiàn)在失步停機(jī)前5s內(nèi)有功功率曲線曾發(fā)生兩次波動(dòng)，因此判斷失步跳閘判據(jù)2條件滿足是導(dǎo)致電機(jī)停機(jī)的原因。但調(diào)取外部電網(wǎng)曲線和空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)曲線做進(jìn)一步確認(rèn)時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)曲線平穩(wěn)，并未發(fā)生波動(dòng)。同時(shí)，查看變頻、勵(lì)磁系統(tǒng)上位機(jī)報(bào)警記錄時(shí)，發(fā)現(xiàn)以下報(bào)警信息。

4∶05∶06 196 Power Interruption Low SIMEAS T 電源低

4∶05∶06 202 主電機(jī)報(bào)警

4∶05∶07 196 Power Interruption Low SIMEAS T 電源低

4∶05∶07 196 主電機(jī)跳閘

而且主電機(jī)失步跳閘后，上位機(jī)依然連續(xù)報(bào)出20余條“Power Interruption Low（SIMEAS T電源低）”報(bào)警信息。由于控制程序中的有功和無功功率計(jì)算使用的電壓、電流信號(hào)由西門子7KG6000-8EA型變送單元SIMEAS T采集、轉(zhuǎn)換后送入PLC系統(tǒng)。因此，判斷同步電機(jī)失步停機(jī)的最可能原因是SIMEAS T故障。

3.故障處理

原SIMEAS T是隨西門子成套設(shè)備采購，國內(nèi)無法聯(lián)系到SIMEAS T的相關(guān)調(diào)試和技術(shù)支持人員。通過查閱原始隨機(jī)資料和反復(fù)研究調(diào)試，解決了SIMEAS T更換過程中遇到的問題，更換新SIMEAS T后，空壓機(jī)未再發(fā)生此類失步跳閘故障。更換SIMEAS T時(shí)需要注意以下問題。

（1）7KG6000-8EA型SIMEAS T有電壓、電流兩種模擬量輸出方式可選，在缺省模式，所有輸出設(shè)定為與負(fù)載無關(guān)的電流輸出。為此需要打開變送單元外殼，更改內(nèi)部選擇跳線才可實(shí)現(xiàn)電壓輸出（原系統(tǒng)采用0～10V電壓輸出）。7KG6000-8EA型SIMEAS T必須使用對(duì)應(yīng)配置軟件SIMEAS T PAR配置后才可應(yīng)用。

（2）在更換過程中需要讀取原配置文件并將其下載到新裝置內(nèi)。根據(jù)型號(hào)SIMEAS T有RS232和RS485兩種通信方式，因此在新建PAR文件時(shí)，要特別注意通信方式的選擇，否則無法完成通信連接。7KG6000-8EA型SIMEAS T采用RS232通信，新建PAR文件的通信方式選擇為V24。

W13.04-17