西门子同步电机失步跳闸故障处理

李金原

1.故障现象

山钢股份济南分公司气体厂1#20000m3/h制氧机的配套空压机主电机，采用西门子成套设备完成同步电机的变频软启动和励磁控制。2012年5月28日4∶05，该空压机主电机故障停机，主电机控制柜OP17面板显示如下信息。

4∶04∶45 036 Synchronous motor Reverse Power

4∶04∶49 027 Synchronous motor Out-of-step

2.故障分析

根据面板信息判断空压机跳闸停机的原因是同步电机失步。为明确造成电机失步的原因，首先通过主电机电气控制系统的上位机查看电机运行记录，调取停机前1h的电网电压和电机定子电流的历史趋势曲线。检查外部电网电压和空压机负荷情况，确认空压机失步跳闸前后无外部电网波动和负荷调整，系统电压、电机运行有功功率趋势平稳，据此初步判断是系统内部故障。分析西门子主电机控制柜S7-300 PLC控制程序，理清电机失步跳闸的控制逻辑。失步判断功能块FB26相关程序段见图1，其中XPQ_R为无功功率实际值，XPA_R为有功功率实际值，FOOSTEP为失步跳闸输出；T25为无功功率＞3600kV·A且有功功率＞4500kW的计时器，设定值3s，T26为无功振荡的计时器，设定值15s；#TEMP0～#TEMP3为内部临时变量。由程序段逻辑可知，当XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A条件同时满足时，#TEMP0置1，T25开始计时，#TEMP0和#TEMP3满足条件使#TEMP1置1，驱动T26开始计时。若XPA_R＞4500kW且XPQ_R＞3600kV·A条件满足持续3s，则T25驱动FOOSTEP失步跳闸输出，电机失步跳闸。若上述条件未持续满足3s，则T26持续15s计时等待，如果15s内上述条件再次满足，则T26与#TEMP1满足条件使#TEMP2置1，驱动FOOSTEP失步跳闸输出，电机失步跳闸。

由程序分析可知，失步跳闸逻辑有两个判据：①判据1，无功功率＞3600kV·A，同时有功功率＞4500kW，持续时间超过3s；②判据2，15s内无功功率＞3600kV·A，有功功率＞4500kW的条件出现2次，即无功出现振荡。只要其中1个判据满足条件，PLC控制系统就会发出电机失步跳闸命令。

从主电机电气控制系统的上位机调取有功功率、励磁电流历史趋势曲线，发现在失步停机前5s内有功功率曲线曾发生两次波动，因此判断失步跳闸判据2条件满足是导致电机停机的原因。但调取外部电网曲线和空压机运行参数曲线做进一步确认时发现相关曲线平稳，并未发生波动。同时，查看变频、励磁系统上位机报警记录时，发现以下报警信息。

4∶05∶06 196 Power Interruption Low SIMEAS T 电源低

4∶05∶06 202 主电机报警

4∶05∶07 196 Power Interruption Low SIMEAS T 电源低

4∶05∶07 196 主电机跳闸

而且主电机失步跳闸后，上位机依然连续报出20余条“Power Interruption Low（SIMEAS T电源低）”报警信息。由于控制程序中的有功和无功功率计算使用的电压、电流信号由西门子7KG6000-8EA型变送单元SIMEAS T采集、转换后送入PLC系统。因此，判断同步电机失步停机的最可能原因是SIMEAS T故障。

3.故障处理

原SIMEAS T是随西门子成套设备采购，国内无法联系到SIMEAS T的相关调试和技术支持人员。通过查阅原始随机资料和反复研究调试，解决了SIMEAS T更换过程中遇到的问题，更换新SIMEAS T后，空压机未再发生此类失步跳闸故障。更换SIMEAS T时需要注意以下问题。

（1）7KG6000-8EA型SIMEAS T有电压、电流两种模拟量输出方式可选，在缺省模式，所有输出设定为与负载无关的电流输出。为此需要打开变送单元外壳，更改内部选择跳线才可实现电压输出（原系统采用0～10V电压输出）。7KG6000-8EA型SIMEAS T必须使用对应配置软件SIMEAS T PAR配置后才可应用。

（2）在更换过程中需要读取原配置文件并将其下载到新装置内。根据型号SIMEAS T有RS232和RS485两种通信方式，因此在新建PAR文件时，要特别注意通信方式的选择，否则无法完成通信连接。7KG6000-8EA型SIMEAS T采用RS232通信，新建PAR文件的通信方式选择为V24。

W13.04-17