低壓空氣斷路器是工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的電氣設(shè)備，受生產(chǎn)工藝及運(yùn)行環(huán)境干擾因素的影響，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象。本文介紹了一起電廠低壓母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)誤動(dòng)跳閘引起的鍋爐滅火事故。

通過(guò)對(duì)大量空氣斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)和在實(shí)驗(yàn)室對(duì)控制回路的抗干擾性模擬檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)引起空氣斷路器誤動(dòng)的主要原因是斷路器分合閘彈簧機(jī)構(gòu)性能下降和控制回路接線(xiàn)不合理造成的抗干擾能力下降。通過(guò)更換彈簧機(jī)構(gòu)和改造控制回路，有效地減少了斷路器的誤動(dòng)次數(shù)，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1 事故經(jīng)過(guò)

某廠機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行，380V工作Ⅲ、Ⅳ段母線(xiàn)分別由3、4號(hào)工作變壓器供電運(yùn)行，并為12臺(tái)給粉機(jī)提供電源，給粉電源Ⅰ路取自工作Ⅲ段，給粉電源Ⅱ路取自工作Ⅳ段，給粉電源Ⅰ、Ⅱ路各帶6臺(tái)給粉機(jī)。380V工作Ⅳ段電源開(kāi)關(guān)突然跳閘，該母線(xiàn)段帶的6臺(tái)給粉機(jī)全部停止運(yùn)行。3號(hào)爐一次風(fēng)閥門(mén)電源切換時(shí)間與熱工邏輯不匹配，造成3號(hào)爐鍋爐主燃料跳閘（MFT）。

經(jīng)檢查，380V工作Ⅳ段進(jìn)線(xiàn)電源442開(kāi)關(guān)跳閘，4號(hào)工作變進(jìn)線(xiàn)441開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，441開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置無(wú)動(dòng)作報(bào)警，其他設(shè)備無(wú)異常。故障開(kāi)關(guān)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 故障開(kāi)關(guān)系統(tǒng)圖

2 開(kāi)關(guān)合閘和分閘的原理分析

該廠一期380V低壓廠用電系統(tǒng)75kW以上電動(dòng)機(jī)選用的是進(jìn)口型號(hào)為AH系列，國(guó)產(chǎn)化型號(hào)為DW914系列。斷路器由接觸系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和脫扣器3部分組成。接觸系統(tǒng)中觸頭有主、弧觸頭兩檔，弧觸頭先于主觸頭接通，而遲于主觸頭斷開(kāi)，以便限制主觸點(diǎn)的電磨損，當(dāng)弧觸頭接點(diǎn)厚度小于原厚度1/3時(shí)可以方便地更換。三相觸頭用相間隔板分開(kāi)，被固定于3個(gè)獨(dú)立的帶滅弧柵的封閉區(qū)內(nèi)，具有良好的滅弧性能。

斷路器的操作系統(tǒng)為電磁鐵閉合方式。在85%～110%額定電壓范圍內(nèi)斷路器可靠閉合，分勵(lì)脫扣器在70%～110%范圍內(nèi)可靠斷開(kāi)。斷路器的輔助開(kāi)關(guān)安裝在左上方，一般均為5對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)和5對(duì)常閉接點(diǎn)。電磁鐵合閘操作回路原理如圖2所示。

圖2 電磁鐵合閘操作回路原理圖

動(dòng)作原理：在+、◆被接通電源后，按下SB1按鈕，①、③接通，經(jīng)過(guò)輔助開(kāi)關(guān)S1和行程開(kāi)關(guān)SA，線(xiàn)圈K通電，觸頭Q閉合，線(xiàn)圈YA2通電，動(dòng)鐵心快速吸合，斷路器完成閉合。在線(xiàn)圈K通電后，SA常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，故合閘按鈕接通一次，只能閉合一次，以防止重合閘。

分閘操作電路原理如圖3所示。

圖3 分閘操作電路原理圖

動(dòng)作原理：在斷路器閉合后，常開(kāi)輔助開(kāi)關(guān)S1閉合，在電源通電后，手動(dòng)按下分閘按鈕SB2，分勵(lì)脫扣器YA1線(xiàn)圈通電，吸合脫扣器動(dòng)作，斷路器分閘。圖標(biāo)符號(hào)明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 圖標(biāo)符號(hào)明細(xì)表

3 斷路器預(yù)試試驗(yàn)

分別對(duì)同類(lèi)型斷路器和部分開(kāi)關(guān)分閘線(xiàn)圈的通電進(jìn)行試驗(yàn)。此類(lèi)型開(kāi)關(guān)分閘是依靠分閘線(xiàn)圈勵(lì)磁產(chǎn)生的電磁力使鐵心動(dòng)作，鐵心撞擊開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的跳閘摯子，帶動(dòng)連桿動(dòng)作，使機(jī)構(gòu)脫扣分閘。分閘鐵心是自復(fù)歸式的，其動(dòng)作時(shí)要克服復(fù)歸彈簧的彈力。更換彈簧以增加彈簧的彈力，可提高開(kāi)關(guān)的動(dòng)作電壓。

通過(guò)分別對(duì)同類(lèi)型的15臺(tái)斷路器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以看出，其中有5臺(tái)斷路器曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)偷跳現(xiàn)象，故障率為33%。在對(duì)其中11臺(tái)斷路器的分閘線(xiàn)圈最低動(dòng)作電壓值進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，有6臺(tái)動(dòng)作電壓低于33V，不滿(mǎn)足規(guī)程要求，不合格率為54.5%。對(duì)7臺(tái)斷路器的分閘線(xiàn)圈進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后動(dòng)作電壓均超過(guò)43V，滿(mǎn)足規(guī)程要求。

通過(guò)試驗(yàn)證明，該類(lèi)型斷路器分閘線(xiàn)圈動(dòng)作電壓偏低的主要原因是故障跳閘，可以通過(guò)增加分閘彈簧彈力的方法來(lái)提高動(dòng)作電壓值，以提高設(shè)備的抗干擾性。

4 模擬試驗(yàn)

該斷路器的控制電纜和動(dòng)力電纜存在交叉重疊敷設(shè)的情況，電源回路沒(méi)有裝設(shè)交流串直流監(jiān)測(cè)裝置，在控制回路中有可能串入交流電，使回路干擾電壓抬升。若采用同時(shí)多條電纜并行敷設(shè)，鑒于電纜對(duì)地分布電容的存在，則距離較近的電纜同樣會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，影響控制回路信號(hào)。實(shí)驗(yàn)室模擬過(guò)程如下。

被測(cè)電纜型號(hào)為ZR-RVVP，規(guī)格為4×1.0mm2，電纜長(zhǎng)度為100m。

試驗(yàn)說(shuō)明：電纜A和電纜B均為四芯電纜，兩根電纜并排放置。試驗(yàn)電源取自雙孔插座，試驗(yàn)時(shí)將需要加壓的線(xiàn)芯接火線(xiàn)，零線(xiàn)被接在另一物體的某一點(diǎn)處作為公共端。測(cè)量某一線(xiàn)芯的電壓即測(cè)量該線(xiàn)芯對(duì)公共端的電壓。電纜A的剖面示意圖如圖4所示。

圖4 電纜A的剖面示意圖

試驗(yàn)前需準(zhǔn)備的電纜A四芯電纜等效電容值見(jiàn)表3。

表3 四芯電纜等效電容值

針對(duì)6種不同接線(xiàn)方式分別測(cè)試四芯電纜的感應(yīng)電壓，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 四芯電纜感應(yīng)電壓測(cè)試結(jié)果

測(cè)試時(shí)，將公共端與大地可靠相連，方案序號(hào)1和2的接線(xiàn)方式如圖5所示。方案序號(hào)3—6中并聯(lián)電阻R1和R2的接線(xiàn)方式如圖6所示。

圖5 發(fā)電機(jī)程控接線(xiàn)原理圖

在發(fā)電機(jī)程控原理中，分別在DCS上遠(yuǎn)程合閘或者遠(yuǎn)程分閘時(shí)，接點(diǎn)V1、V2或者將V3、V4分別接通，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器K分別在斷路器的合閘、分閘線(xiàn)圈上帶電，執(zhí)行合、分閘操作。

當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)V1—V4采用同一多芯電纜且V1和V2帶電時(shí)，鑒于導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容的存在，當(dāng)屏蔽層可靠接地時(shí)V2和V4導(dǎo)線(xiàn)被感應(yīng)到對(duì)地電壓值可達(dá)到73.9V，此時(shí)在不執(zhí)行分合閘操作時(shí)，分合閘線(xiàn)圈上所承受的電壓已經(jīng)達(dá)到線(xiàn)圈動(dòng)作值，導(dǎo)致斷路器誤分或者誤合。

從控制回路分別并入電阻前后的感應(yīng)電壓錄波圖（如圖7和圖8所示）中可以看出，感應(yīng)電壓明顯有下降趨勢(shì)。圖7中的高幅值波形為施加的237V交流電壓，低幅值波形為感性電壓波形。

圖6 發(fā)電機(jī)控制回路并聯(lián)電阻等效電路圖

圖7 控制回路并聯(lián)電阻前感應(yīng)電壓錄波圖

圖8 控制回路并聯(lián)電阻后感應(yīng)電壓錄波圖

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

• 1）當(dāng)控制電纜的屏蔽層被可靠接地時(shí)，感應(yīng)電壓會(huì)明顯降低。
• 2）當(dāng)在電動(dòng)機(jī)保護(hù)器輸入端與公共端并聯(lián)電阻時(shí)，可有效降低并聯(lián)后的等效電阻值，等效電阻與導(dǎo)線(xiàn)間的耦合電容C之間形成串聯(lián)回路，當(dāng)?shù)刃щ娮杞档蜁r(shí)，電阻兩端分得的電壓值下降。并聯(lián)電阻越小，分得的電壓越小。

結(jié)論

目前大多數(shù)高壓電機(jī)均采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器進(jìn)行電動(dòng)控制起停。鑒于控制回路動(dòng)力電纜和控制回路存在混合敷設(shè)的情況以及控制電纜耦合電容的存在，控制回路可能存在的感應(yīng)電壓超過(guò)斷路器最低動(dòng)作電壓值，造成斷路器偷跳。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，跳閘原因有以下兩個(gè)：

• 1）斷路器運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，彈簧機(jī)構(gòu)老化且彈力下降，引起分閘線(xiàn)圈動(dòng)作電壓值偏低。
• 2）斷路器控制電纜采用多芯同軸電纜，鑒于電纜線(xiàn)芯間的耦合電容存在，動(dòng)力電纜會(huì)造成控制電纜上的感應(yīng)電壓過(guò)大，從而引起斷路器誤動(dòng)。

應(yīng)采取如下措施。

• 1）更換分合閘彈簧以增加彈簧彈力，提高動(dòng)作的電壓值。
• 2）在電動(dòng)機(jī)保護(hù)器分、合閘操作回路與公共端之間并聯(lián)電阻，以減小等效阻抗，降低感應(yīng)電壓值。
• 3）盡量避免控制電纜與動(dòng)力電纜采用同一根電纜。