關(guān)于某電廠工控計算機電源故障導(dǎo)致上游空氣開關(guān)越級跳閘問題的研究

李實，欒寶紅

（大亞灣核電運營管理有限責任公司儀控部，廣東深圳518000）

1 研究內(nèi)容及分析過程

1.1 研究背景

電廠某監(jiān)視系統(tǒng)機柜006AR整體失電，導(dǎo)致該系統(tǒng)上位機、記錄儀不可用，盤臺上的軸向功率偏差無法監(jiān)視。檢查發(fā)現(xiàn)601/605JA開關(guān)跳閘，LNE411（006AR機柜供電開關(guān)）開關(guān)顯示合閘狀態(tài)但是下游無輸出電壓。設(shè)備接線示意圖如圖1。

圖1 連接示意圖

初步分析認為605JA下游負荷（002HD工控計算機，為主控LOCA監(jiān)視系統(tǒng)的備用冗余設(shè)備）偶發(fā)故障，導(dǎo)致LNE-411和601JA（定值均為16A）跳閘。重新送電后（605JA下游負荷未送電），恢復(fù)LOCA監(jiān)視系統(tǒng)可用，期間短時閉鎖保護信號。此故障的影響是導(dǎo)致部分監(jiān)測功能的臨時失去。

1.2 研究方法

1.2.1 研究思路

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，導(dǎo)致002HD上游開關(guān)605JA、006AR機柜電源總開關(guān)601JA和上游開關(guān)LNE411同時跳閘的原因如下：

①主要故障：002HD工作站電源內(nèi)部短路，產(chǎn)生的短路電流導(dǎo)致上游開關(guān)過載動作。

②開關(guān)設(shè)計問題：上級開關(guān)設(shè)計不合理，導(dǎo)致上、下游開關(guān)同時跳閘，下游開關(guān)沒有起到保護上游開關(guān)的作用。

1.2.2 研究方法

通過研究級聯(lián)短路器之間的保護選擇性，分析開關(guān)設(shè)計的合理性。

保護選擇性，以下簡稱選擇性，是指自動保護裝置之間的協(xié)調(diào)配合，使電網(wǎng)任意點的故障可以僅由故障直接上一級的開關(guān)排除。

完全選擇性，故障點的所有故障電流值，從過載到非電阻性短路電流，分開關(guān)打開，上級保持閉合。

部分選擇性，如果全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性，但是可能在某一較低故障值時（選擇性極限值）上、下級具有選擇性，稱為部分選擇性。

無選擇性，故障發(fā)生時，兩級開關(guān)都打開。

1.3 問題剖析

601JA及下游分開關(guān)都是施耐德IC65N型號，其中601JA是IC65NB16，其他分開關(guān)是IC65NB6，B16是指脫扣特性曲線為B曲線，最大負載為16A，以此類推。

以分開關(guān)605JA為例，額定電流是6A，上級開關(guān)601JA，額定電流16A，查詢保護選擇性表格（見圖2），選擇性限值為64A，含義是超過64A的負載電流，則上下級開關(guān)失去選擇性，即605JA/601JA同時脫扣。

圖2 IC65N的B曲線保護選擇性

601JA與上游LNE-411內(nèi)直流開關(guān)001JA（型號為EP102-B20，脫扣曲線為B曲線，額定電流為20A），同樣是B曲線，可以參考保護選擇性表格（見圖3，查詢表格選擇性限值為空，即無選擇性，含義是如果601JA脫扣，則LNE-411開關(guān)同時脫扣。也就是說當短路電流大于選擇限值，三級開關(guān)同時跳閘，選擇性保護配合不當，增大了失電范圍。

圖3 C120和IC65N的保護選擇性

1.4 結(jié)論驗證與實踐

1.4.1 總體思路

①根據(jù)短路電流保守估計最大值來選擇上下級開關(guān)的保護特性曲線。

②在滿足開關(guān)下游負荷電流的前提下，選擇額定電流較小的開關(guān)，增大開關(guān)的內(nèi)阻，減小短路電流。

1.4.2 技術(shù)方案

①將605JA的額定電流改成3A，脫扣特性曲線改為C曲線。更換開關(guān)后開關(guān)躲沖擊電流能力和原來相當，開關(guān)額定電流大于負荷額定電流，滿足現(xiàn)場需求。

②為避免006AR中其他電流為6A的分開關(guān)發(fā)生同樣的故障，將這些開關(guān)全部更換為型號是C60N C3A 2P的開關(guān)，后其躲避沖擊電流能力和原來相當，額定電流均大于負荷額定電流，能滿足現(xiàn)場需求。

③電源開關(guān)601JA和LNE-411跳閘的影響范圍相同，是同一級別的開關(guān)，沒有選擇性要求，都換成20A，脫扣特性曲線改為D曲線的開關(guān)。

更換開關(guān)后，短路電流由原來的606A降低至235A（短路電流估算值）。實際由于系統(tǒng)運行非無窮大系統(tǒng)以及斷路器自身的限流能力，因此短路電流將會比計算值有所降低。從保護選擇性表知，理論上在250A以內(nèi)在設(shè)計變更改造后的配置可滿足選擇性要求。

1.4.3 實施效果

現(xiàn)場實施前在試驗室進行短路電流驗證，只有605JA跳閘，601JA和LNE-411均正常運行。設(shè)計變更后，006AR相關(guān)設(shè)備運行一年，沒有出現(xiàn)開關(guān)越級跳閘的問題。

2 結(jié)論

通過對601JA、605JA、LNE-411開關(guān)之間保護選擇性的研究，得出如下結(jié)論：

①電源開關(guān)級聯(lián)配合設(shè)計不合理，導(dǎo)致上下游開關(guān)同時跳閘，下游開關(guān)沒有起到保護上游開關(guān)作用。006AR工控機故障，導(dǎo)致其電源開關(guān)605JA和上游電源開關(guān)601JA/LNE-411同時跳閘，006AR失去工作電源。

②605JA、601JA、LNE-411 的開關(guān)容量分別為 6A、16A、20A，跳閘曲線都是B型脫扣曲線，上下游開關(guān)的級聯(lián)配合不合理，導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。

③通過重新設(shè)計空開級聯(lián)匹配，改進此監(jiān)視系統(tǒng)空開和LNE空開之間的保護選擇性，通過兩輪大修實施更換實現(xiàn)了上述設(shè)計內(nèi)容。006AR相關(guān)設(shè)備運行1年無越級跳閘故障再現(xiàn)。