MCC控制原理及常見故障分析與處理

吳楠

【摘 要】我廠MCC數(shù)量多，且分布在多個(gè)區(qū)域，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些小的故障。本文主要對(duì)MCC的結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)是控制邏輯進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和總結(jié)，并對(duì)MCC常見的故障以及處理方法進(jìn)行分析和探討。

【關(guān)鍵詞】MCC部件;控制原理;常見故障

中圖分類號(hào)： TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）07-0059-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.025

【Abstract】In our plant，there are many MCCs，and they are distributed in a number of regions，often there will be some small fault.In this paper，the structure of MCC，especially the control logic is introduced and summarized，and common fault and treatment method for the MCCs will be analyzed and discussed.

【Key words】Structure of MCC;The control theory;Common fault

0 引言

MCC實(shí)際上就是功率較低的開關(guān)柜，主要起到“承上啟下”的作用，即400V母線通過MCC配電，向下級(jí)負(fù)荷供電。負(fù)荷主要包括：小于100馬力的電機(jī)、小于100kW的電加熱器、焊接插座、220V PP配電盤等。

MCC間隔內(nèi)部部件主要有：斷路器、接觸器、控制變壓器以及二次側(cè)熔絲、過載保護(hù)繼電器、低壓保護(hù)繼電器和中間繼電器、零序CT和變送CT、接地保護(hù)繼電器、NORMAL/BYPASS開關(guān)等。MCC時(shí)常出現(xiàn)一些故障，作為運(yùn)行人員，應(yīng)對(duì)MCC控制原理有一定了解并對(duì)故障做出初步判斷，這對(duì)故障的排除有著重要意義。

1 MCC間隔部件介紹

我廠的400VMCC來自兩個(gè)供貨商，其一是美國的Cutler-Hammer公司，MCC型號(hào)為Freedom 2100，其二是德國的穆勒（Moeller）公司，其MCC型號(hào)為Modan 2000或3000。這兩個(gè)供貨商生產(chǎn)的MCC外觀及結(jié)構(gòu)略有不同，同是Cutler-Hammer公司生產(chǎn)的也有分為兩種。常規(guī)島區(qū)域MCC的48V控制電源燈和繼保裝置與對(duì)應(yīng)的負(fù)荷開關(guān)安裝在在同一個(gè)間隔內(nèi)，而NSP區(qū)域MCC上有幾個(gè)獨(dú)立的間隔，集中布置了相鄰兩列負(fù)荷開關(guān)的48V控制電源燈和繼保裝置。Modan 2000或3000的MCC將所有負(fù)荷開關(guān)的48V控制電源燈和就地報(bào)警選擇小開關(guān)集中安裝在一個(gè)較大的間隔內(nèi)。

1.1 斷路器

MCC斷路器主要有兩種：HFD型和HMCP型。上述兩種斷路器均為Westinghouse系列C型的模壓外殼式斷路器。手柄進(jìn)行操作，操作機(jī)構(gòu)是快速合閘、快速斷開、自由脫扣型的。開關(guān)有ON、TRIP、OFF、（RESET）三個(gè)位置，它的主觸頭是銀合金觸頭，具有良好的接觸面和導(dǎo)電能力，而且有很好的防氧化能力。開關(guān)內(nèi)裝有滅弧罩。開關(guān)面板上的PUSH-TO-TRIP按鈕，可以用來手動(dòng)檢查脫扣機(jī)構(gòu)是否正常。另外，可以根據(jù)需要添加輔助觸點(diǎn)、接地保護(hù)模塊繼電器以及跳閘線圈。HFD型開關(guān)有固定的磁跳保護(hù)和熱保護(hù)，HMCP型開關(guān)只有可調(diào)的磁跳保護(hù)，沒有熱保護(hù)。

1.2 接觸器

MCC上的接觸器主要起到通斷負(fù)荷電流的作用，其主要特點(diǎn)是可用來頻繁地導(dǎo)通和切斷負(fù)荷，配合繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的自動(dòng)控制并具有一定的滅弧能力。為完成馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)和高低速要求，部分開關(guān)還安裝有不同組合的專用接觸器。

1.3 控制變壓器

控制變壓器400V/120V提供控制電源到接觸器線圈、低電壓繼電器，根據(jù)不同的要求，容量主要有：100VA、150VA、200VA、250VA。

1.4 過載保護(hù)繼電器和熱偶片

過載保護(hù)繼電器可以選擇A、B、C、D各位置調(diào)節(jié)熱偶片的動(dòng)作電流大小，可以選擇自動(dòng)（A）和手動(dòng)（M）過載復(fù)位模式，一般選M檔。熱偶片型號(hào)的選擇由負(fù)荷的FLC（滿負(fù)荷電流）和是否裝有變送CT決定。如果裝有變送CT，熱偶片應(yīng)根據(jù)FLC/CT變比進(jìn)行選擇。

1.5 接地保護(hù)繼電器

該繼電器為GFR型，有A、B、C、D四個(gè)啟動(dòng)電流整定值和1、2、3、4四個(gè)延遲時(shí)間整定值。在正面的面板上還有“RESET/TRIPPED”開關(guān)，當(dāng)接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)該開關(guān)將自動(dòng)從正常運(yùn)行時(shí)的RESET位置打到TRIPPED位置。

1.6 NORMAL/BYPASS開關(guān)

該開關(guān)在間隔正常投運(yùn)期間應(yīng)打到NORMAL位置。當(dāng)間隔內(nèi)的3相電源電壓失去或電壓過低時(shí)，就使控制變壓器400V/120V二次側(cè)的120V控制回路不能導(dǎo)通，此時(shí)，就地出現(xiàn)MCC頂燈和間隔報(bào)警燈亮以及主控室產(chǎn)生MCC的CI報(bào)警;等到運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)故障負(fù)荷后，必須將開關(guān)打到BYPASS位置以消除MCC頂燈、主控室的報(bào)警，這樣才不會(huì)影響報(bào)警系統(tǒng)對(duì)別的設(shè)備間隔的報(bào)警監(jiān)視。如果間隔為備用或者負(fù)荷長(zhǎng)期不需投入時(shí)，應(yīng)將開關(guān)置于BYPASS位置，以便避免這些間隔產(chǎn)生誤報(bào)警的可能性。

2 MCC控制原理

2.1 MCC報(bào)警頂燈控制邏輯

在MCC頂部的兩端各有一個(gè)MCC報(bào)警燈，任意一個(gè)MCC負(fù)荷發(fā)生過載保護(hù)或開關(guān)跳閘都會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮該報(bào)警燈，同時(shí)點(diǎn)亮該開關(guān)的48V直流報(bào)警小燈，觸發(fā)主控室報(bào)警，邏輯圖如下：

如圖所示，當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)在NORMAL位置時(shí)，任何一個(gè)開關(guān)間隔失電，會(huì)使低電壓報(bào)警繼電器27失電動(dòng)作，造成延時(shí)報(bào)警繼電器R3失電，觸發(fā)報(bào)警頂燈亮，同時(shí)延時(shí)報(bào)警繼電器R3的輔助觸點(diǎn)會(huì)觸發(fā)主控室報(bào)警。當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)置于BYPASS位置后，報(bào)警消除。

2.2 MCC開關(guān)間隔報(bào)警小燈控制邏輯

如圖所示，當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)在NORMAL位置時(shí)，任何一個(gè)開關(guān)間隔失電，會(huì)使低電壓報(bào)警繼電器27失電動(dòng)作，造成開關(guān)間隔報(bào)警小燈點(diǎn)亮。當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)置于BYPASS位置后，報(bào)警消除。

2.3 MCC開關(guān)間隔接線類型

根據(jù)負(fù)荷保護(hù)的需要，部分開關(guān)配備有熱過載繼電器（49）和配套的接觸器提供過熱保護(hù)（即熱跳）。對(duì)于大馬力的負(fù)荷，開關(guān)還配備有接地故障繼電器（50G）提供接地跳閘保護(hù)。為完成馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)和高低速要求，部分開關(guān)還安裝有不同組合的專用接觸器。

根據(jù)負(fù)荷以及控制回路要求的不同，間隔的主要接線類型以及配置如下：

1）加熱器負(fù)荷 例如：3831系統(tǒng)加熱器，主要配置為一個(gè)HFD開關(guān)并帶有一個(gè)PLC控制回路和一個(gè)接地保護(hù)回路等，邏輯圖如下：

2）電動(dòng)機(jī)負(fù)荷 例如：慢化劑泵小電機(jī)3211-PM3，主要配置為一個(gè)HMCP開關(guān)并帶有一個(gè)繼電器直接控制回路、一個(gè)過載保護(hù)回路和一個(gè)接地保護(hù)回路等，邏輯圖如下：

3）電動(dòng)閥負(fù)荷 例如：ECC系統(tǒng)重水隔離閥，主要配置為一個(gè)HMCP開關(guān)并帶有一個(gè)繼電器直接控制回路、一個(gè)過載保護(hù)回路，并有兩個(gè)接觸器以便實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，邏輯圖如下：

3 MCC常見的故障以及處理方法

3.1 控制回路熔絲故障

自04年12月以來曾多次發(fā)生電動(dòng)閥的MCC開關(guān)在閥門沒有動(dòng)作的情況下出現(xiàn)“熱跳”，具體有04年12月4日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110）、04年12月5日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110）、05年4月30日1-5434-MCC7/2RH（1-7120-MV4107）、05年5月17日1-5434-MCC7/5FM（1-4321-MV4107）、05年5月18日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110），上述MCC開關(guān)間隔內(nèi)熱繼電器發(fā)生“熱跳”時(shí)相應(yīng)的電動(dòng)閥保持開位，沒有動(dòng)作，且熱繼電器無法手動(dòng)復(fù)位。

在上述缺陷檢查中，均未發(fā)現(xiàn)熱偶保護(hù)動(dòng)作，而相關(guān)缺陷的原因均為控制回路熔絲故障。經(jīng)技術(shù)人員對(duì)問題熔絲進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該型號(hào)熔絲（型號(hào)：FNM-1-4/10，生產(chǎn)廠家BUSSMAN）兩側(cè)的端子帽與熔斷體間為插件式固定，而這種固定方式固定不緊固，存在松動(dòng)、虛接或斷接問題，當(dāng)熔絲不通時(shí)，負(fù)荷的控制回路失電，MCC電源隔間內(nèi)的低電壓報(bào)警繼電器27失電動(dòng)作，從而導(dǎo)致故障現(xiàn)象為MCC隔間就地報(bào)警指示燈亮，開關(guān)仍在合閘位置。上述故障表象與MCC熱跳保護(hù)動(dòng)作的故障現(xiàn)象基本相同，但缺陷的根本原因均為控制回路熔絲故障（設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理），并非熱跳保護(hù)動(dòng)作，手動(dòng)復(fù)位熱跳繼電器的操作也就不會(huì)成功。

3.2 MCC母線由備用電源供電時(shí)主控報(bào)警及就地頂燈報(bào)警被屏蔽

目前我廠對(duì)MCC的臨時(shí)電源永久改造所采用的是通過切換銅排互聯(lián)的形式，正常運(yùn)行時(shí)將銅排斷開，在大修時(shí)使用TMOD進(jìn)行連接銅排，從而實(shí)現(xiàn)MCC電源之間的奇偶互送功能，保證大修電源通道檢修時(shí)的電源供應(yīng)。當(dāng)MCC母線由備用電源供電時(shí)，將MCC開關(guān)置于TRIP位置，同時(shí)將NORMAL/BAPASS選擇操作手柄置于NORMAL位置，就地的頂燈以及主控均無報(bào)警。

造成上述現(xiàn)象是因?yàn)槲覐SMCC頂燈報(bào)警回路及主控CI報(bào)警信號(hào)，均通過MCC報(bào)警繼電器R3動(dòng)作后發(fā)出。而報(bào)警繼電器回路并聯(lián)了MCC主電源小車開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)主電源小車開關(guān)斷開時(shí)，常閉觸點(diǎn)接通，報(bào)警繼電器R3將不會(huì)動(dòng)作。因此，當(dāng)切換到備用電源供電時(shí)，主電源斷開，報(bào)警繼電器R3將被短接，MCC頂燈及主控均不會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。

后經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員評(píng)估認(rèn)為：MCC備用電源為大修母線停電期間短時(shí)使用，在電源優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施之前，一直采用臨時(shí)電纜為MCC重要負(fù)荷提供電源。由于備用電源只作為臨時(shí)電源短時(shí)使用，如果要在備用電源使用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)MCC頂燈及主控報(bào)警回路正常，需要對(duì)全廠所有400V母線小車開關(guān)及MCC報(bào)警回路進(jìn)行改造，改造涉及設(shè)備包括TB411和UPS間大部分盤柜，及主控MCC報(bào)警回路等，人力和物力投入成本十分可觀，且風(fēng)險(xiǎn)很大，不具備可操作性。同時(shí)，對(duì)MCC由臨時(shí)電源供電時(shí)需投入的重要負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)當(dāng)所投入的負(fù)荷短時(shí)失電后，均在主控或就地盤臺(tái)有報(bào)警出現(xiàn)。另外，各個(gè)MCC間隔本身具有零序保護(hù)、熱保護(hù)等電氣保護(hù)功能，完全可以保證設(shè)備本身的安全。鑒于上述原因，未采取設(shè)計(jì)變更。

3.3 MCC開關(guān)保護(hù)整定值不合理

2008年4月18日，在對(duì)2-5433-MCC17A的供電進(jìn)行切換時(shí)，出現(xiàn)220V充電器2-5551-RF4A的MCC進(jìn)線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E跳閘，使得充電器2-5551-RF4A進(jìn)線失電停役，進(jìn)行處理后，恢復(fù)送電成功;2008年4月24日，對(duì)2-5433-MCC17A的供電進(jìn)行切換時(shí)，再次發(fā)生2-5551-RF4A的MCC進(jìn)線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E跳閘，對(duì)故障進(jìn)行處理后，恢復(fù)送電成功。

經(jīng)過分析初步懷疑是由于MCC開關(guān)保護(hù)整定值不合理造成，隨后維修人員進(jìn)行了模擬試驗(yàn)：從2-5433-MCC17A/1E連接臨時(shí)電源對(duì)充電器2-5551-RF4A進(jìn)行供電試驗(yàn)，并在電源回路中安裝了一只備用電源開關(guān)，對(duì)充電器2-5551-RF4A送電試驗(yàn)共進(jìn)行了三次，三次試驗(yàn)都成功，充電器電源開關(guān)，備用電源開關(guān)都沒有出現(xiàn)跳閘問題。試驗(yàn)過程中維修人員在充電器2-5551-RF4A進(jìn)線電源開關(guān)處測(cè)得三相最大激磁涌流分別為2112A、2816A和2310A，而原保護(hù)整定值偏低。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，維修人員將充電器2-5551-RF3A和RF4A電源開關(guān)保護(hù)定值進(jìn)行了如下調(diào)整：

1）調(diào)整短延時(shí)相過流速斷保護(hù)的動(dòng)作值：從原來的Ipp=2100A調(diào)整到Ipp=8*350A=2800A;

2）調(diào)整零序過流保護(hù)的定值：動(dòng)作值從Ipn=120A調(diào)整到Ipn=2*120A=240A，原延遲動(dòng)作時(shí)間時(shí)間t=0s調(diào)整到t=300ms。

3）調(diào)整MCC上級(jí)400V母線開關(guān)5433-BUL-B4以及5433-BUK-B4零序過流保護(hù)的定值：動(dòng)作時(shí)間從t=0.3s調(diào)整到t=0.5s，動(dòng)作值保持不變（400A）。

定值調(diào)整后，經(jīng)過2-5433-MCC17A切換試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)2-5433-MCC17A/3E仍然跳閘。隨即，維修人員對(duì)2-5433-MCC17A/3E開關(guān)進(jìn)行了更換，保護(hù)定值仍然按照調(diào)整后的定值進(jìn)行設(shè)定。隨后2-5433-MCC17A經(jīng)過多次切換試驗(yàn)，充電器2-5551-RF3A和RF4A電源開關(guān)均沒有發(fā)生跳閘。

經(jīng)過分析認(rèn)為：造成本次2#機(jī)組220V充電器2-5551-RF4A進(jìn)線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E異常跳閘主要原因有兩個(gè)：

首先是開關(guān)保護(hù)定值的整定偏小，以致在空充時(shí)因?yàn)闊o法躲過激磁涌流而造成保護(hù)誤動(dòng)。220V C通道充電器2-5551-RF3C和RF4C的進(jìn)線開關(guān)在其母線2-5433-MCC18C的電源切換時(shí)也發(fā)生了跳閘，依據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整后，經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，均未出現(xiàn)開關(guān)誤動(dòng)的問題。

其次是開關(guān)保護(hù)模塊存在缺陷：對(duì)拆除的2#機(jī)組220V充電器2-5551-RF4A進(jìn)線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E進(jìn)行故障檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)短延時(shí)過流保護(hù)的定值無法調(diào)整，不管調(diào)到幾倍電流，其動(dòng)電流值依然是1倍。

3.4 MCC開關(guān)之間的電氣聯(lián)鎖控制

在執(zhí)行1-5433-MCC14-5FF（1-3231-PM2）開關(guān)間隔檢查時(shí)，引起1-5433-MCC13-3FF（1-3231-PM1）的開關(guān)跳閘，事后經(jīng)查閱1-3231-PM2的控制邏輯圖發(fā)現(xiàn)，1-3231-PM2與1-3231-PM1通過其接觸器的輔助接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖控制。而在檢修中未短接1-3231-PM2接觸器的44、45常閉接點(diǎn)，從而導(dǎo)致1-5433-MCC13-5FF（1-3231-PM1）的開關(guān)跳閘，邏輯圖如下：

4 結(jié)束語

MCC的特點(diǎn)是負(fù)荷涉及面廣、多而雜，負(fù)荷設(shè)備啟停頻繁，盤內(nèi)接線集中，元器件安裝緊湊，同時(shí)受所處環(huán)境影響，時(shí)常出現(xiàn)一些故障。作為一名運(yùn)行人員，在對(duì)MCC控制原理有一定了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障現(xiàn)象對(duì)故障的原因作出初步判斷，并和維修人員充分交流意見，這對(duì)于MCC故障的排除和故障根本原因的查找有著重要意義，從而保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《400V中壓配電系統(tǒng)課堂教材》.

[2]《MCC系統(tǒng)簡(jiǎn)介和檢修》.

[3]400V 三、四級(jí)廠用配電系統(tǒng)運(yùn)行手冊(cè).