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，預計年產180萬噸，整個軋制線采用西門子奧鋼聯軋制技術，實現全自動化操作模式，具有世界先進水平。

　　粗軋機電動壓下egc選用西門子全新的驅動系統sinamics s120系列變頻器，采用雙驅動主從模式進行電氣連接控制，傳動側和操作側電機驅動的功率單元分別采用雙并聯方式連接，電氣系統單線圖見圖1所示。壓下電機參數為：額定功率p=570kw，額定電壓u=690v，額定電流i=620a，額定頻率f=48hz，額定轉速n=958r/min。

圖1 電氣系統單線圖

2 硬件組成
　
　　sinamics是由西門子公司推出的全新驅動系列，設計用于機器制造和工廠工程應用。sinamics s用于驅動同步電機，可完成要求苛刻的驅動任務，并且能滿足如下要求：對動態特性和精度的較高要求；將擴展的技術功能集成于驅動控制系統中的要求。
　
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備和高層控制組件的必要接口；
　
　　(2)非調節性電源模塊：完成交流電源轉換為直流母線電壓；
　
　　(3)電機模塊：實現直流逆變以驅動電機；
　
　　(4)端子模塊：完成模擬量、開關量信號及編碼器的數據采集；
　
　　(5)通訊模塊；完成現場總線的數據交換。
　
　　s120各模塊之間通過drive-cliq通訊方式進行連接，實時串行通訊，用于連接所有的sinamics驅動組件，具有更強的適應性和組合特性。

3 故障現象
　
　　2010年7月25日19點左右，粗軋機電動壓下s120裝置操作側逆變器故障停機，報警信息為：a5052、f30021。報警代碼a5052的含義為并聯回路存在不對稱的電流；故障代碼f30021的含義為功率單元接地故障。故障被復位后，對整流裝置進行送電正常，逆變裝置一加上使能信號，則報相同的故障，系統無法正常工作。

4 故障處理
　
　　針對以上的故障現象，我們在處理故障時也是一直圍繞f30021展開的，對電機、動力電纜都進行了反復的絕緣檢查，結果都沒有問題，引起f30021故障的還有是因為電流互感器存在問題引起的，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現問題。另外還有一個原因是功率模塊的h200(功率單元準備好信號燈)led顯示紅色，因為故障發生之后一直是并聯裝置的第二組的h200一直是紅色的，再根據a5052的報警信息得到的報警值(r2124)是v相和w相均存在不對稱電流超過了并聯回路不對稱電流的閾值(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報警檢查了哪一相電流不對稱，但是沒有利用a5052提供的解決方法進行嘗試，因為a5052提供了可以通過p7001設置禁用并聯裝置中任何一組的功率單元的脈沖。經后來仔細的分析發現，通過分別禁用并聯裝置中的一組來判定是哪一組裝置存在故障，經過電力波形比對，確認第一組v相功率單元出現故障。

5 故障分析
　
　　對故障存在時采集的trace(在線跟蹤曲線)進行對比分析：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。