西门子SM150 变频器过压故障分析及处理

时亨岭

（山钢股份莱芜分公司型钢厂，莱芜 271104）

1 引言

山东钢铁股份有限公司型钢厂的异型钢生产线于2016年投产，主要产品为钢板桩、角钢、履带板、门架槽等附加产值高的产品，其设计年产量为24万吨钢材。其中轧钢用开坯机的电机为3500kW 的同步电机，为哈尔滨电气动力装备有限公司制造。主传动系统为西门子中压变频器。

2 粗轧主传动系统概况

异型钢生产线粗轧主传动系统采用的是西门子SM150交-直-交电压源型中压变频器，其核心功率器件为IGCT。此变频器与其他的变频器相比，具有稳定性高、维护方便、操作简单等非常好的优势。SM150变频器为3300V 矢量控制高性能变频器，主回路为三电平结构，使用大功率半导体器件IGCT，在同类的变频器中，结构紧凑。具有四象限运行的功能特点，特别适合钢厂轧机系统等大功率高性能的应用。

异型钢生产线具有两台同样的粗轧主传动系统，分别给两个同步电机提供电能，即有两台开坯机同时使用。两套主传动系统共用一个励磁变频器为其提供励磁电源，如图1所示：

图1 主传动主回路结构图

3 变频器过压故障分析

3.1 过电压故障的现象

在2017年异型生产钢板桩过程中，出现BD2主传动变频器跳电，变频器第一故障报警代码为F5206，示意直流电压低。操作台操作人员进行了复位，电气人员进行了高压系统的检查，确认没有异常后恢复生产。恢复生产后在轧制第二支轧件时，再次发生跳电故障，变频器第一故障报警仍为F5206。其他故障代码主要为过流。现场再次停机检查和工艺调整，至2小时后恢复生产，未再出现类似故障。

3.2 故障原因分析

（1）从计算机PDA 记录曲线看，两次跳电的类似，都在轧制过程中发生了电流突然增大，从高压配电系统看，高压综保系统都报出了速断保护跳电，因此，在从变压器-变频器-电机这一套设备中，确实出现了大的电流波动。从综保的保护跳电看，出现了三相较大电流，这一大电流的产生，排除了高压系统（变压器、高压线缆、高压柜）的故障可能，基本确认大电流产生于变频器自身。如图2、图3所示：

图2

图3

（2）从变频器故障报警分析，第一故障报警内容为直流电压低，其次为多个过流故障。从PDA 记录看，与变频器报警内容一致。尤其是直流电压低的故障，为首次遇到。一般变频器过流跳电后，直流电压从4800V 降低到0V，需要几分钟的时间，但此次故障中，直流电压瞬间变为零，即很大的瞬时电能在直流回路消耗掉，在三相电网中产生很大的电流，导致高压系统的高压断路器速断保护动作。

（3）直流电压低的故障原因：通过与西门子技术人员交流，变频系统中某一因素激发了crowbar（F30103），瞬间直流母线电压变0（电压雪崩），巨大能量被电阻消耗掉，造成电压低故障。按照西门子技术人员的解释，触发crowbar 的因素较多，电源因素、电机堵转、失速等都能导致直流母线电压异常升高而触发crowbar（雪崩二极管），因此crowbar 就是直流母线的过电压保护。

此外，由于触发crowbar 后，变频器的元器件（雪崩二极管）有一个恢复过程，不允许系统立即恢复送电。因此在第一次跳电后，我们立即恢复了送电，二极管不能恢复到初始能力，出现第二次跳电故障。

（4）在之后又一次发生了类似的故障，认为系统电压过高导致，于是检查高压供电系统，当时电压高达38kV 以上。在2018年1 月3 日，BD2 变频器再次跳电，查看高压系统，电压达到38.2kV，约30分钟后，电压降至37kV 左右，现场恢复送电生产。

4 优化变频器电源

综合分析SM150变频器发生的过压故障，确认为电网电压偏高导致了变频器直流过压跳电。为了将电源电压降下来，将整流变压器的调压开关进行了调整，使变频器的输入电压降低到3300V 左右。此故障得到了很好的解决。

5 结束语

通过分析及处理此故障，将故障的源头消除掉。对于处理该类中压变频器的过电压故障具有一定的参考价值。