一起400 V斷路器同時跳閘故障分析

皋德華

(江蘇射陽港發(fā)電有限責任公司，江蘇 鹽城 224300)

0 引言

某公司6 號爐超低排放靜電除塵器改電袋、增加濕式電除塵技改項目，為節(jié)省投資、減少施工量，將靜電除塵器交流380 V 高頻電源分配柜、高頻電源本體以及部分動力電纜利舊，在利舊時僅考慮供電電源可用，欠考慮改造后負載性質(zhì)的變化、電源分配柜設計的控制回路以及其設計上存在的缺陷，給超低排放技改后負載供電埋下了隱患，該隱患引起供電區(qū)域范圍內(nèi)電源斷路器批量跳閘，如長時間得不到恢復，不僅會引起環(huán)保數(shù)據(jù)考核，而且會造成設備損壞事故，甚至發(fā)電機組被迫停運。

1 電源配置

1.1 超低排放技改項目實施前

6 號爐靜電除塵器配置16 臺高頻電源，由電除塵PC 6A，6B 段分別供靜電除塵器A，B 側(cè)1 號、2 號電源分配柜，每個電源分配柜內(nèi)設4 只斷路器，分別供一至四室1 號—4 號高頻電源。以A 側(cè)1 號電源分配柜為例(其余電源柜負載同1 號柜，名稱依次為二室、三室、四室1 號—4 號高頻電源)。

1.2 超低排放技改項目實施后

(1) A 側(cè)1 號電源分配柜第1 路斷路器為濕電MCC 柜工作電源、第2—3 路斷路器為電袋復合除塵器A 側(cè)1 號—2 號高頻電源，第4 路斷路器為濕式除塵器A 側(cè)1 號高頻電源；2 號電源分配柜第1—4 路斷路器為濕式除塵器A 側(cè)2 號—5 號高頻電源。

(2) B 側(cè)電源分配柜負載同A 側(cè)電源分配柜，命名上除1 號電源分配柜第1 路斷路器改為濕電MCC 備用電源，其余負載命名上將A 側(cè)改為B 側(cè)。

2 故障經(jīng)過

2.1 異常現(xiàn)象

2018-07-24 T11:45，某發(fā)電公司6 號爐A 熱風風機、A 側(cè)電袋復合除塵器1 號、2 號高壓部件，A，B 側(cè)濕式電除塵多個高壓、低壓部件跳閘。至現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)A 側(cè)1 號—2 號電源分配柜內(nèi)濕電MCC 工作電源、電袋1 號，2 號高頻電源、濕電1 號，2 號，3 號高頻電源斷路器；B 側(cè)1 號—2 號電源分配柜內(nèi)濕電MCC 備用電源、電袋1 號高頻電源、濕電1 號，2 號，3 號高頻電源共計11 路斷路器均處于自由脫扣位置。電除塵PC 6A，6B 段母線上其他負載均正常。

2.2 檢查與處理過程

(1) 第一階段：9 臺除塵設備停運，除影響環(huán)保設施投用引起考核外，更重要的是恢復不及時，將導致重要設備損壞事故，如A 側(cè)電袋1 號、2 號、B 側(cè)1 號高頻電源開關跳閘，因一電場通常收塵效率在80 %～90 %，電場停運，煙氣中粉塵全部進入濾袋，時間一長必將導致濾袋損壞，須停機處理且經(jīng)濟損失較大；濕電A 熱風風機停運、備用B熱風風機也因失電無法投運(電源均由6 號爐濕電MCC 柜供)，濕式電除塵內(nèi)部絕緣子因無熱空氣吹掃，煙氣中的粉塵、霧滴等極易黏結(jié)在絕緣子表面，從而降低絕緣性能導致絕緣子電擊穿，一旦發(fā)生擊穿，同樣須停機處理，所造成的損失也不言而喻。形勢嚴峻、時間緊迫，經(jīng)請示，啟動生產(chǎn)緊急搶修程序，檢查跳閘斷路器及相關負載均無明顯故障痕跡，測量電袋、濕電高頻電源電纜相間、對地絕緣電阻均正常，測量6 號爐濕電MCC 工作、備用電源電纜、MCC柜母線及MCC柜所帶負載相間、對地絕緣均正常，對跳閘斷路器進行分步試送電，至13:10，11 路跳閘斷路器送電正常(送電成功前題條件后述)，恢復跳閘前正常運行。

(2) 第二階段：恢復供電后，從故障現(xiàn)象、超低排放改造前、后電源配置、設計等方面，對跳閘原因進行排查，分析出故障原因并利用機組調(diào)停機會進行驗證，采取相應對策，投運至今運行正常。

3 原因分析

電源分配柜內(nèi)分路斷路器型號有2 種：一種是濕電MCC 柜斷路器，其型號為NSX630H，配備電子脫扣器，型號為Micrologic 2.3；另一種是高頻電源斷路器，其型號為NSX250N，配備熱磁脫扣，型號為TMD250D。這2 種斷路器所配備脫扣器均具有過載、短路保護功能，無接地、失壓保護功能。引起斷路器跳閘因素較多，通過排查法從以下4 個方面來分析11 路斷路器跳閘原因。

旅游電子商務的快速發(fā)展導致其對旅游電子商務人才的要求也不斷提高，旅游電子商務作為一門交叉學科，它的發(fā)展不僅涉及到電子商務、網(wǎng)絡，也涉及了管理學、市場營銷學、旅游學等理論知識。當前，國內(nèi)對旅游電子商務人才的培養(yǎng)模式?jīng)]有一個十分清晰的認知，高校旅游電子商務人才的培養(yǎng)單純注重旅游專業(yè)知識以及服務技能的培養(yǎng)，導致旅游電子商務復合型人才十分的稀缺，嚴重的制約了我國旅游電商的發(fā)展。

3.1 斷路器脫扣器誤動作

施耐得公司技術支持部門答復，不排除斷路器使用過程中，脫扣器自身損壞可造成斷路器自由脫扣，但11 臺脫扣器不可能同時損壞，脫扣器誤動作觸發(fā)斷路器脫扣可排除。

3.2 人為因素

操作斷路器本體上的“脫扣測試”(TRIP)按鈕，斷路器可實現(xiàn)自由脫扣。調(diào)閱DCS 內(nèi)A 側(cè)濕電2 號高頻電源與6 號爐A 熱風風機(濕電MCC柜負載)電流曲線，可以看出，不同地點供電的A側(cè)濕電2 號高頻電源與6 號爐A 熱風風機電流接近同步為零，時間上人為誤操作11 臺斷路器脫扣器TRIP 按鈕觸發(fā)斷路器脫扣可排除。

3.3 斷路器脫扣器過載或短路保護動作

核實斷路器脫扣器過載、短路保護定值整定正確，調(diào)閱DCS 內(nèi)電除塵 6A，6B 段母線電源進線斷路器電流曲線(以6A 段為例)，可以看出，11臺斷路器在跳閘前運行電流較平穩(wěn)、無突變現(xiàn)象；從電流降幅曲線來看，跳閘時電流呈一條直線突降，可驗證11 臺負載同時跳閘；同時不同地點不同負載不可能同時出現(xiàn)過載或短路故障，較能說明問題的是濕電MCC 備用電源斷路器處于僅帶電纜熱備用狀態(tài)(相當于空載)也跳閘。分析認為斷路器脫扣器因過載或短路保護觸發(fā)斷路器脫扣可排除。

3.4 外部命令斷開斷路器

電源分配柜的塑殼斷路器除有操作把手、脫扣器等外，根據(jù)需要往往還會設計有與其他設備的聯(lián)鎖跳閘回路。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)有高頻電源斷路器本體附加配置的分勵線圈(MX)與靜電除塵器配置的安全聯(lián)鎖箱組成的聯(lián)鎖跳閘回路，而這一配置一直被忽略了。經(jīng)核實，該安全聯(lián)鎖箱投產(chǎn)至本次異常跳閘，在安全管理中沒使用其鑰匙防誤功能，設備檢修時一直執(zhí)行直接切除電源的安全措施，電氣與機務均忽略了該聯(lián)鎖箱的存在。以上因素給異常跳閘原因分析帶來了死區(qū)，導致第一時間沒能分析出斷路器跳閘原因所在。下面以安全聯(lián)鎖回路為基準點，分析本次斷路器異常跳閘原因。

(1) 安全聯(lián)鎖箱：保護人員進入除塵器本體內(nèi)部的安全防護措施之一，由安全聯(lián)鎖箱上的機械鑰匙、繼電器無源接點及相應斷路器分勵線圈組成安全聯(lián)鎖回路。其控制原理如圖1 所示(以1 號安全聯(lián)鎖箱為例)，KA1-KA4 為中間繼電器，其無源常閉接點接相應斷路器AC 380 V 分勵線圈(MX)。

安全聯(lián)鎖箱的工作原理：正常運行時，所有可轉(zhuǎn)動分、合聯(lián)鎖鑰匙均在合位，中間繼電器KA1-KA4 線圈帶電吸合，其無源常閉接點帶電斷開，當檢修時，視需要轉(zhuǎn)動并撥下全聯(lián)鎖Sn 時(聯(lián)鎖箱中鑰匙S1-Sn 為標配，視設備數(shù)量編號使用，多余的作為備用處于合位)，中間繼電器KA1-KA4 線圈失電，其常閉接點因失電而閉合，斷路器分勵線圈(MX)得電，對應的4 臺斷路器跳閘；反之，當檢修結(jié)束時，需撥出的聯(lián)鎖鑰匙全部插入并閉合方可將斷路器合閘，從技術措施上，確保在檢修結(jié)束前在源頭上切斷電源保證人身安全；分聯(lián)鎖鑰匙功能與全聯(lián)鎖一樣，不同的是分聯(lián)鎖僅切斷對應的單一回路斷路器。

(2) 電源分配柜與安全聯(lián)鎖箱配置情況：電除塵控制室內(nèi)A、B 側(cè)分別安裝電源分配柜各2 面，共4 面；同一室內(nèi)安裝4 只與電源分配柜相對應安全聯(lián)鎖箱；每面電源分配柜內(nèi)設4 只斷路器，其分勵線圈S1—S4 分別接至相對應安全聯(lián)系箱內(nèi)中間繼電器KA1—KA4 常閉接點。電源分配柜與安全聯(lián)鎖箱聯(lián)鎖原理如圖2 所示(以A 側(cè)1 號電源分配柜對應A 側(cè)1 號安全聯(lián)鎖箱為例);

(3) 綜合上述分析，在排除了脫扣器本身誤動作、過載、短路保護及人為因素引起斷路器跳閘可能后，尚有以下因素可導致斷路器脫扣。

① 安全聯(lián)鎖箱上分、合鑰匙接點斷開或損壞，在時間上不可能同步，可排除。

② 安全聯(lián)鎖箱內(nèi)中間繼電器線圈長時間得電燒毀，檢查16 只中間繼電器線圈完好，可排除。

③ 安全聯(lián)鎖箱控制電源失電，經(jīng)排查4 只安全聯(lián)鎖箱控制電源來自熱控6 號爐2 號除灰程控遠程柜，該柜上級供電電源經(jīng)三級電源供電。

圖1 安全聯(lián)鎖箱控制原理

從供電系統(tǒng)圖逐級檢查，發(fā)現(xiàn)運煤400 V PC A 段上1QS 工作電源斷路器處于分閘位置(分閘原因系熱控除灰程控除灰切換柜中電磁閥負載瞬間接地，1QS 接地保護動作)，熱控除灰程控系統(tǒng)AC380 V/220 V 除灰切換柜由2QS 備用電源供電。至此，可判斷本次11 臺斷路器跳閘首要原因為運煤400 V PC A 段上1QS 斷路器跳閘，自動轉(zhuǎn)換開關電器(automatic transfer switching equipment，ATSE)轉(zhuǎn)換動作過程中，安全聯(lián)鎖箱內(nèi)中間繼電器線圈瞬間失電，其常閉接點閉合、斷路器分勵線圈得電導致斷路器跳閘；次要原因是安全聯(lián)鎖箱內(nèi)中間繼電器動作時間(不宜大于30 ms)躲不過ATSE 轉(zhuǎn)換動作時間(不宜小于50 ms)。安全聯(lián)鎖箱切換至備用電源供電后，中間繼電器線圈再次得電，系檢查處理過程中第一階段分布試送電成功的前提條件。

圖2 電源分配柜與安全聯(lián)鎖箱聯(lián)鎖原理

④ 從電源分配柜與安全聯(lián)鎖箱配置分析：安全聯(lián)鎖箱內(nèi)中間繼電器控制電源瞬時失電應聯(lián)跳16 臺斷路器而不是11 臺，經(jīng)核實在超低排放改造時，審核電袋復合、濕式除塵器二個施工單位設計圖紙及施工驗收疏忽(前述安全聯(lián)鎖箱一直沒使用而忽略其存在)，在電源分配柜利舊時，部分斷路器分勵線圈端子排處控制線已拆除。

可以看出，有5 臺斷路器分勵線圈(MX)端子排處控制線在電源柜利舊時已拆除，故4 只安全聯(lián)鎖箱內(nèi)16 只中間繼電器線圈瞬間失電時，僅跳閘11 臺斷路器，其余5 臺斷路器因分勵線圈控制線已拆除而保持合閘狀態(tài)，驗證了故障現(xiàn)象與故障原因吻合。

4 存在的問題

4.1 設計上存在的問題

(1) 安全聯(lián)鎖箱控制電源在設計時僅考慮供電可靠性，忽略雙電源故障切換過程中瞬間失電，安全聯(lián)鎖箱內(nèi)中間繼電器線圈同步失電問題，常閉接點瞬時閉合觸發(fā)斷路器分勵線圈動作。

(2) 超低排放改造新增的MCC 柜，作為二級配電電源柜，所供電負載不同于靜電除塵器在人員進入電場時需要利用其技術防誤功能保證人員安全，電源分配柜利舊后，沒及時取消設計的安全聯(lián)鎖箱的防誤功能。

4.2 安全管理上存在的問題

電除塵所配的高壓開關柜、高壓整流變壓器室等處應設置安全聯(lián)鎖裝置。該公司配置在電除塵控制小室中的安全聯(lián)鎖箱實際使用中，在安全管理上忽略了該設備的存在，作為人員進入電場時安全防護技術措施之一，在設備檢修時，應列入工作票的安全措施中。

5 對策

5.1 設計存在問題的對策

(1) 供安全聯(lián)鎖箱控制電源不變，將安全聯(lián)鎖箱內(nèi)聯(lián)跳斷路器分勵線圈的中間繼電器，換型為帶延時功能的時間繼電器，利用時間繼電器通電延時常閉接，即線圈通電時常閉接點瞬時閉合、線圈失電時延時斷開功能，以避免雙電源故障切換時瞬間失電導致斷路器誤動作。

(2) 拆除A，B側(cè)電源分配柜內(nèi)濕電MCC工作、備用電源斷路器附加的分勵線圈。

5.2 安全管理上存在問題的對策

(1) 修改檢修規(guī)程。在檢修規(guī)程中增加安全聯(lián)鎖箱與電源斷路器聯(lián)鎖試驗項目。當聯(lián)鎖鑰匙斷開時，相應斷路器應能可靠斷開，反之，在聯(lián)鎖鑰匙沒恢復至合位時，相應電源斷路器應合不上。

(2) 修改工作票管理制度。當除塵器檢修時，視需要的工作票上增加一項安全措施：轉(zhuǎn)動并撥下XX 安全聯(lián)鎖箱門面板上XX 變頻器聯(lián)鎖鑰匙(交工作負責人)。

(3) 在除塵器人孔門配置與聯(lián)鎖鑰匙配套的專用鎖具，必須由工作票安措中撥下的鑰匙才能打開人孔門，在終結(jié)工作票時交工作許可人，由工作許可人恢復安措，即聯(lián)鎖鑰匙處于合位狀態(tài)。

6 結(jié)束語

(1) 提高低壓廠用電供電系統(tǒng)的重要性認識。近年來，隨著發(fā)電機組容量增大，低壓廠用電供電系統(tǒng)越來越復雜，因用電供電存在隱患引起的故障，導致發(fā)電機組被迫停運事故時有發(fā)生，由此帶來的損失不言而喻。相對于高壓廠用電系統(tǒng)來講，低壓廠用電供電系統(tǒng)的供電方式、負載性質(zhì)、下級與上級保護配置等因素相對復雜，本次11 臺斷路器跳閘，如處理方法不當、時間較長必將引起設備損壞重大事故。

(2) 認真排查低壓廠用電供電系統(tǒng)存在的隱患。本次故障提醒我們，應高度重視影響低壓廠用電供電系統(tǒng)安全性與可靠性的因素。應認真審核設計圖紙，審查設計自身與相關聯(lián)設備是否存在缺陷；加強斷路器保護定值管理，核對保護功能以及上、下級斷路器保護是否匹配；梳理負載性質(zhì)，特別是重要負載，要考慮供電方式的可靠性，如幾臺性質(zhì)相同的重要負載不能由同一段母線供電；當采用雙電源供電，要考慮切換時間；重視電氣與熱控專業(yè)交叉點的排查；對于不明原因的故障，應逐級排查故障原因，找出隱患；重視二次接線及寄生控制回路的檢查；按國家標準、行業(yè)標準及相關規(guī)定強化施工質(zhì)量、工藝驗收等等，從而保證發(fā)電企業(yè)廠用電系統(tǒng)安全、可靠運行。