某型传动系统应用故障分析及处置措施

应明强

（攀钢集团西昌钢钒有限公司板材厂，四川 西昌 615000）

攀钢集团西昌钢钒公司板材厂2030mm 酸轧机组于2014年5 月正式投产，主要生产高档汽车用板、高级家电用板和汽车用高强钢，年设计产量210 万吨。全线传动系统采用技术先进、性能稳定可靠、控制精度高的日立传动系统，机组酸洗段设计有1 套日立中容量传动系统、1 套日立小容量传动系统，轧机段设计有6 套日立大容量传动系统、1 套日立小容量传动系统，为酸轧机组的稳定生产、提高产品质量、增加产能提供了有力的保证。本文以攀钢集团西昌钢钒公司板材厂2030mm 酸轧机组为例，介绍了某型传动系统的应用。

1 某型传动系统

1.1 HIVECTOL 系列传动系统简介

板材厂酸轧机组装机的HIVECTOL 系列传动系统有三种型号：即HIVECTOL-VIS-H（大容量）传动系统、HIVECTOLVIS-MS（中容量）传动系统和HIVECTOL-VIS-S（小容量）传动系统。酸轧机组轧机1#～5#主电机及卷取机电机的传动采用的是HIVECTOL-VIS-H（大容量）传动系统，其中1#主传动系统的整流单元容量为10.2MVA，2#～5#主传动系统整流单元的容量为15MVA，卷取机传动系统整流单元的容量为5.4MVA，交流进线电源电压都为AC3400V，直流公共母排电压为DC6000V，IGBT 等大功率元器件采用独立的纯水冷系统与传动柜风冷混合进行冷却；机组开卷机电机、活套电机、张力辊电机、夹送辊电机、转向辊电机、钢卷小车电机等设备的传动系统采用的是日立HIVECTOL-VIS-MS（中容量）传动系统和HIVECTOL-VIS-S（小容量）传动系统。

1.2 结构组成

（1）某型传动系统由整流单元、逆变单元、控制单元、DS 隔离开关柜、纯水冷却系统组成（如图1 所示），整流单元和逆变单元每相IGBT 单元装机数量是根据传动系统的容量来决定的，5.4MVA 容量的传动系统整流单元和逆变单元每相装机数量为1 个IGBT 单元；10.2MVA 容量的传动系统整流单元每相装机数量为两个IGBT 单元（这两个IGBT 单元的rank 编号必须相同），逆变单元每相装机数量为3 个IGBT单元；15MVA 容量的传动系统整流单元和逆变单元每相装机数量为3 个IGBT 单元。

图1 日立HIVECTOL-VIS-H 传动系统（15MVA）结构图

图2 IGBT 单元外观图

（2）某型传动系统的IGBT 单元的型号为IGH1200M8DP，每 个IGBT 单 元 由8 个IGBT 元 件、二 极管、保险、电容、电阻、层压母线、门极驱动板、加热槽等元器件组成，IGBT 单元的外观图如图2 所示。整流单元和逆变单元每相使用3 个IGBT 单元，即为3 并2 串结构的IGBT 单元，结构形式如图3 所示，假如在运行中因15MVA 容量的传动系统整流单元或逆变单元某相的1 个IGBT单元烧损，那么，此相没有烧损的另外两个IGBT 单元也要同时更换，所以在更换新的IGBT 单元时，必须是rank 编号相同的3 个IGBT 单元，因此，在申报备件时，也必须同时申报3 个IGBT 单元（并要注明1 相3 个单元的备件），保证3 个IGBT 单元的rank 编号相同，以确保传动系统的稳定运行。在传动系统主回路中设有预充电单元，预充电的作用是为了减小高压断路器闭合时大电流对IGBT 单元的冲击，在SCADA 系统发出合闸指令后，传动系统预先充电到主回路直流公共母排电压（DC6000V）的70%时高压断路器闭合，以保证传动系统的安全、稳定的运行，并且在电路中加入平波电容、电阻以消除浪涌。

图3 R 相IGBT 单元结构图

1.3 控制原理

某型传动系统采用PWM（Pulse Width Modulation）进行控制，PWM 脉宽调制是靠改变脉冲宽度控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可以通过改变此脉冲的调制周期来实现，这样使调压和调频两个作用配合一致，且与中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能，某型传动系统CONVERTER/INVERTER 控制原理（如图4 所示）。由于输出等幅脉冲只需恒定直流源供电，电网侧的功率因数较高。通过日立电气的专有技术来控制调制波的相位，将多套变频装置的谐波互相叠加抵消，从而抑制或消除谐波，因此，日立电气的IGBT 单元不需要单独加装谐波滤波器，且IGBT 元件的开关频率较高，输出波形非常接近正弦波（图5）。

图4 日立HIVECTOL-VIS-H 传动系统整流单元/逆变单元控制原理图

图5 PWM 波形图

2.4 维护要点及注意事项

（1）某型传动系统为DC6000V 等级的大容量传动系统，根据维护保养手册的要求每年需要对母排进行紧固和清灰工作，每五年对传动系统的光通量和各控制板的电压进行检测并做好记录。

（2）传动系统在线使用7 年后，需要对IGBT 单元主回路保险进行检测，视检测实际情况进行更换，IGBT 单元主回路保险设计使用寿命为7 年；传动系统在线使用10 年后，需要对IGBT 单元冷却水塑料软管进行检查，视检查实际情况进行更换，冷却水塑料软管的设计使用寿命为10 ～15 年。

（3）因IGBT 单元烧损更换备件后，需使用M.TOOL 工具对新上机的IGBT 单元做低压放电测试（使用DC24V 或DC48V 电源）、脉冲检查试验，以确保上机使用的IGBT 单元性能正常，避免造成二次设备事故。

2 故障分析及处理措施

2.1 故障分析

（1）在2014 年传动系统安装调试期间，轧机HIVECTOL-VIS-H 传动系统频繁出现本地网络故障，造成传动系统通讯数据丢失，引起传动系统因通讯故障而停止运行，传动系统DS（隔离开关）柜的动力线缆的为AC3300V，而传动柜上的EB 接地与EBX 接地为同一要求的接地即接地电阻＜10Ω（如图6 所示），于是，日立设计将它们连接在一起引入同一个预埋的接地铜板上，EB 接地为控制元器件及柜体接地，EBX 的接地为动力电缆屏蔽线接地。在机组正常运行的情况下，EBX 的感应电压最高可以达到上百伏，因此，EBX 的感应电压容易干扰EB 端子上连接的设备，最终引起传动系统通讯故障停机以及烧损传动系统的控制板造成机组停机。主传动系统设备接地网络图，见图7。

图6 传动系统DS 开关柜的接线图

图7 原设计的传动系统接地网络图

（2）在2018 年的一次检修期间，按照周期项目对酸轧机组3#主传动系统的整流变压器进行绝缘保护试验以及对变压器进行紧固清灰工作，停传动系统高压电源，未对室内传动柜开展任何维护保养工作，也未停传动系统的控制电源。当整流变压器绝缘保护试验和检修作业完成后，在恢复送电的程中，可能是因为以下原因造成SCADA 系统远程控制发出高压柜断路器合闸指令后，真空断路器一直执行预充电，正常情况下断路器收到闭合指令后，传动系统主回路预充电到直流公共母排电压（DC6000V）的70%时断路器闭合，但传动系统主回路一直预充电到98%并保持，断路器始终不能闭合同时也分不开（为确保人员安全，未在就地设置高压断路器分合闸功能，只能通过SCADA 系统远程控制），状态极其危险，一旦处置不当将会引起人生伤害事故和设备烧损事故（图8）：①高压柜接线松动、脱落，元器件损坏，高压断路器控制线松动、控制芯片烧损或机构卡阻；②传动系统与高压柜接口通讯线缆松动、脱落、元器件损坏或控制板烧损。

图8 合闸异常后整流单元的状态

2.2 处理措施

（1）经过详细的讨论和研究后，对传动系统EBX 和EB端子的连接电缆进行优化改进，将传动柜系统柜内的EBX 和EB 端子的接地电缆分开连接，且在接地系统中新预埋一块铜板与EBX 端子进行连接（如图9 所示）。对传动系统EBX 和EB 端子的连接电缆进行优化改造后，有效地减小了感应电流和感应电压的干扰，传动系统运行至今，从未出现因本地网络故障和控制板烧损故障导致系统报警停止运行，确保了传动系统的安全、稳定运行。

图9 现设计的传动系统接地网络图

（2）现场确认传动系统和高压柜及SCADA 系统无任何报警信息，查阅故障手册及相关资料也没有任何关于此故障的说明和处理方法。通过查阅设备调试期间用于检查传动系统和高压柜接口确认的笔记，使用M.TOOL 工具输入MW OVPL命令，可以使传动系统产生故障跳闸。将M.TOOL 工具与3#主传动系统整流（CONVERTER）控制面板进行连接，输入MW OVPL 命令将FFFF1ABA 的值由12000 改为0，传动系统因过载故障高压跳闸掉电（如图10 所示）。

①根据图纸检查确认传动系统与高压柜的通讯接线、元器件的安装状态、控制板的信号指示状态灯以及高压柜、高压断路器、SCADA 系统均无异常，且高压断路器手动合闸测试正常，传动系统放电20 分钟后，通过SCADA 控制系统再次闭合高压断路器仍然闭合不上。根据传动系统原理图（3302677-4/TH3CV18）检查继电器RY1（主回路投入指令信号）是否在吸合状态，接触器3-52S（主回路投入指令信号）和86S（整流单元正常信号）是否在吸合状态，如未在吸合状态则需根据图纸对设备进行一一查找问题，如全部在吸合状态则高压柜及其SCADA 系统与传动系统的通讯正常，经检查确认以上设备在吸合状态。

②通过翻阅调试笔记及联系上海日立技术人员，检查传动系统内部参数状态，以判断传动系统控制板、元器件及接线是否正常，在M.TOOL 工具中输入指令MB VDCHOK（预充电检查电压成立信号）查看FFFF1F2A 的状态是否为1，输入指令MB PCHOK（预充电准备完成信号）查看FFFF1F31 的状态是否为1，输入指令MB MASTR（主回路投入信号）查看FFFF1F32 的状态是否为1，输入指令MB VDOK（预充电电压建立信号）查看FFFF1F29 的状态是否为1，如果不为1 则要检查控制板、元器件及接线，如果全部为1 则传动系统控制板及线路正常。经确认，以上指令状态全为1（如图11 所示）。综上所述确认传动系统、高压柜及SCADA 系统状态正常，更换使用备用断路器重新合闸后，3#主传动系统高压送电成功。

图10 输入指令后传动系整流单元下电

3 结语

攀钢集团西昌钢钒公司板材厂2030mm 酸轧机组自2014 年5 月正式投产以来，设备已运行近6 年，期间日立传动系统运行相对稳定。某型传动系统在板材厂2030mm 酸轧机组的应用，提高了传动设备的先进性、可靠性和稳定性，为酸轧机组的稳定生产、提高产品质量、增加产能提供了有力的保证。本文对某型传动系统结构组成及工作原理进行了重点阐述，并针传动系统在日常应用中存在的各种问题及故障，进行了详细的分析、研究，并制定出有效的处理措施，对某型传动系统设备的日常维护和应用有一定的指导作用。

图11 输入指令检查传动系统状态