西門子S120變頻器過流故障停機原因及排除方法

段鵬

摘要：鉆井平臺西門子S120在使用過程中通常會出現各種各樣的故障報警，導致不能使用，影響井上的生產作業。其導致的原因也十分復雜，有些甚至是多方面綜合原因造成的。在處理西門子S120變頻器故障時必須要仔細研究S120使用手冊，從手冊提供的故障代碼指導提示進行分析，逐個排除相關可能的故障點，并找出故障癥結所在。本文通過對鉆井平臺西門子S120變頻器過流停機故障原因、現象及相關解決方法進行分析與闡述，為電氣管理人員在日常工作中解決相關變頻器過流停機故障提供了借鑒。

關鍵詞：S120水冷變頻器;過流故障;原因及排除

1. 故障概述

海洋石油高端鉆井平臺NOV鉆井包變頻驅動裝置一般都選用西門子S120變頻器為鉆井關鍵設備提供動力輸出，其在平臺的安全生產作業中起著至關重要的作用。一旦變頻器出現故障停機，將引發鉆井作業的中斷，甚至引起井下事故。如果出現故障處理不當，還會造成更大的安全隱患，所以分析和研究S120變頻器過流停機故障的原因和處理方法對平臺井上的安全運行尤為重要。

平臺2#泥漿泵變頻器（變頻器型號：S120;輸入電壓 DC 675-1080V， 輸入電流 1550A;輸出功率 1200KW， 1270A;工作溫度范圍 5-45攝氏度;冷卻方式：水冷;防護等級IP00;

在運行4800小時后，出現故障報警顯示并停機。本文圍繞此機型此次出現的異常停機故障進行了查找、判斷、分析及維修。

2. 故障現象

1）平臺2#MPA 運轉中突然停止，HMI報警信息顯示：

MP2A： VFD fault NO： 30022， PU： monitoring U ce（ fault No.929）

MP2A： VFD fault NO： 30017， PU： HW I _lim too often （fault No.930）

MP2A： VFD fault NO： 30001， PU： overcurrent （fault No.931）

MP2A： VFD alarm 1. Alarm NO： 30032， PU： PU： HW I _lim too often phase V ?（fault No.937）

2）現場檢查VFD本地的AOP30，顯示報警信息為F30022 PU： Monitoring U_ce， 斷電復位確認故障無法消除;

3）查看F3022故障代碼的故障參數r0949i，r0949i故障值為2;

3. 故障分析過程

根據r0949i故障值為2，查找手冊解釋，提示為逆變器V項單元故障。

4. 故障處理過程

1）對該逆變器相應電機進行絕緣測量，50兆歐，正常，排除外圍電機絕緣問題。

2）檢查逆變器輸入保險，未燒壞，均正常。

3）V項單元IGBT檢測：使用萬用表電阻檔和二極管檔分別進行測量，根據測量數值進行判斷。（操作前，需斷開直流母線和逆變單元之間的連接，斷開觸發板上24V電源插線。）

a） 電阻檔進行檢測

萬用表使用電阻檔，停掉柜內控制電，紅表筆連接直流母線DCP（+），黑表筆分別測量輸出U，V，W電阻應該數值一致，需大于300kΩ;黑表筆連接直流母線DCN（-），電阻應該數值一致，且在大于300kΩ;如果此數值出現異常，如0，可以確認IGBT擊穿;如果數值較大時，也不能確保IGBT沒有損壞;需要拆開單獨測量。

測量結果：三相電阻值為165KΩ，判斷IGBT未被擊穿。

b）二極管檔進行檢測

萬用表使用二極管檔，停掉柜內控制電，黑表筆連接直流母線DCP（+），紅表筆分別測量輸出U，V，W相壓降應該數值一致，且在 0.3V-0.4V之間;紅表筆連接直流母線DCN（-），黑表筆分別測量輸出U，V，W相壓降應該數值一致，且在 0.3V-0.4V之間;如果此數值出現異常，如0，或者比較大的數值，都可確認IGBT損壞

測量結果：三相電壓為0.28V， IGBT未被擊穿;

c） 對變頻器V項單元進行解體，進行單IGBT測量

使用萬用表電阻檔對C、E 極測量，電阻值∞，確認IGBT PN結未被擊穿;使用9V電池連接EC端，C和E之間的電阻值從無窮到變為1770Ω，將EC極用9V電池反接，IGBT關閉，電阻值恢復為∞。

測量結果：IGBT管子的物理開關特性符合電子元件的正常特性，推斷IGBT未損壞;

d）IGD光纖通訊板檢測

懷疑為IGBT的G極觸發開關信號引發的故障，對IGBT的觸發板IGD進行檢查，拆除其通訊的光纖，其中U W相的光纖能夠看見紅色的激光束射出，但V項無紅色激光束射出。使用手電照V相的光纖，在另外一頭能見到光，確認光纖未損壞;所以，懷疑V項單元的IGD板子損壞概率較大，對V項單元的IGD板進行更換，更換后測試變頻器恢復變頻器正常使用。

5. 結論

隨著鉆井高端平臺的相繼入列，西門子、ABB等變頻器在平臺上使用的越來越廣泛，平臺會遇到各種各樣的變頻器故障，如何通過故障檢測方法及時發現故障點顯得尤為重要，從而減少平臺DOWNTIME的發生時間，這就需要我們及時掌握變頻器內部各種電子元器件的作用及檢測方法，并在實踐中不斷摸索積累經驗，并進行培訓，傳承。

參考文獻

1. SINAMICS S120 使用大全 矢量控制

2. SINAMICS S120 AC Drive Manual

3. SINAMICS S120 Commissioning Manual