西門子同步電機失步跳閘故障處理

李金原

1.故障現(xiàn)象

山鋼股份濟南分公司氣體廠1#20000m3/h制氧機的配套空壓機主電機，采用西門子成套設(shè)備完成同步電機的變頻軟啟動和勵磁控制。2012年5月28日4∶05，該空壓機主電機故障停機，主電機控制柜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跳閘停機的原因是同步電機失步。為明確造成電機失步的原因，首先通過主電機電氣控制系統(tǒng)的上位機查看電機運行記錄，調(diào)取停機前1h的電網(wǎng)電壓和電機定子電流的歷史趨勢曲線。檢查外部電網(wǎng)電壓和空壓機負荷情況，確認空壓機失步跳閘前后無外部電網(wǎng)波動和負荷調(diào)整，系統(tǒng)電壓、電機運行有功功率趨勢平穩(wěn)，據(jù)此初步判斷是系統(tǒng)內(nèi)部故障。分析西門子主電機控制柜S7-300 PLC控制程序，理清電機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為無功功率實際值，XPA_R為有功功率實際值，F(xiàn)OOSTEP為失步跳閘輸出；T25為無功功率＞3600kV·A且有功功率＞4500kW的計時器，設(shè)定值3s，T26為無功振蕩的計時器，設(shè)定值15s；#TEMP0～#TEMP3為內(nèi)部臨時變量。由程序段邏輯可知，當XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A條件同時滿足時，#TEMP0置1，T25開始計時，#TEMP0和#TEMP3滿足條件使#TEMP1置1，驅(qū)動T26開始計時。若XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A條件滿足持續(xù)3s，則T25驅(qū)動FOOSTEP失步跳閘輸出，電機失步跳閘。若上述條件未持續(xù)滿足3s，則T26持續(xù)15s計時等待，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FOOSTEP失步跳閘輸出，電機失步跳閘。

由程序分析可知，失步跳閘邏輯有兩個判據(jù)：①判據(jù)1，無功功率＞3600kV·A，同時有功功率＞4500kW，持續(xù)時間超過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個判據(jù)滿足條件，PLC控制系統(tǒng)就會發(fā)出電機失步跳閘命令。

從主電機電氣控制系統(tǒng)的上位機調(diào)取有功功率、勵磁電流歷史趨勢曲線，發(fā)現(xiàn)在失步停機前5s內(nèi)有功功率曲線曾發(fā)生兩次波動，因此判斷失步跳閘判據(jù)2條件滿足是導(dǎo)致電機停機的原因。但調(diào)取外部電網(wǎng)曲線和空壓機運行參數(shù)曲線做進一步確認時發(fā)現(xiàn)相關(guān)曲線平穩(wěn)，并未發(fā)生波動。同時，查看變頻、勵磁系統(tǒng)上位機報警記錄時，發(fā)現(xiàn)以下報警信息。

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

4∶05∶06 202 主電機報警

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

4∶05∶07 196 主電機跳閘

而且主電機失步跳閘后，上位機依然連續(xù)報出20余條“Power Interruption Low（SIMEAS T電源低）”報警信息。由于控制程序中的有功和無功功率計算使用的電壓、電流信號由西門子7KG6000-8EA型變送單元SIMEAS T采集、轉(zhuǎn)換后送入PLC系統(tǒng)。因此，判斷同步電機失步停機的最可能原因是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，空壓機未再發(fā)生此類失步跳閘故障。更換SIMEAS T時需要注意以下問題。

（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SIMEAS T有RS232和RS485兩種通信方式，因此在新建PAR文件時，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