10kV斷路器二次回路欠壓脫扣器裝配應用

劉 洋，范旭庚，李昕洋

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司煉鐵作業部，河北唐山 063299）

0 引言

某鋼鐵廠燒結機3#主抽風機運行過程中故障停機。再次啟動該設備發現：3#風機電機軟啟動完成，即將并網運行時，電機運行柜斷路器合閘瞬間又跳閘，啟動失敗，3#電機控制柜報出運行柜合閘返回故障；啟動4#主抽風機，4#風機運行柜合閘瞬間跳閘，啟動失敗，報4#風機運行柜合閘返回故障，現象與3#風機相同。現場人員對變頻設備、電機控制柜、風機啟動備妥條件、PLC 控制邏輯、分閘條件及高壓柜斷路器的分閘回路等進行了細致檢查，均未發現異常，最后排查為斷路器欠壓脫扣裝置（圖1）故障，將欠壓脫扣器屏蔽后風機正常啟動。

1 欠壓脫扣器的作用及技術標準

欠壓脫扣器是斷路器的一種保護性附件。當線路發生短路、接地故障時，線路電壓會在短時間內出現大幅度降低甚至消失，造成負載設備故障。例如：電機輸出力矩降低甚至堵轉，從而產生數倍于額定電流的過電流，導致電機燒毀；當電壓恢復時，大量電機的自起動又會使系統電壓大幅度下降，造成二次故障。再如醫院、科研等單位，電網欠壓造成的設備異常運行可能會導致非常嚴重的后果。欠壓脫扣器工作時，其線圈連接于電路相間，當電網電壓降低到某一規定值時，失壓脫扣器的電磁鐵的吸力變小，內部杠桿轉動作用于斷路器脫扣機構，使斷路器斷開。現在大多數成套配電設備上，尤其是低壓斷路器上都使用了欠壓脫扣線圈，實現配電系統的欠壓保護功能。

圖1 斷路器欠壓脫扣器實物

案例所述的欠壓脫扣器連接于10 kV 開關柜直流控制電源的正負極之間（圖2）。根據GB/T 11022—2011《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》中規定：當電源電壓低于欠電壓脫扣器額定電的35%時，欠電壓脫扣器應動作使開關裝置分閘且斷路器應不能合閘；當電源電壓高于欠電壓脫扣器額定電壓的85%時，欠電壓脫扣器能保證斷路器正常工作；當電源電壓超過欠電壓脫扣器額定電壓的65%時，它不該動作來操作開關裝置。而上述故障發生時，現場人員測量主抽高壓配電系統控制電源電壓為DC 218 V，而額定工作電壓為DC 220 V，僅僅低于額定電壓0.9%，故這起故障中涉及的斷路器欠壓脫扣器是有故障的。

2 10 kV 配電系統二次回路欠壓脫扣器的使用分析

案例中主抽風機10 kV 配電系統控制電源上加設欠壓脫扣器，其設計意圖是為了監測10 kV 配電系統二次回路供電的電源狀態。10 kV 配電系統二次回路控制電源非常重要，它肩負著系統安全的重大使命，要求控制電源必須可靠，以保證自動裝置、繼電保護設備或人能在任何時候切斷回路，限制事故、故障的發展。如果配電柜在合閘運行狀態時，控制電源意外掉電未被及時發現，而帶病運行是非常危險的。一旦系統出現故障需要及時切斷故障回路，控制回路因電源丟失無法動作，勢必會影響整個電網的安全運行。故在10 kV 配電系統控制電源上加設欠壓脫扣器是有道理的。

圖2 欠壓脫扣器原理

基于10 kV 配電系統二次回路控制電源的重要性，一般設計中10 kV 配電系統的二次回路普遍采用直流屏供電。目前直流電源屏已廣泛運用于中小型發電廠、水電站、各類變電站、開閉所和其他使用直流設備的用戶（如石化、礦山、鐵路等）中。它已成為保證電網及發電廠安全運行的重要設備，為各類斷路器（電磁操動式、彈簧儲能式）提供分、合閘電源，以及給二次回路中的儀表、控制回路、繼電保護和事故照明等各類高低壓設備用電提供直流電源。特別是在故障發生時，它是整個變電站內部各種控制裝置、保護裝置的備用電源，在整個變電、配電自動化系統中起著十分重要的作用。配電室直流供電技術發展至今已非常完備，其制作工藝、系統性能具有較高的可靠性。部分開放式接口設計的直流屏，還具有強大的通信功能，方便地實現與變電站RTU 裝置或電廠計算機監控系統（DCS）相連，并根據用戶需要傳遞相應的實時數據和告警信息，故采用可靠廠商制作的直流供電裝置是可以滿足10 kV 配電系統正常運行的。案例中鋼鐵廠10 kV 配電系統運行10 a 以來，各個區域的直流電源從未出現過斷電問題，運行非常可靠。欠壓脫扣器僅僅依靠電磁線圈的吸附力來判定系統電壓合格與否，而欠壓線圈長期帶電，一旦老化容易造成吸力不足導致誤動。且對于電網暫態故障導致的電壓波動，欠壓脫扣器因無法設置脫扣延時，只能作用于跳閘。故通過欠壓脫扣器來實現欠壓保護存在諸多不可靠因素。案例的欠壓脫扣器安裝工藝繁雜，脫扣動作杠桿與斷路器機構同軸連接，現場無法更換、修復，必須返廠處理，耽誤現場供電恢復。這樣用一種高故障率的裝置來保證一個相對可靠系統的運行安全是不合理的，因此應將此處安裝的欠壓脫扣器拆除。

配電柜直流電源屏雖具有較高的可靠性，但是其造價昂貴。普通100 AH 的直流供電裝置造價在10 萬元左右。對于配電柜數量較少，負荷等級不高，無人值守的小型10 kV 供電系統，單獨設置直流裝置是非常不劃算的。系統設計時通常采用交流電源直接供電或者自距離較遠的直流電源柜引入二次回路電源，其供電可靠性大大降低，為防止該系統控制電源故障對主干電網產生不良后果，可考慮在該系統10 kV 配電柜控制電源上加設欠壓脫扣器。

3 結束語

10 kV 配電系統二次回路應根據現場實際情況來選擇是否配置欠壓脫扣器。負載等級較高、對停電影響較大的10 kV 配電站應選用質量好、可靠性高的直流供電屏作為其二次回路的控制電源。負載等級低的微小型配電系統可考慮選用控制電源欠壓脫扣器。控制電源欠壓脫扣器對直流屏用戶意義不大。另外對于工程技術人員在審核技術方案時，應關注此類技術細節。尤其在進口設備方面，因技術交流中語言不通，交流不暢，易要求外方“高配”、“全配”供貨，可能會將一些不必要的選配裝置也納入采購中，既增加了成本對現場使用也是無益的。