西門子SM150 變頻器過壓故障分析及處理

時亨嶺

（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線于2016年投產，主要產品為鋼板樁、角鋼、履帶板、門架槽等附加產值高的產品，其設計年產量為24萬噸鋼材。其中軋鋼用開坯機的電機為3500kW 的同步電機，為哈爾濱電氣動力裝備有限公司制造。主傳動系統為西門子中壓變頻器。

2 粗軋主傳動系統概況

異型鋼生產線粗軋主傳動系統采用的是西門子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，具有穩定性高、維護方便、操作簡單等非常好的優勢。SM150變頻器為3300V 矢量控制高性能變頻器，主回路為三電平結構，使用大功率半導體器件IGCT，在同類的變頻器中，結構緊湊。具有四象限運行的功能特點，特別適合鋼廠軋機系統等大功率高性能的應用。

異型鋼生產線具有兩臺同樣的粗軋主傳動系統，分別給兩個同步電機提供電能，即有兩臺開坯機同時使用。兩套主傳動系統共用一個勵磁變頻器為其提供勵磁電源，如圖1所示：

圖1 主傳動主回路結構圖

3 變頻器過壓故障分析

3.1 過電壓故障的現象

在2017年異型生產鋼板樁過程中，出現BD2主傳動變頻器跳電，變頻器第一故障報警代碼為F5206，示意直流電壓低。操作臺操作人員進行了復位，電氣人員進行了高壓系統的檢查，確認沒有異常后恢復生產。恢復生產后在軋制第二支軋件時，再次發生跳電故障，變頻器第一故障報警仍為F5206。其他故障代碼主要為過流。現場再次停機檢查和工藝調整，至2小時后恢復生產，未再出現類似故障。

3.2 故障原因分析

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

圖2

圖3

（2）從變頻器故障報警分析，第一故障報警內容為直流電壓低，其次為多個過流故障。從PDA 記錄看，與變頻器報警內容一致。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，需要幾分鐘的時間，但此次故障中，直流電壓瞬間變為零，即很大的瞬時電能在直流回路消耗掉，在三相電網中產生很大的電流，導致高壓系統的高壓斷路器速斷保護動作。

（3）直流電壓低的故障原因：通過與西門子技術人員交流，變頻系統中某一因素激發了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。按照西門子技術人員的解釋，觸發crowbar 的因素較多，電源因素、電機堵轉、失速等都能導致直流母線電壓異常升高而觸發crowbar（雪崩二極管），因此crowbar 就是直流母線的過電壓保護。

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

（4）在之后又一次發生了類似的故障，認為系統電壓過高導致，于是檢查高壓供電系統，當時電壓高達38kV 以上。在2018年1 月3 日，BD2 變頻器再次跳電，查看高壓系統，電壓達到38.2kV，約30分鐘后，電壓降至37kV 左右，現場恢復送電生產。

4 優化變頻器電源

綜合分析SM150變頻器發生的過壓故障，確認為電網電壓偏高導致了變頻器直流過壓跳電。為了將電源電壓降下來，將整流變壓器的調壓開關進行了調整，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 結束語

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