6kVF+C开关分合闸异常分析

王劲松，孙 洵，王 鹏

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

6kVF+C开关分合闸异常分析

王劲松，孙 洵，王 鹏

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

介绍了一起6 kV F+C开关异常分合闸事故。通过对装置的检查和分析，确定了事故的原因，提出了在F+C开关、控制逻辑和继电保护配合中需要采取的整改措施，以避免开关出现异常时造成相关电气设备的损毁事故。

异常分合闸；F+C开关；控制逻辑；继电保护

1 概述

与真空断路器相比，F+C开关具有结构简单、占用空间小、使用维护方便等诸多优点，因此在现代大型发电厂中被广泛使用，常见为高压电动机的电源开关。随着分合次数的增加，尤其是在频繁启、停的电动机(如输煤系统皮带机)中，F+C开关暴露出一系列问题。这些问题必须引起足够重视，并采取相应补救措施，以避免造成电气设备的损毁。

2 异常现象

2011-11-18，在启动某厂区6 kV A段输煤皮带机7 A电动机时，维护人员发现该开关间隔继电保护装置出现跳闸信号，而此时开关仍处于合闸状态，电动机正常运行。

在检查继电保护装置(GE F650)内跳闸记录，分析开关跳闸时电流、电压的波形和幅值变化趋势及保护动作事件记录后可知，皮带机7 A采用两相式电流保护，仅记录了A，C两相电流的变化趋势(电流互感器变比为：150 A/5 A)，B相电流未接入保护装置。

由其电流波形变化图可以看出：保护动作(50/51P TRIP)前， Ia(A相电流)一直为0，Ic(C相电流)为305A；开关跳开后，Ic消失，延时188.3 ms后A，C相重新出现启动电流(Ia为360 A，Ic为390 A)。

该段母线电压互感器采用V型接线，电压通道实际接入线电压。由电压波形变化图可以看出，在电流变化的过程中，3个电压值均维持在100 V(二次值)，无明显变化。

分析其保护动作事件记录的数据可知：当日13:28:06:148，皮带机7A启动结束，开放堵转保护(Locked Rotor Block OFF)，此时Ia为0，Ic为306 A，Ig(接地零序电流)为0。由于此时C相电流超出堵转保护动作门槛,于13:28:06:167堵转保护启动(Locked Rotor1 PKP)，经保护动作延时1 s后，于13:28:07:155堵转保护出口(Locked Rotor1 OP)跳闸，13:28:07:219开关主触头彻底断开，各相电流均为0；13:28:10:411 A，C相电流为16 A(启动结束后的正常运行电流)。

Ic在保护动作前没有明显畸变且在稳定值，电压波形正常，Ig一直为0，表明在保护动作(50/51P TRIP)时，并未发生相间短路或接地短路故障。开关跳开后相电流消失，经历短暂延时后A，C相电流同时出现，并完成电动机启动，说明开关进行了再次合闸。

3 异常原因分析

通过以上分析可知，保护动作的原因是电动机在启动过程中发生缺相，造成启动电流居高不下，经启动延时(启动时间内堵转保护被闭锁)后堵转保护投入并启动，延时1 s动作跳闸。

在开关分闸后经188.3 ms重新合上，由于F+C机构经历1次分合动作后，第2次合闸成功，电动机正常运转。跳闸原因很明确，是由于6 kV F+C开关主触头接触不良所致，但第2次的自动合闸原因不明。

11月23日，对皮带机7 A开关动作特性、主触头接触电阻进行测试，同时对皮带机7 A开关控制回路的防跳继电器进行检查，测试结果显示仅F+C开关主触头超程偏小，其余各项参数均正常。因此，触头超程偏小是造成主触头接触不良的主要原因。

11月24日，经实际运行操作情况模拟，检查PLC中开关控制逻辑后，发现皮带机7 A“启动指令”为展宽6 s的脉冲。PLC中开关控制逻辑示意如图1所示。

图1 PLC中开关控制逻辑示意

在“启动指令”发出后，且开关在分位，输出“合闸指令”；开关合上后，“合闸指令”由“开关分位”信号截止(但此时“启动指令”依然存在，直至6 s后自动返回)。由于皮带机7 A的启动时间为4 s，当F+C开关出现异常时，启动指令发出4 s后，堵转保护投入。此时电动机正处于缺相运行状态，电流值依然维持在启动电流水平，大于堵转保护启动门槛，经历1 s保护延时后跳闸，开关变为分位，但“启动指令”尚未返回，于是马上进行第2次合闸。这就是开关异常合闸的原因。

此种异常现象存在重大安全风险，因为一旦合闸于故障时，再次合闸将可能彻底损毁故障的电气设备，严重时可能危及机组安全运行，因此必须采取措施避免此类现象的发生。

4 整改措施

F+C开关在结构上有别于真空断路器，其内部没有弹簧储能机构，主触头的吸合完全凭借电磁力，主触头接触可靠性略逊于真空断路器，在经历频繁操作后，主触头的超程会逐渐变小，发生接触不良故障在所难免。为避免此类异常造成设备损坏，现提出以下整改措施。

4.1 调整启动指令脉冲展宽时长

对于F+C开关或真空断路器，其合闸时间均小于100 ms，若再计及指令继电器动作时间、合闸中间继电器动作时间等因素，在PLC中将启动指令设定为展宽1～2 s的脉冲信号，就能够保证断路器完成合闸操作。启动指令的展宽并不是随意设置的，如果控制逻辑设计不够完善，在某些特殊情况下会出现严重问题。

当设备一切正常时，对启动指令展宽时间并没有特殊要求，一旦开关合上后，开关分位信号瞬间截止合闸指令，开关合闸指令返回。但如果启动指令展宽设置不当，则在启动指令返回前，无论何种原因开关跳闸后，均会再次进行合闸；一旦再次合闸于故障设备将严重损毁相关电气设备。

4.2 增加保护动作信号的闭锁功能

为防止启动过程中保护动作后的再次合闸，应将保护动作信号引入开关合闸逻辑中，并对该信号增加保持功能，即在保护动作后该信号需要手动复归，才能进行下次合闸操作。

根据设计规程要求，用于DCS或PLC的SOE信号大多采用能瞬时返回的接点，当其被引用于合闸逻辑闭锁时，必须增加保持功能。此要求可以有效防止操作人员对故障设备的误合闸，同时也可以提醒操作人员该设备已经发生故障，需要进行检查确认。

4.3 正确设置电动机的启动时间

目前，有些智能程度高的继电保护装置能够做到启动时间自适应，但大多数继电保护装置内还需要手动配置电动机启动时间参数。在继电保护装置设计原理中，为了提高堵转保护(过电流保护低值)的动作灵敏系数，通常将电动机的堵转保护(或过电流保护低值)在启动时间内退出，若启动时间设置不当将不利于设备安全运行。

实际运行中对于同一类负荷，尽管电动机实际启动时间相差不大，但电动机的启动时间还是应该采用实测数值。可使用带数据记录功能的示波表或数据记录仪直接录取启动电流波形，计算电动机的启动时间。对多次测量的正常启动时间取其最大值，同时需要考虑运行调整变化带来的启动时间波动，在配置时应留有适当时间裕度，一般放大1.3倍左右即可。

4.4 增加负序电流保护

对于采用三相式电流保护配置的F+C开关间隔，应优先考虑开放负序电流保护功能，充分利用负序电流保护自身的优点，在设备出现异常或短路故障时，能够瞬时切除，保障电气设备的安全。

4.5 加强主触头超程变化的监测与管理

由于F+C开关固有的机械特点，其主触头动作行程短，在经过多次、频繁分合后，会出现主触头超程偏小，导致合闸后因某相主触头接触不良，进入缺相运行状态，使得电动机长时间大电流运行，定子绕组发热严重，危及电动机绕组的绝缘性能。

在F+C开关的日常检修和维护中，对触头超程的测量和调整非常重要，对超程变小的开关应及时调整，避免运行中出现问题。

5 结论

在采取上述整改措施后，F+C开关未再出现异常分合闸事件。

现在F+C开关正在被大量使用，在充分利用其优点时也应该看到其结构的局限性。只有通过对F+C开关、控制逻辑和继电保护参数的认真梳理，消除其存在的安全隐患，做到F+C开关、控制逻辑和继电保护3者相互协调，才能实现电气设备的安全运行。

2014-06-10；

2014-08-16。

王劲松(1974-)，男，高级工程师，主要从事继电保护专业工作，email：tiger_10301@163.com。

孙 洵(1976-)，男，技师，主要从事继电保护专业工作。

王 鹏(1985-)，男，助理工程师，主要从事集控运行工作。