西門子SM150 變頻器過壓故障分析及處理

時(shí)亨嶺

（山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠，萊蕪 271104）

1 引言

山東鋼鐵股份有限公司型鋼廠的異型鋼生產(chǎn)線于2016年投產(chǎn)，主要產(chǎn)品為鋼板樁、角鋼、履帶板、門架槽等附加產(chǎn)值高的產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為24萬噸鋼材。其中軋鋼用開坯機(jī)的電機(jī)為3500kW 的同步電機(jī)，為哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司制造。主傳動(dòng)系統(tǒng)為西門子中壓變頻器。

2 粗軋主傳動(dòng)系統(tǒng)概況

異型鋼生產(chǎn)線粗軋主傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是西門子SM150交-直-交電壓源型中壓變頻器，其核心功率器件為IGCT。此變頻器與其他的變頻器相比，具有穩(wěn)定性高、維護(hù)方便、操作簡單等非常好的優(yōu)勢。SM150變頻器為3300V 矢量控制高性能變頻器，主回路為三電平結(jié)構(gòu)，使用大功率半導(dǎo)體器件IGCT，在同類的變頻器中，結(jié)構(gòu)緊湊。具有四象限運(yùn)行的功能特點(diǎn)，特別適合鋼廠軋機(jī)系統(tǒng)等大功率高性能的應(yīng)用。

異型鋼生產(chǎn)線具有兩臺(tái)同樣的粗軋主傳動(dòng)系統(tǒng)，分別給兩個(gè)同步電機(jī)提供電能，即有兩臺(tái)開坯機(jī)同時(shí)使用。兩套主傳動(dòng)系統(tǒng)共用一個(gè)勵(lì)磁變頻器為其提供勵(lì)磁電源，如圖1所示：

圖1 主傳動(dòng)主回路結(jié)構(gòu)圖

3 變頻器過壓故障分析

3.1 過電壓故障的現(xiàn)象

在2017年異型生產(chǎn)鋼板樁過程中，出現(xiàn)BD2主傳動(dòng)變頻器跳電，變頻器第一故障報(bào)警代碼為F5206，示意直流電壓低。操作臺(tái)操作人員進(jìn)行了復(fù)位，電氣人員進(jìn)行了高壓系統(tǒng)的檢查，確認(rèn)沒有異常后恢復(fù)生產(chǎn)?；謴?fù)生產(chǎn)后在軋制第二支軋件時(shí)，再次發(fā)生跳電故障，變頻器第一故障報(bào)警仍為F5206。其他故障代碼主要為過流。現(xiàn)場再次停機(jī)檢查和工藝調(diào)整，至2小時(shí)后恢復(fù)生產(chǎn)，未再出現(xiàn)類似故障。

3.2 故障原因分析

（1）從計(jì)算機(jī)PDA 記錄曲線看，兩次跳電的類似，都在軋制過程中發(fā)生了電流突然增大，從高壓配電系統(tǒng)看，高壓綜保系統(tǒng)都報(bào)出了速斷保護(hù)跳電，因此，在從變壓器-變頻器-電機(jī)這一套設(shè)備中，確實(shí)出現(xiàn)了大的電流波動(dòng)。從綜保的保護(hù)跳電看，出現(xiàn)了三相較大電流，這一大電流的產(chǎn)生，排除了高壓系統(tǒng)（變壓器、高壓線纜、高壓柜）的故障可能，基本確認(rèn)大電流產(chǎn)生于變頻器自身。如圖2、圖3所示：

圖2

圖3

（2）從變頻器故障報(bào)警分析，第一故障報(bào)警內(nèi)容為直流電壓低，其次為多個(gè)過流故障。從PDA 記錄看，與變頻器報(bào)警內(nèi)容一致。尤其是直流電壓低的故障，為首次遇到。一般變頻器過流跳電后，直流電壓從4800V 降低到0V，需要幾分鐘的時(shí)間，但此次故障中，直流電壓瞬間變?yōu)榱悖春艽蟮乃矔r(shí)電能在直流回路消耗掉，在三相電網(wǎng)中產(chǎn)生很大的電流，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)的高壓斷路器速斷保護(hù)動(dòng)作。

（3）直流電壓低的故障原因：通過與西門子技術(shù)人員交流，變頻系統(tǒng)中某一因素激發(fā)了crowbar（F30103），瞬間直流母線電壓變0（電壓雪崩），巨大能量被電阻消耗掉，造成電壓低故障。按照西門子技術(shù)人員的解釋，觸發(fā)crowbar 的因素較多，電源因素、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、失速等都能導(dǎo)致直流母線電壓異常升高而觸發(fā)crowbar（雪崩二極管），因此crowbar 就是直流母線的過電壓保護(hù)。

此外，由于觸發(fā)crowbar 后，變頻器的元器件（雪崩二極管）有一個(gè)恢復(fù)過程，不允許系統(tǒng)立即恢復(fù)送電。因此在第一次跳電后，我們立即恢復(fù)了送電，二極管不能恢復(fù)到初始能力，出現(xiàn)第二次跳電故障。

（4）在之后又一次發(fā)生了類似的故障，認(rèn)為系統(tǒng)電壓過高導(dǎo)致，于是檢查高壓供電系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)電壓高達(dá)38kV 以上。在2018年1 月3 日，BD2 變頻器再次跳電，查看高壓系統(tǒng)，電壓達(dá)到38.2kV，約30分鐘后，電壓降至37kV 左右，現(xiàn)場恢復(fù)送電生產(chǎn)。

4 優(yōu)化變頻器電源

綜合分析SM150變頻器發(fā)生的過壓故障，確認(rèn)為電網(wǎng)電壓偏高導(dǎo)致了變頻器直流過壓跳電。為了將電源電壓降下來，將整流變壓器的調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行了調(diào)整，使變頻器的輸入電壓降低到3300V 左右。此故障得到了很好的解決。

5 結(jié)束語

通過分析及處理此故障，將故障的源頭消除掉。對(duì)于處理該類中壓變頻器的過電壓故障具有一定的參考價(jià)值。