王仁波，王 超

（煙臺魯寶鋼管有限責任公司，山東 煙臺 264002）

直流調(diào)速具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍廣、起制動力矩大、過載能力強等優(yōu)點，易于平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到廣泛的應用。

西門子6RA70 直流調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、操作簡單、運行平穩(wěn)，故障率很低［1-6］。但由于現(xiàn)場操作、外部環(huán)境、器件質(zhì)量、參數(shù)設置等原因，其在調(diào)試和運行過程中也出現(xiàn)一些問題，最常見的故障就是換向故障或過電流，報故障信息F030，該故障產(chǎn)生原因比較復雜，現(xiàn)場分析處理存在一定難度，不能一概而論。本文重點對西門子6RA70 直流調(diào)速裝置F030 故障產(chǎn)生原因進行分析，并詳細介紹其具體處理方法。

1 F030 故障信息定義

6RA70 系列直流調(diào)速裝置具有完善的自診斷和故障鎖定功能，出現(xiàn)故障時顯示鎖定的故障代碼，相關(guān)故障詳細信息（也稱“故障值”）被存入故障存儲器r047 中?，F(xiàn)場人員排除故障時可以根據(jù)鎖定的故障代碼和存儲的故障信息針對性地進行分析，方便快速找出故障原因，《6RA70 系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說明書》有關(guān)驅(qū)動故障F030 故障信息的定義見表 1［7］。

2 F030 故障具體分析及處理

2.1 設備調(diào)試階段報故障信息F030

案例：設備調(diào)試階段，裝置出現(xiàn)過流或是跳閘，報故障信息F030。

故障原因：電流環(huán)未優(yōu)化好或優(yōu)化失敗，按電流環(huán)優(yōu)化步驟進行優(yōu)化處理。

表1 驅(qū)動故障F030 故障信息的定義①

處理方法：

（1） 設置參數(shù)P051=25，選擇電樞和勵磁的預控制和電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)化運行［8］。

（2） 裝置轉(zhuǎn)換到優(yōu)化運行前的合閘指令等待狀態(tài)o7.4 幾秒鐘，然后進入狀態(tài)o7.0，等待通過端子37 的合閘指令。

（3） 將裝置端子 37（合閘）、38（運行使能）分別與端子34（電源輸出）之間外接一個開關(guān)，合上開關(guān)輸入“合閘”和“運行使能”指令。

（4） 裝置達到運行狀態(tài) ∧o1.0（抱閘釋放延時時間運行），執(zhí)行優(yōu)化運行，持續(xù)約40 s。

（5） 電流調(diào)節(jié)器優(yōu)化時 P110，P111，P112，P155，P156，P255，P256，P826 參數(shù)被自動設置。

（6） 優(yōu)化結(jié)束，裝置轉(zhuǎn)到狀態(tài)o7.2，表示優(yōu)化成功。

（7） 若30 s 內(nèi)沒有輸入“合閘”指令，優(yōu)化等待狀態(tài)終止，顯示故障信息F052。

2.2 設備運行中報故障信息F030

設備運行中出現(xiàn)驅(qū)動故障，報故障信息F030，首先查看r047.001 中故障值，再根據(jù)情況針對性地進行分析和處理。

2.2.1 F030 故障值為1

F030 故障值為1 的定義為換向晶閘管對應的封鎖電壓時間區(qū)太小，此故障多出現(xiàn)在電機加減速過程中，如：減速過程中反向整流橋?qū)〞r，正向整流橋未完全關(guān)閉造成。

案例：電機恒速運行情況下不報警，一旦電機突然加速或減速，顯示F030 故障報警，r47.001 的值為1。

故障原因：P159（電樞自動換向部分的轉(zhuǎn)換閾值）和P160（附加的無轉(zhuǎn)矩時間間隔）參數(shù)設置不當。

處理方法：

（1） 修改裝置訪問權(quán)限，將P051 值修改為40，獲得參數(shù)值訪問權(quán)。

（2） 適當增加P159（電樞自動換向部分的轉(zhuǎn)換閾值）參數(shù)值，使其能夠大于0，該參數(shù)值不能設得太大，可以設置到0.5 以上，但不要超過1，參數(shù)修改過程中注意觀察裝置運行情況。

（3） P160 用于四象限運行整流器的轉(zhuǎn)矩方向改變，對于整流器電樞給大電感供電的情況，該參數(shù)值大于0 尤其重要。適當增加P160 參數(shù)值，但該參數(shù)又不能設置過大，一般為 0.04～0.10［9－10］。

（4） 將 P159 設置為 0.5，P160 設置為 0.05，故障排除。

2.2.2 F030 故障值為2

F030 故障值為2 的定義為電流峰值曲線向上拐，即Δdi/dt值太大。

1） 案例1：采用6RA70 裝置控制切管機主軸傳動等較大轉(zhuǎn)動慣量負載，裝置自動優(yōu)化設置的參數(shù)不好用，負載輕微波動便出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩，在電流不是太大的情況下出現(xiàn)過流跳閘，報故障信息F030，r47.001 的值為 2。

故障原因：由于負載慣性較大，系統(tǒng)的動態(tài)反應速度太快，與大轉(zhuǎn)動慣量負載不匹配，瞬間產(chǎn)生了電流尖峰，即Δdi/dt太大。

處理方法：

（1） 在對裝置進行自動優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器自動優(yōu)化設置的參數(shù)采用人工方法進行模擬量修正；

（2） 將電流調(diào)節(jié)器的增益參數(shù)P155 的值和速度調(diào)節(jié)器的增益參數(shù)P225 的值改小些，按自動優(yōu)化參數(shù)值一半設置；

（3） 將電樞電流調(diào)節(jié)器的積分時間參數(shù)P156的值和速度調(diào)節(jié)器的積分時間參數(shù)P226 的值改大些，按自動優(yōu)化參數(shù)值增大1.0～1.5 倍設置。

通過上述方法，可以提高系統(tǒng)抗擾性能，減少負載變化對系統(tǒng)的影響，使得系統(tǒng)的動態(tài)跟隨速度變慢，保證了穩(wěn)態(tài)精度，限制了快速性，消除靜差，使問題得到徹底解決。

2） 案例2：空載運行正常，負載增大快開跳閘，報故障信息F030，用示波器觀察電流波形有尖峰，r47.001 的值為2。

故障原因：電流互感器性能劣化或電流互感器出現(xiàn)故障。

處理方法：

（1） 對可控硅、電機、調(diào)速裝置等進行相關(guān)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常，試車檢查空載電流有波動，負載增大快開跳閘。

（2） 將電機電纜短接做短路電流環(huán)試驗，電流達到60 A 左右時，調(diào)速器及示波表顯示電流不穩(wěn)和缺波頭，遂檢查交流側(cè)電流互感器，發(fā)現(xiàn)一相交流互感器本體有放電現(xiàn)象（經(jīng)檢查，該互感器一線圈匝間短路）。

（3） 更換互感器后試車，故障排除。

3） 案例3：設備運行時整流變壓器出現(xiàn)異常聲音，直流電機聲音沉悶，生產(chǎn)設備明顯抖動，低速電機能夠運行，隨著電機速度加快，裝置跳閘，報故障信息F030。

故障原因：晶閘管自身損壞，或晶閘管不能被觸發(fā)。

處理方法：

（1） 查看故障存儲器r47.001 的值，其故障值為2，表明F030 故障原因是電流峰值曲線向上拐。據(jù)此判斷6RA70 的晶閘管可能存在問題，需要進一步檢測。

（2） 修改裝置訪問權(quán)限，將P51 值改為40，允許離線修改參數(shù)。

（3） 將晶閘管診斷的控制字參數(shù)P830 更改為2，使其在每次“合閘”或“點動”情況下，晶閘管被校驗。

（4） 關(guān)閉電源，重新啟動裝置6RA70。

（5） 進行交流接觸器合閘操作，或按住“點動”指令不動，PMU 出現(xiàn)o3.0（等待晶閘管校驗完成），晶閘管開始校驗。

（6） 等待 30 s，若 PMU 又出現(xiàn) F061 故障報警，表明晶閘管損壞或其脈沖線路有故障。

（7） 再進一步查看故障診斷存儲器r47.001 中故障值，對照F061 故障信息表故障值的定義判定故障原因及故障部位。

若故障值為“晶閘管損壞”或“晶閘管不能被關(guān)斷”，則由故障值判定的晶閘管模塊必須更換，產(chǎn)生故障的原因可能有：晶閘管模塊阻容吸收回路斷；晶閘管模塊冷卻不充分；裝置電流環(huán)沒有優(yōu)化好，造成過大的電流沖擊；外接電源沖擊產(chǎn)生的尖峰過電壓造成；外部短路或接地故障等。

若故障值為“晶閘管不能觸發(fā)”，大多由晶閘管的脈沖觸發(fā)控制回路引起，產(chǎn)生故障的原因可能有：晶閘管的觸發(fā)脈沖連接電纜線斷；扁平電纜X101 或X102 插入不正確或線斷；A7001 電子板損壞，或觸發(fā)板損壞；晶閘管模塊內(nèi)部觸發(fā)脈沖線斷等。

若r47.001 存儲的故障值為5，則V5 組晶閘管損壞，更換V5 組晶閘管；存儲的故障值為9，則A7001 電子板損壞，更換A7001 電子板；存儲的故障值為13，則V3 組晶閘管不能被觸發(fā)，檢查其觸發(fā)線路及觸發(fā)板；存儲的故障值為33，則V3 組或V6 組晶閘管不能被關(guān)斷，更換V3 組或V6 組晶閘管。

2.2.3 F030 故障值為3

裝置顯示F030 故障信息，r47.001 存儲的故障值為3，故障信息定義為裝置實際最大電流值大于額定電流的250%，此類故障比較常見，產(chǎn)生此類故障的原因有以下方面。

1） 原因一：裝置換向逆變失敗造成系統(tǒng)過電流。

裝置換向過程中，一旦發(fā)生逆變失敗，整流橋輸出的平均電壓和電動機產(chǎn)生的直流電動勢變成順向串聯(lián)，就會產(chǎn)生很大的短路電流。逆變失敗的原因主要有觸發(fā)脈沖故障、晶閘管故障、交流電源異常、換向的裕量角不足等。

出現(xiàn)逆變失敗時要先檢查交流電源有無異常，是否發(fā)生過突然斷電、缺相或電壓過低等現(xiàn)象；再去檢查脈沖觸發(fā)板和晶閘管之間的連線是否可靠，檢查脈沖觸發(fā)板工作是否正常，有無脈沖波頭不齊、脈沖丟失、脈沖延遲等現(xiàn)象；然后檢查晶閘管是否擊穿或是不能關(guān)斷。

2） 原因二：電抗器發(fā)熱導致電流波形畸變。

高溫環(huán)境下，電抗器工作溫度高，或是電抗器散熱不良，電抗器發(fā)熱造成電抗器的工作特性發(fā)生變化，導致電流波形發(fā)生畸變，電抗器聲音加大。電流波形畸變越大，電抗器響聲越大。隨著電流波形畸變的惡化，電抗器發(fā)熱會進一步加劇。

對于6RA70 直流調(diào)速裝置，晶閘管模塊的燒毀大都是因為環(huán)境溫度過高、散熱不良等原因造成的。對于6RA70 直流調(diào)速裝置工作場所，必須經(jīng)常檢查工作場所的環(huán)境溫度、裝置的散熱情況，必要時需采取相應的降溫措施。

3） 原因三：直流電機本身故障或電機堵轉(zhuǎn)。

（1） 案例1：電機對地絕緣差、電機運行中出現(xiàn)異響、電機本體溫升過高并出現(xiàn)異味、電機換向器打火，電機電流增大或是跳閘，報故障信息F030，r47.001 的值為 3。

故障原因：電機本體故障。

處理方法：

①脫開連接電機的電樞電纜和勵磁電纜，用搖表測量電機對地絕緣，若絕緣不符合要求，對電機絕緣進行處理或更換電機后，消除故障。

②電機運行中出現(xiàn)異響，需確認異響源自直流電機什么部位，重點檢查電機軸承是否損壞（一般在負荷端軸承溫升較高）、電機定轉(zhuǎn)子是否擦心、電機軸和測速電機軸是否同心或松動丟轉(zhuǎn)等，帶有軸承狀態(tài)檢測的同時報故障信息F026。若是以上原因造成電機過流，更換電機或?qū)ο鄳课惶幚砗螅收吓懦?/p>

③電機運行中電機本體溫升過高并出現(xiàn)異味，確認異味源自直流電機本體內(nèi)部，檢查發(fā)現(xiàn)電機冷卻風機存在故障，大多是由于風扇葉片卡阻或損壞、風機未開或是方向接反，電機勵磁發(fā)熱導致電機溫度升高、電流增大，帶有風扇監(jiān)控的同時報故障信息F027。風機問題處理后，故障消失。

④碳刷和換向器之間換相打火，檢查換向器表面是否光滑、碳刷磨損是否嚴重、碳刷的彈片是否彈性疲勞、碳刷和換向器是否接觸不良、電機內(nèi)部粉塵是否過多等，對換向器、碳刷進行處理或?qū)﹄姍C內(nèi)部粉塵進行吹掃，或是更換電機后，故障排除。

（2） 案例2：設備運行過程中出現(xiàn)停轉(zhuǎn)，重新啟動裝置，電機不轉(zhuǎn)，裝置報故障信息F030 或F040，r47.001 的值為 3。

故障原因：機械設備故障造成電機堵轉(zhuǎn)。

處理方法：

①測量直流電機本體溫度，電機溫度異常，檢查電機電樞和勵磁繞組絕緣正常。

②檢查電機連接的機械設備發(fā)現(xiàn)機械設備存在卡阻現(xiàn)象，從而造成電機負載過大，導致電機堵轉(zhuǎn)，電機無法啟動，最終出現(xiàn)過流報警。

③出現(xiàn)故障報警信息F040 的原因是驅(qū)動堵轉(zhuǎn)故障信息F035 未被復位，且該故障處于激活狀態(tài)，因而電子板電源被切斷。故障處理首先排除機械設備卡阻故障，再同時按下裝置PMU 面板“P”鍵和“▼”鍵，將故障信息F040 復位后，F(xiàn)030 故障同時解除。

4） 原因四：電機勵磁故障

電機運行過程中勵磁電源掉電或勵磁故障，導致電機失磁或勵磁不夠，空載或輕載情況下會造成飛車，損壞勵磁線圈與電樞繞組；重載情況下會造成電機轉(zhuǎn)矩不夠，電機堵轉(zhuǎn)或運行速度慢。

案例：鋼管橫移步進機構(gòu)硬連接的兩臺主從控制電機運行速度變慢，看似轉(zhuǎn)矩不夠，主調(diào)速器報故障信息F030，r47.001 的值為3。

故障原因：電機勵磁故障。主電機勵磁電纜接頭進水打火使主電機欠磁或失磁，電機轉(zhuǎn)矩不夠［11］。

處理方法：

（1） 按經(jīng)驗初步懷疑是電機過載造成的，檢查電機減速箱、各聯(lián)軸器無卡阻現(xiàn)象。

（2） 將電機與機械設備的聯(lián)軸器脫開，空載測試電機，發(fā)現(xiàn)主電機電流較高，轉(zhuǎn)速較慢；但從電機電流、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)正常，從而初步判定主電機勵磁有問題。

（3） 拆下主電機勵磁接線，用搖表搖測絕緣較低，排查電纜發(fā)現(xiàn)該電纜接頭有進水打火痕跡，處理后故障排除。

5） 原因五：電機啟動時間過短、加速過快。

如果斜坡函數(shù)發(fā)生器P303 參數(shù)（加速時間1）設置過小，電機啟動時間過短、加速過快，也會造成電機過流，報故障信息F030，可以將斜坡函數(shù)發(fā)生器 P303 參數(shù)放大（一般在 1.5～2.5 s）。

2.2.4 F030 故障值為4

兩臺以上6RA70 直流調(diào)速裝置并聯(lián)運行，由于換相不同步、負載不平衡、版本不一致原因，均可造成換向故障或過電流，報F030 故障。

1） 案例1：兩臺直流調(diào)速裝置并聯(lián)運行，換向時出現(xiàn)瞬間過電流跳閘，報F030 故障，r47.001的值為4。

故障原因：兩臺直流調(diào)速裝置并聯(lián)運行，兩臺裝置的電流環(huán)相互獨立，而轉(zhuǎn)矩（電流）換向分別由裝置各自的換向邏輯單元控制。直流裝置在轉(zhuǎn)矩（電流）換向時，由于動態(tài)電流不平衡以及電流檢測裝置自身原因，兩臺裝置檢測的電流過零時間不一致，造成兩臺裝置換向不同時，嚴重時兩臺裝置間出現(xiàn)極大的環(huán)流。

處理方法：

（1） 在兩臺裝置的轉(zhuǎn)矩（電流）邏輯換向單元間設置一套互鎖電路，兩臺裝置換向邏輯單元互鎖原理如圖1 所示。將一臺裝置的轉(zhuǎn)矩換向允許信號經(jīng)開關(guān)量輸出端子46 接入另一臺裝置的開關(guān)量輸入端子36 作為另一臺裝置轉(zhuǎn)矩（電流）換向的必要條件，通過互鎖確保兩臺裝置的轉(zhuǎn)矩（電流）換向同步。

圖1 兩臺裝置換向邏輯單元互鎖原理

（2） 通過兩裝置的開關(guān)量輸出端子46 和開關(guān)量輸入端子36 的相互連接，將裝置1 的開關(guān)量連接器B220 連接到裝置2 的參數(shù)P165、裝置2 的開關(guān)量連接器B220 連接到裝置1 的參數(shù)P165，這樣一臺裝置在換向允許信號發(fā)出后，還必須等待另一臺裝置換向允許信號也發(fā)出后方可切換，從而保證了2 臺裝置的換向同步。這兩臺裝置在相關(guān)參數(shù)設置方面，P771（選擇連接到開關(guān)量可選輸出，端子46 的開關(guān)量連接器）=220（B220：并聯(lián)驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)矩方向使能）；P165（選擇開關(guān)量連接器去控制“在轉(zhuǎn)矩方向改變時的轉(zhuǎn)矩方向使能”功能）=10（B010：端子36 的狀態(tài)）。

（3） 對兩臺并聯(lián)的 6RA70 裝置轉(zhuǎn)矩（電流）換向是否同步進行確認，從而避免了因裝置換向不同步而產(chǎn)生瞬間尖峰電流的情況。

2） 案例2：兩臺6RA70 直流調(diào)速裝置采用主從方式控制兩臺電機同步運行，如軋機步進裝置，負載突然變大，從裝置即產(chǎn)生F030 過流報警。這類故障一般發(fā)生在系統(tǒng)調(diào)試過程中，頻繁出現(xiàn)F030 故障報警，r47.001 的值為4。

故障原因：兩臺6RA70 裝置采用主從方式控制兩臺電機，主電機采用速度控制，從電機采用轉(zhuǎn)矩控制。由于兩臺電機負載不同，要實現(xiàn)兩臺電機同步運行，必須有效控制從電機轉(zhuǎn)矩。當從電機負載較大、主電機負載較小時，從電機必須獲得較大電流才能達到主電機速度。導致上述故障的原因是負責平衡電機負載的程序設計存在問題。

處理方法：

（1） 針對程序設計原因而導致的西門子6RA70直流調(diào)速裝置F030 故障，可以通過修改程序設計，重新編制正確的程序來有效解決這一問題。

（2） 通過編寫程序，對兩臺電機轉(zhuǎn)矩差進行比較后附加給從電機，利用轉(zhuǎn)矩附加來平衡電機之間的負載。

（3） 通過監(jiān)控軟件，實時對電機電流峰值進行有效監(jiān)測，系統(tǒng)程序?qū)⒏鶕?jù)電機電流峰值的檢測自動對電機速度進行相應調(diào)整，以有效解決電機過流的問題［12-13］。

3） 案例3：多臺電機、不同版本直流調(diào)速裝置并聯(lián)運行，6RA70 裝置偶爾出現(xiàn)F030 故障報警，復位后運行正常，r47.001 的值為4。

故障原因：軟、硬件版本不匹配，西門子直流調(diào)速裝置軟、硬件版本更新較快（尤其是軟件版本），經(jīng)常需要面臨版本升級的問題。若各直流調(diào)速裝置軟、硬件版本不匹配，有時會發(fā)生數(shù)據(jù)傳遞有誤，嚴重時出現(xiàn)F030 故障報警。

處理方法：將直流調(diào)速裝置全部更換為同一版本的6RA70 裝置，并對數(shù)據(jù)的有效性進行準確判斷后，再將數(shù)據(jù)傳遞給其他直流調(diào)速器。

3 F030 故障的屏蔽

6RA70 裝置出現(xiàn)整流器換向故障或產(chǎn)生大電流，則激活故障信息F030，并通過整流器換相保護器SIMOREG CCP（如果已安裝）將電流限制到無損害的水平，以保護晶閘管和快速熔斷器。

故障信息的解除可以通過將要解除的故障信息號碼輸入到P820 參數(shù)中來實現(xiàn)，但F030 故障是不可以通過修改P820 參數(shù)來屏蔽的。6RA70 裝置通過參數(shù)U580 來設置該控制字，若要對F030 故障進行屏蔽需要更改參數(shù)U580。U580 提供了各種同裝置換向故障監(jiān)控有關(guān)的評定標準，確保裝置換向或電流突變時受到不同程度的保護。6RA70 裝置換向故障的檢測基于3 個判定準則，它們可以單獨激活或不激活［14-15］。

設定說明：每個故障評定標準有一個數(shù)字代碼，分別為0，1，2，4。0，指不評定裝置故障；1，指評定裝置換向時電壓時間面積，裝置換向晶閘管對應的封鎖電壓時間區(qū)太小報故障信息1；2，指評定裝置電流峰值曲線曲率，裝置電流峰值曲線向上拐報故障信息2；4，指評定裝置最大電流實際值，裝置實際最大電流值大于額定電流的250%報故障信息3。如果被評定的故障判定標準多于1個，則必須輸入相關(guān)數(shù)字的總和作為U580 設定值，如U580 工廠默認值為7，則表示3 個故障評定標準同時作用（1+2+4），這樣裝置的保護程度最高，故障反應最靈敏，但同時裝置F030 換向故障的引發(fā)幾率也最高。

實際應用中，6RA70 直流調(diào)速裝置F030 故障通常不需要采取這樣高程度的保護，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況通過修改參數(shù)U580 適當對部分F030 故障進行屏蔽，使其既能起到保護裝置的作用，又可降低裝置F030 故障的發(fā)生幾率。修改參數(shù)U580 具體步驟如下：

（1） 首先查看存儲在 r47.001 中的 F030 故障值，根據(jù)該故障值找出故障原因。

（2） 根據(jù)故障值及裝置需要保護的程度更改參數(shù)U580 設置，對不需要保護的故障采取屏蔽措施。如對裝置電流峰值曲線向上拐產(chǎn)生的故障不需要保護，則只需激活評定標準1 和4，即1+4=5，可將參數(shù)U580 更改為5；如對裝置所有換向故障都不需要保護，則激活評定標準0，即不評定裝置故障，將參數(shù)U580 更改為0，再觀察裝置和電機運行情況，若無異常則可永久屏蔽F030 故障；若運行異常，則根據(jù)現(xiàn)場情況視情對參數(shù)U580 進行修改，直至最佳狀態(tài)。

4 結(jié) 語

換向故障F030 是西門子6RA70 直流調(diào)速裝置現(xiàn)場運行中最常見的故障，這里介紹的僅僅是F030 故障的一般處理經(jīng)驗與方法，現(xiàn)場的情況千差萬別，需要具體情況具體分析。針對現(xiàn)場具體F030 故障的處理，應仔細查找故障根源，從源頭上找出故障的真正原因，從根本上解決問題，確保設備更加安全、可靠、穩(wěn)定運行。