SINAMICS S120变频器的接地故障分析

1 引言
　
　　某钢铁公司宽厚板厂于2010年初建成投产，预计年产180万吨，整个轧制线采用西门子奥钢联轧制技术，实现全自动化操作模式，具有世界先进水平。

　　粗轧机电动压下egc选用西门子全新的驱动系统sinamics s120系列变频器，采用双驱动主从模式进行电气连接控制，传动侧和操作侧电机驱动的功率单元分别采用双并联方式连接，电气系统单线图见图1所示。压下电机参数为：额定功率p=570kw，额定电压u=690v，额定电流i=620a，额定频率f=48hz，额定转速n=958r/min。

图1 电气系统单线图

2 硬件组成
　
　　sinamics是由西门子公司推出的全新驱动系列，设计用于机器制造和工厂工程应用。sinamics s用于驱动同步电机，可完成要求苛刻的驱动任务，并且能满足如下要求：对动态特性和精度的较高要求；将扩展的技术功能集成于驱动控制系统中的要求。
　
s120有以下部分组成：
　
　　(1)控制器cu320：控制单元具有所有用于连接外围设备和高层控制组件的必要接口；
　
　　(2)非调节性电源模块：完成交流电源转换为直流母线电压；
　
　　(3)电机模块：实现直流逆变以驱动电机；
　
　　(4)端子模块：完成模拟量、开关量信号及编码器的数据采集；
　
　　(5)通讯模块；完成现场总线的数据交换。
　
　　s120各模块之间通过drive-cliq通讯方式进行连接，实时串行通讯，用于连接所有的sinamics驱动组件，具有更强的适应性和组合特性。

3 故障现象
　
　　2010年7月25日19点左右，粗轧机电动压下s120装置操作侧逆变器故障停机，报警信息为：a5052、f30021。报警代码a5052的含义为并联回路存在不对称的电流；故障代码f30021的含义为功率单元接地故障。故障被复位后，对整流装置进行送电正常，逆变装置一加上使能信号，则报相同的故障，系统无法正常工作。

4 故障处理
　
　　针对以上的故障现象，我们在处理故障时也是一直围绕f30021展开的，对电机、动力电缆都进行了反复的绝缘检查，结果都没有问题，引起f30021故障的还有是因为电流互感器存在问题引起的，我们没有很好的办法去检查电流互感器是否存在问题，单从外观上看没有问题，而且检查电流互感器的线圈及电缆也没有发现问题。另外还有一个原因是功率模块的h200(功率单元准备好信号灯)led显示红色，因为故障发生之后一直是并联装置的第二组的h200一直是红色的，再根据a5052的报警信息得到的报警值(r2124)是v相和w相均存在不对称电流超过了并联回路不对称电流的阈值(p7010)，于是我们更换了第二组的v相的功率模块，但是仍然报f30021。在这种情况，把第二组的3相功率模块也更换了，故障依旧。在处理过程中，只利用了a5052报警检查了哪一相电流不对称，但是没有利用a5052提供的解决方法进行尝试，因为a5052提供了可以通过p7001设置禁用并联装置中任何一组的功率单元的脉冲。经后来仔细的分析发现，通过分别禁用并联装置中的一组来判定是哪一组装置存在故障，经过电力波形比对，确认第一组v相功率单元出现故障。

5 故障分析
　
　　对故障存在时采集的trace(在线跟踪曲线)进行对比分析：1#：u相；2#：v相；3#：w相；4#：三相电流之和。

第一组功率模块trace波形如图2所示。