MNS型抽屉式低压开关柜故障分析与对策

刘本生

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

1 MNS型抽屉式低压开关柜特点

抽屉式低压开关柜是发电厂、变电站内低压配电场所常用的配电装置。田湾核电站厂用电低压配电设备(0.4kV及其以下电压等级)均为抽屉式低压开关柜，选型以ABB生产的MNS型抽屉式低压开关柜为主。MNS型低压开关柜主体框架结构基本上可免维护，安装相应规格的抽屉式组件，抽屉内部根据用户要求安装各种相应规格的电器标准元件。MNS型抽屉式低压开关柜具有如下特点：

(1) 单个抽屉内故障电弧产生后不影响相邻的抽屉组件；

(2) 内部元件布置紧凑，柜体空间利用率较高;

(3) 柜体最大程度地做到了免维护；

(4) 对操作人员人身安全具有可靠保障；

(5) 具备防电弧能力；

(6) 电缆室控制电缆、动力电缆排列有序，便于检查维修。

2 MNS型低压开关柜故障分析

MNS型抽屉式低压开关柜主体框架结构已做到最大限度免维护，但随着抽屉运行时间的增加，部分开关零部件逐渐老化，开关柜的故障率也会有所增加。下面对MNS型抽屉式低压开关在使用中曾出现的一些故障现象进行介绍与分析。

2.1 EmAx型断路器故障分析

EmAx型断路器即俗称的配电用自动空气开关，它起着母线配电盘柜与上游厂用变压器连接的重要作用。若自动空气开关动作跳闸，其所连接的整个母线配电盘及下游负荷均将失去电源，若母线段配有母联开关，则母联开关动作合闸，母线段将恢复供电。田湾核电站现场400V低压配电盘柜的进线开关和母联开关均为EmAx型塑壳式自动空气开关，主体框架结构相同，均为可抽出式，后接线方式。在现场实际的运行过程中，配电用自动开关曾出现如下故障。

2.1.1 自动空气开关跳闸

2006-09-25，1号机组1 BFE段母线进线开关突然跳闸，当时1 BFF段母线正通过母联开关由1 BFE母线供电，最终导致1 BFE，1 BFF两段母线同时失去电源。现场检查，初步判定为1 BFE母线进线断路器动作跳闸。调出进线开关脱扣器内的参数发现，长延时选择的额定电流为IN=250A，整定值为I1=0.4 IN=100A，延时时间t1=4s。显然该设定值太小不符合要求。由于1 BFE母线负荷电流增加，电子脱扣器内长延时保护动作，造成进线开关跳闸。根据调试大纲，要求所有低厂变侧(6kV/0.4 kV)低压侧电源进线开关电子脱扣器保护设定值为：L过载值最大；S短路延时置OFF；I瞬时置OFF，其余相关保护均要求闭锁。

经核对，1 BFE进线断路器额定容量为2000A。于是将长延时额定电流选择为IN=2000A，整定值调整为I1=1 IN=2000A，延时时间t1=114s。随即又对1BFF母线段进线开关柜内的其它保护参数设定情况进行了检查，确认符合调试大纲要求，同时对1号机组其它低压开关柜进线开关电子脱扣器内的参数进行检查。

当然还有其它因素可能会导致自动空气开关跳闸，具体如下：

(1) 母线过负荷或相间短路，进线断路器过载保护或短路保护动作。若发生上述故障，母联开关备自投动作不成功，母线段彻底失去主回路电源。此时需检查母线段母排有无明显接地点或母线相间是否有短路现象。造成此类故障的主要原因有：①小动物进入配电柜内导致相间或相对地短路；②配电室内进水或母线被水淋湿造成母线绝缘降低。母线相间及各相对地线间绝缘值应大于0.5MΩ。

(2) 就地人为误动分闸按钮或跳闸(t RIp)开关。在对低压开关进行定期巡检时，需经常性扳动进线开关控制柜面板上的电流表和电压表转换开关，以便记录当值母线运行电压和电流。由于跳闸开关旋钮与电压表或电流表的转换开关类似，且也在进线控制柜面板上，因而在巡检时很容易将其误认为是转换开关。2005年11月，某员工在巡检1 BNA母线时就错误地扳动了跳闸(t RIp)开关，导致1 BNA母线段进线开关动作，母线失电。显然这也是MNS型低压开关柜在设计上存在的缺陷。为防止以后再次发生类似事故，在就地分合闸按钮或跳闸开关上加装了透明保护盖。

(3) 控制系统误触发跳闸信号。若进线开关跳闸后经仔细检查未发现开关本身有故障，则需对控制系统进行检查，确认有无跳闸信号触发，消除潜在的隐患。

2.1.2 自动空气开关无法合闸

原因分析：

(1) 储能弹簧未储能或未储能完全。这种情况主要是发生在手动合闸时，可能是由于操作人员不熟悉手动合闸操作步骤造成的。此时需对空气开关再次手动储能，当听到“当”的响声时，表示储能完全，即可手动合闸。

(2) 空气开关上兰色按钮(跳闸机械指示)弹出。产生这种现象的原因主要是空气开关上次是由于故障跳闸断开，跳闸机械指示弹出。将其复位后，再对其进行合闸操作即可。

(3) 储能电机损坏。主要原因可能是由于控制系统电压不稳导致电机损坏或储能电机使用年久老化造成。此时需检查储能电机的绝缘及直阻是否满足要求，若确认电机损坏则应更换。

(4) 控制电源异常，储能电机无法电动储能。主要原因可能是进线开关二次回路接线端子接触不良或控制回路电源失去。首先需确认控制回路电源是否正常，然后再检查接线端子接触是否良好。消除故障，将开关置于合闸位，储能电机即自动储能。

2.2 抽屉式负荷开关常见故障分析

抽屉开关经常要根据系统负荷的需求而改变运行方式，也就是要进行断电或送电等操作，因而经过一段时间的运行之后，抽屉开关内部电气回路或机械部分难免会出现一些故障。

2.2.1 常见电气故障分析

2.2.1.1 抽屉内负荷跳闸或故障报警

这是由于负荷过载造成的。主要原因：

(1) 抽屉开关下游电气设备有接地或短路现象。此时需检查负荷电缆是否破损，绝缘是否偏低等；

(2) 下游转动设备，像电动阀门、水泵、风机等有堵转现象；

(3) 热偶SK-10或热继电器本身机械故障。

在以往的维修经历中发现，开关热偶或热继动作的缺陷占的比例较大，尤其是电动阀门开关抽屉，电动阀门就地一过力矩，抽屉开关热偶就可能动作。若是由于负荷故障导致热偶动作，消除负荷故障后，将抽屉开关旋钮拧到分闸位，重新合闸，即可对热偶进行复位。对于热继电器，则可通过抽屉面板上的复位按钮复位。

2.2.1.2 抽屉合闸送电后主控或就地无送电显示

主要原因如下：

(1) 抽屉间隔内二次回路端子脱落。二次端子两侧固定卡片磨损，在抽屉开关推入的过程中，抽屉间隔二次端子脱离固定位置。此时需更换端子排。这种故障现象在现场曾多次发生，多数情况下都是由于在送电的过程中对开关操作不当。送电前需对抽屉间隔进行仔细检查，若二次端子已经松动或脱落，应及时进行维修。

(2) 控制回路220V交流电源失去或24V直流信号电源失去。可能的原因有：① 二次回路端子排上接线松动或脱落；② 开关内部二次回路保险管熔断。此时应检查开关内二次接线回路绝缘是否异常；③ 开关内部二次回路空开Q1未合闸，这一点在送电前对开关进行仔细检查就可以避免。

(3) 抽屉内部主开关辅助触点故障导致合闸信号未发出。此时应采取如下措施：① 检查主开关Q0辅助触点各常开、常闭接点是否正常。若异常则更换备件；② 检查辅助触点与主开关的机械配合是否紧凑。若辅助触点脱落或松动也将导致合闸后无送电显示，此时需重新对辅助触点进行安装。

2.2.1.3 主控显示母线段故障报警或低电压报警

原因分析如下：

(1) 母线段进线开关上方控制柜内K15故障继电器动作，发出故障信号至主控。该故障继电器的信号来自各个负荷抽屉开关，任何一个与其相连的抽屉开关Q0脱扣跳闸，故障继电器就会动作。此时可检查母线段各个抽屉的运行状态，利用排除法，确认可能脱扣的抽屉开关(一般情况下，抽屉开关旋钮在合闸位，而OFF灯亮，则有可能是脱扣跳闸)。然后通过拔除抽屉二次端子排上H9或H10引线，确定脱扣跳闸的抽屉，断开对应的抽屉开关，故障信号即消失。H9或H10是抽屉主开关脱扣故障信号线，有220V交流电压，开关在合闸状态下，拔除H9或H10引线不会改变抽屉的运行状态。

(2) 低电压继电器F21动作。检查母线电压有无明显波动。如母线电压无波动则可能是低电压继电器故障，此时需对低电压继电器进行校验。1 BKB母线段低电压继电器就曾经动作过，经检查确认为低电压继电器F21故障所致。所有低压厂变(6kV/0.4kV)低压侧电源进线开关低电压整定值：F21≤40% Un；K9=1.7s，K15=2s。

2.2.1.4 抽屉温度过高

抽屉温度过高的主要原因可能是过负荷或接线松动，应采取如下措施：

(1) 检查主回路开关与接触器容量是否与负荷额定容量匹配，开关冗余度是否合适。

(2) 检查负荷运行电流是否超过其额定电流，若运行电流异常，则应停机对负荷进行检查。

(3) 检查抽屉内部开关及接触器的端子接线是否松动。

抽屉温度过高是一个较为严重的问题，下面就现场出现的一个实例作一说明。

2005年底1号机组热试期间，稳压器电加热器的电源开关曾多次出现过跳闸现象。每次检查都发现是主开关脱扣跳闸，但测量电加热器的绝缘都符合要求。后经现场测量，发现抽屉内部温度高达60℃(标准为不超过40℃)，柜体温度严重超标。测量电加热器运行电流约140A左右，未超过其额定电流，而抽屉内部断路器额定容量为112A～160A(40℃)，接触器额定容量为145A。经分析为抽屉内部元件额定容量的冗余度偏小，导致元件发热。当然抽屉式开关布置较紧凑不利于散热也是一个很重要的原因。随着温度增加，抽屉内断路器载荷能力下降，由此恶性循环，最终导致断路器过流跳闸。后经解体检查，发现接触器和主开关的触头均有不同程度的受热打火拉弧迹象。为彻底解决故障，最终将抽屉内部主开关的额定容量更换为250A，接触器的额定容量更换为185A。由于开关的冗余度增加，抽屉发热量下降，最终解决了温度过高问题。

2.2.2 常见的机械故障分析

2.2.2.1 抽屉主开关无法旋到合闸位

原因分析如下：

(1) 主开关与旋钮之间的连杆松脱。此类故障发生的几率也很大，随着抽屉操作次数的增加，主连杆与断路器之间固定螺丝会松动，需重新调整连杆的长度并将其固定。

(2) 抽屉操作机构故障。应采取如下措施：①检查操作机构与旋钮连接部件是否完好，不好则更换；② 检查抽屉底部定位滚动滑轮是否完好，不好则更换。

抽屉底部定位滚动滑轮在现场的使用过程中损坏频率较高。主要原因是抽屉在推入或拉出的过程中，旋钮易从抽拉位置弹到分闸位，此时滚轮凸出，进入轨道定位孔，受到外力推拉。

(3) 主开关转动机构故障。此类故障发生的几率较低，主要是由于主开关操作次数增加，转动机构失灵造成。

2.2.2.2 抽屉卡住无法抽出或推入

此类故障主要是由于抽屉底部导向槽与抽屉间隔导轨错位或抽屉卡涩造成。在进行抽屉推拉操作时，若操作不当很容易造成抽屉卡住。应严格按抽屉操作的注意事项执行，在推入抽屉之前一定要保证导轨上有适当润滑脂(医用凡士林等）。抽屉底部导向槽与导轨错位主要是由于抽拉时，抽屉受力偏移造成，因此抽拉时用力应沿着导轨方向。

2.2.2.3 抽屉开关无法正常隔离

对于8 E/4或8 E/2规格的抽屉，其主要原因有：

(1) 旋钮上的隔离环损坏；

(2) 抽屉开关旋钮未完全置于隔离位置。

旋钮上的隔离环及其固定轴均为塑料材质，若抽屉旋钮未完全达到隔离位而强行抠起，则很容易损坏隔离环。

对于8 E及以上规格的抽屉，主要原因是抽屉底部滚轮操作机构损坏,这也是由于操作不当造成的。

低压开关柜的机械故障在调试期间出现的频率较高，主要是操作人员未熟练掌握操作方法所致。随着机组的正常运行，现场操作人员的操作技能逐渐成熟，低压开关柜的机械故障将逐步降低。

3 MNS型抽屉式低压开关柜故障预防措施

为了降低低压开关柜运行期间的故障率，对其进行定期的维护与保养十分必要。正常运行期间应对低压开关进行定期巡检，停机大修期间应逐一对各个盘柜抽屉进行彻底检查维护。

3.1 EmAx型断路器检查维护

根据空气开关工作环境要求，建议对田湾核电站现场使用的EmAx型塑壳式自动空气开关每4年进行一次检查维护。维护的内容包括：

(1) 对断路器内部灭弧罩等部件除尘；

(2) 检查开关分合性能是否良好；

(3) 检查灭弧触头与主触头有无电弧烧伤痕迹；

(4) 紧固内部各元件紧固螺栓；

(5) 检查各限位触点导通性能是否良好；

(6) 检查分、合闸线圈回路是否有开路或短路的情况；

(7) 转动部件涂抹润滑脂；

(8) 检查储能电机是否正常；

(9) 合闸状态下检查灭弧触头与静触头之间间隙应在1.2mm～1.8mm。

这里需要注意的是，在检查维护EmAx开关前一定要将储能机构释能。

3.2 抽屉开关日常巡检与检查维护

3.2.1 日常巡检内容

(1) 通过进线柜下方测量母排的温度。

(2) 测量负荷电缆端子端接处及负荷抽屉内部的温度。

(3) 目测负荷接线端子处有无明显的打火烧伤痕迹。

(4) 通过嗅觉检查盘柜处有无异常气味。

(5) 检查各盘柜抽屉指示灯指示是否正常。

MNS型低压开关柜允许短时工作环境最高温度为40℃，若发现盘柜本体或环境温度过高，则应查找温度偏高的原因，消除潜在隐患。

3.2.2 年度检查维护内容

(1) 对盘柜抽屉内部除尘。

(2) 检查抽屉内部元件及接线。

(3) 检查二次回路接线端子并紧固。

(4) 检查抽屉开关分合及导通性能是否良好。

(5) 一次接线端子紧固检查，各种螺栓紧固力矩如表1所示。

表1 螺栓紧固力矩

(6) 对抽屉内部继电器进行校验；

(7) 对电流表、电压表进行校验；

(8) 检查三相母排相间及各自对地的绝缘。

在对低压开关抽屉进行检查维护时，需要将各个抽屉抽出，置于检修位置；在回装抽屉时一定要看清抽屉面板上的KKS码标识，按照其原有位置回装，切勿放错抽屉间隔，否则会给以后的系统运行及隔离维修带来严重的危害。

4 结束语

MNS型抽屉式低压开关柜是电站厂用电低压配电(0.4kV)系统的重要配电设备，低压开关柜的正常运行与否直接影响到机组的安全运行。为保证低压开关的可靠运行，不仅要对低压开关进行有效的维修和定期的检查维护，同时熟练正确的操作方法也至关重要。相信通过现场对低压开关的操作与维修经验的积累，低压开关柜的故障也将越来越少，从而为机组的安全、可靠、稳定运行提供有力保障。

1 陈化钢, 潘金銮, 吴跃华. 高低压开关电器故障诊断与处理. 北京: 中国水利水电出版社, 2000. 229-244