框架式斷路器在核電領域的常見故障及處理

董磊，張韜，吳清標

（中廣核核電運營有限公司，廣東陽江529500）

1 引言

框架式斷路器又稱萬能式斷路器，簡稱ACB，是一種在電力系統廣泛應用的機械開關電器，能在正常電路條件下接通，承載以及分斷電流，也能在規定的非正常電路條件下接通，承載一定時間和分斷電流；與塑料殼式斷路器相比，具有隔離性能好，短路分斷能力強，防燃防爆等優點。框架式斷路器的主要功能是用來分配電能和保護線路、同時具備過載、欠電壓、短路等保護功能。在核電領域，由于下游負荷的重要性，框架式斷路器能否可靠運行，對整個核電廠的運行起到至關重要的作用。對于故障的正確判斷以及及時有效的處理是核電廠正常運行的保障，因此有必要掌握框架式斷路器的常見故障分析及處理方法。

2 框架式斷路器的基本結構

框架式斷路器可按操作方式或安裝方式進行分類，有手柄，杠桿電磁鐵和電動機操作等方式，安裝方式包括開關內安裝和抽屜式結構安裝。目前在核電領域運用較多的框架式斷路器主要有西門子的3WL I型，ABB的Emax 2型，施耐德的M型，但各廠家的框架式斷路器基本結構大體一致，功能類似，本文主要以西門子的3WL I型為例來進行分析。該類斷路器采用彈簧儲能式操作機構，具備手動和電動儲能及手動和電動分合閘操作性能，電動可用直流或交流操作，使用抽屜式安裝方式，現場必須與相對應的斷路器倉室配合使用。該斷路器主要由滅弧室、操作機構、傳動及支撐部分等組成，詳細構成如圖1所示。

圖1 斷路器基本結構

3 常見故障排查與分析

雖然框架式斷路器數量和型號較多，但其結構和原理基本相同，常見故障也大體一致，本文就一些共性的問題和常出現的設備異常進行了故障排查并提供了對應處理方法，主要從斷路器拒合閘，非正常跳閘，操作不暢3個方面進行了分析。

3.1 拒合閘

拒合閘是指按下合閘按鈕后斷路器無合閘動作，需要從幾個方面進行分析。首先檢查斷路器是否儲能正常，框架式斷路器必須先儲能，后合閘，可通過面板上儲能指示進行判斷；再則必須判斷斷路器位置是否正確，即斷路器必須在試驗位或者運行位才具備合閘條件，此時可通過檢查斷路器輔助接點狀態來進行判斷；如果確定斷路器未到達合閘位置，可通過操作手柄重新調整斷路器，觀察斷路器位置指示達到“Test（試驗位）”或“Connect（運行位）”時，斷路器即走到試驗位置或運行位置。如排除斷路器位置故障，則需要使用工具檢查線路。首先需要排除斷路器合閘繼電器電源的問題，測量合閘繼電器兩端電壓是否符合條件，如果不符合電壓條件，則需要檢查斷路器控制柜內端子排與接線的連接是否松動；電路上如果沒問題，就很可能是機械傳動方面的故障，通常是合閘機構卡澀、合閘線圈故障、欠壓線圈損壞和合閘傳動半軸變形[1]等4種原因，根據上述方法判斷故障原因，一般可解決問題。拒合閘常見故障的主要原因及處理對策如表1所示。

表1 ACB拒合閘主要原因及處理對策

3.2 非正常跳閘

非正常跳閘一般是指設備故障引起的斷路器跳閘，主要原因及處理方法：

①欠壓回路失電，欠壓線圈兩端失去電壓，可能是電源接線松動或上游供電設備故障導致失電跳閘，需進一步測量確定故障原因。

②欠壓線圈損壞，欠壓線圈工作期間始終處于帶電狀態，時間長了就會出現設備老化[2]，造成斷路器跳閘。解決方法一是定期更換欠壓線圈，二是根據負荷類型，直接拆除欠壓線圈，徹底清除隱患。

③電子脫扣器誤動作，主要由電子脫扣器自身故障導致的誤動作，還有就是由于現場用電環境惡劣，電路中產生浪涌、諧波等影響電能質量的干擾源，導致脫扣器誤動作。解決方法是評估現場電能情況，根據實際情況消除干擾源。

④分閘機構機械故障，分閘彈簧卡銷斷裂和分閘傳動桿斷裂也是較為常見的故障原因。

通過對歷史故障數據統計得到，最常見的非正常跳閘故障多是由欠壓回路失電導致，而欠壓回路失電最有可能的情況就是電源端子松動或上游供電設備失電，此時使用工具對線路進行逐一排查就能確定故障原因。非正常跳閘故障的主要原因及處理對策如表2所示。

表2 ACB非正常跳閘主要原因及處理對策

3.3 操作不暢

操作不暢需根據操作的不同階段進行分析，若開始操作時出現不暢。可能是斷路器放置位置錯誤、絲桿出現問題、潤滑油脂變質[2]等；若操作前期順暢，到工作位時遇到機械卡澀問題，則需檢查斷路器動觸頭與靜觸頭是否配套，以及與靜觸頭連接的銅牌是否變形，導致靜觸頭位置變化。操作手柄由于經常轉動，絲桿與桿槽間相互摩擦，產生金屬碎屑，掉落在桿槽內，時間長久后，碎屑堵塞桿槽，導致斷路器操作不暢。一般涂抹潤滑脂能有效地緩解摩擦，減少金屬碎屑產生，延長絲桿壽命，但隨著時間的延長，潤滑脂氧化變質，黏稠度增加，甚至硬化，也會導致絲桿無法前后移動。潤滑脂變質導致的卡澀最為常見，定期更換潤滑油脂能避免故障發生。斷路器操作不暢的主要原因及處理對策如表3所示。

表3 ACB操作不暢主要原因及處理對策

4 結語

現階段在核電領域中，框架式斷路器是應用在重要干線的主要電氣設備，采購價格較高，所以安裝調試過程中應加強檢修管理，強調規范規程與制度，重視設備的檢查維護，潤滑等工作，提高框架式斷路器的檢修能力。實踐經驗表明，充分了解掌握分析方法，可減少處理故障的時間，提高處理故障問題的效率。正確判斷出電力系統中各類斷路器出現故障的原因，及時的預防和處理故障問題，有效地降低故障率及事故所帶來的不便和造成的不必要損失，從而保證電廠正常運行。本文對核電領域中的框架式斷路器運行中發生的各種故障缺陷進行了原因分析并提供了對應的處理對策，希望能對相關問題的查找和消除起到一定的作用。