棒材軋機S120變頻器故障分析與處理

施洪亮，姚煥琴

（江蘇永鋼集團有限公司，江蘇張家港 215628）

棒材軋機S120變頻器故障分析與處理

施洪亮，姚煥琴

（江蘇永鋼集團有限公司，江蘇張家港 215628）

分析了江蘇永鋼集團有限公司大棒分廠S120變頻器無故跳閘故障現象產生的原因，提出了有效的處理措施，成功解決了問題，為今后處理類似故障提供了借鑒。

整流單元；無故跳閘；TCB板

1 引言

江蘇永鋼集團聯峰能源裝備有限公司大棒分廠連軋區域及后道傳動系統均為西門子S120多傳控制系統。其中連軋區域共9臺電機分別帶動9臺軋機，1架剪刀。其中1#和5#軋機，2#和6#軋機，3#和7#軋機，4#和8#軋機，9#軋機、飛剪共分為6組，每組由3個整流單元并聯后帶逆變器，每臺軋機由兩個逆變器并聯后帶負載。輔傳系統包括后整理區域的輥道電機和鋸床。整個系統由變電所內35 kVA主變壓器供電，在現場分為4個變壓器。1#、5#、2#、6#軋機共用一個6000 kVA的三繞組變壓器（10 kV/ 0.725 kV）。3#、4#、7#、8#共用一個6000 kVA的三繞組整流變（10 kV/0.725 kV）。9#通過一個4000 kVA整流變（10 kV/0.725 kV）供電，輔傳系統通過一個1250 kVA整流變供電（10 kV/0.4 kV）。

2 故障現象

從調試期間開始，S120變頻器的整流單元就經常出現跳閘現象，故障代碼均為F30003、A6900。據不完全統計，從2013年10月到2014年2月期間，共發生了11次跳閘現象，且每臺軋機均不同程度的出現過故障，沒有特別的規律。

3 故障分析和檢查

3.1 準備工作

為對系統的運行情況及故障時的各項參數進行復查，增加FLUKE435對系統進線電壓、電流、諧波等參數曲線進行記錄，并定時上傳保存。在上位機畫面的歷史趨勢中完善各項參數的趨勢記錄。

3.2 現象分析

2014年2月12日，正常生產時電壓由1020 V降為0 V，后人工停止整流后，再合閘啟動直流電壓恢復正常。故障代碼：F30003、A6900。直流母線電壓如圖1。2月14日，正常生產時直流電壓由975 V降為768 V，12 s后又上升為931 V，并一直保持，18 min后人工停止整流后，再合閘啟動直流電壓恢復正常。故障代碼：F30003、A6900，直流母線電壓如圖2。

查閱了相關故障發生后的歷史記錄及故障分析，發現幾次故障現象基本一致，均是在正常生產過程中，整流單元電壓突然降低，導致逆變傳動系統報故障停車，并且在故障發生時對元器件、線路等檢查均正常，各控制板指示燈指示正常，斷電重啟后直流電壓恢復正常。故障代碼為F30003和A6900。

圖1 2月6日故障時直流母線電壓歷史趨勢圖

圖2 2月14日故障時直流電壓歷史趨勢圖

針對故障，利用魚骨圖分析法，從人、機、料、法、環5個方面進行了分析，如圖3所示，并針對可能產生的原因一一進行了檢查。

3.3 故障排查和驗證

結合故障現象及分析結果，對可能造成整流單元跳閘的影響因素逐個進行了分析驗證。

3.3.1 人員因素的影響

通過查看歷史記錄，無人員操作記錄，因此排除人員誤操作的可能。

3.3.2 機械因素影響

故障后查看CIM上的指示燈顯示正常，因此，排除晶閘管未正常觸發或整流單元故障的可能。

單個電容容量為400 V，每相三個串聯。若其中一個損壞后，另兩個會承受很大電壓，會迅速擊穿，因此，排除電容異常的可能。

圖3 故障原因分析魚骨圖

故障發生后對制動單元進行溫度檢測，無過溫過熱現象，因此，排除制動電阻誤導通的可能。

3.3.3 原料因素影響

西門子廠家技術人員觀察FLUKE記錄的電網電壓、諧波等各項參數歷史趨勢，符合國標要求。變壓器二次側電壓偏高，但是在技術協議要求的范圍內。因此，排除電網質量差的可能。

通過FLUKE錄波可看出，電網質量雖然符合設計要求，但波形并不是太理想，排除之前可能的原因，且在功率元件測試正常的情況下，TCB板脈沖觸發異常的可能性非常大。通過分析，現在使用的TCB板為數字量控制，靈敏度太高，當電網電壓閃變時會造成TCB板工作在非正常狀態下，出現TCB板對可控硅的觸發脈沖混亂，此時出現整流側電壓降至800 V或降至0 V均有可能。而我們現有的FLUKE電能質量測試儀的最小采樣周期為500 ms，電網閃變不是一直存在的，所以現有的FLUKE電能質量測試儀在檢測時沒有采樣到電網閃變，不代表電網不存在閃變，根據經驗判斷，國家電網的閃變是確實存在的，因此，不排除控制板對電網突變的響應速度太快導致跳閘現象的發生。

3.3.4 方法因素影響

對柜子接地情況包括接地方式、線路排布和電纜直徑的選擇等均進行了檢查，無異常，接地電阻小于1 Ω。因此，排除柜子接地不良的可能。

對電纜排布及螺絲、線路的緊固情況進行檢查，無異常，因此，排除電纜故障或接線松動的可能。

對模塊電源的24 V供電情況進行檢查無異常，且將24 V電源更換后還是再次發生同樣的故障。因此，排除模塊電源的24 V供電異常的可能。

3.3.5 環境因素影響

查看了故障時期的歷史趨勢，故障發生時，電機的電樞電流無向上的趨勢，因此排除逆變側電機堵轉的因素。

軋機甩尾后電壓會恢復正常，不會上升，電機處于空車運轉狀態，無能量反饋，因此，排除1#軋機甩尾后電壓上升，制動打開，同時5#軋機咬鋼的可能。

3.4 原因分析

通過對各種因素的理論分析、試驗驗證，結果清晰明了：S120變頻器整流單元頻繁跳閘的根本原因在于當電網閃變時會造成TCB板工作在非正常狀態下，出現TCB板對可控硅的觸發脈沖混亂，導致整流側電壓異常。

4 故障處理

4.1 方案確定

針對故障原因，解決措施主要有三個：一是切除SVG；二是調整參數，降低系統的動態相應；三是更換TCB板。

（1）切除SVG

投入SVG可改善電網質量，提高功率因數，但是如果SVG設計不合理或有故障時，相反會降低電網質量，提高電網閃變的可能性。但切除SVG后會降低電網的功率因數。

（2）調整參數，降低裝置的動態相應

適當調慢傳動裝置動態響應，使調節速度變慢，提高傳動控制系統的抗擾動能力，同時適當放寬閾值。

（3）更換TCB板

將目前使用的數字量控制的TCB板改為模擬量控制的TCB板，降低控制板的響應速度。通過分析，對三個方案的優缺點進行了比對，如表1。

通過分析，方案3可從根本上解決問題，但對廠家而言投入較大，且由于控制板需從國外訂購，周期較長，因此通過比較，計劃先執行方案1和方案2查看效果，同時與西門子協商更換TCB板，并催促廠家TCB板盡快到貨。

Analysis and Treatment of Malfunctions of the S120 Frequency Converter for Bar Rolling Mill

SHI Hongliang，YAO Huanqin
(Jiangsu Yonggang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215628,China)

The causes of unwarranted tripping problem of the S120 frequency converter in the heavy bar rolling mill of Jiangsu Yonggang Group were analyzed and effective measures were put forward,which successfully treated the problem,to provide some reference for treatment of similar troubles in the future.

rectifying unit;unwarranted tripping;TCB board

TM344.6

B

1006-6764(2015)06-0001-03