一起400 V断路器同时跳闸故障分析

皋德华

(江苏射阳港发电有限责任公司，江苏 盐城 224300)

0 引言

某公司6 号炉超低排放静电除尘器改电袋、增加湿式电除尘技改项目，为节省投资、减少施工量，将静电除尘器交流380 V 高频电源分配柜、高频电源本体以及部分动力电缆利旧，在利旧时仅考虑供电电源可用，欠考虑改造后负载性质的变化、电源分配柜设计的控制回路以及其设计上存在的缺陷，给超低排放技改后负载供电埋下了隐患，该隐患引起供电区域范围内电源断路器批量跳闸，如长时间得不到恢复，不仅会引起环保数据考核，而且会造成设备损坏事故，甚至发电机组被迫停运。

1 电源配置

1.1 超低排放技改项目实施前

6 号炉静电除尘器配置16 台高频电源，由电除尘PC 6A，6B 段分别供静电除尘器A，B 侧1 号、2 号电源分配柜，每个电源分配柜内设4 只断路器，分别供一至四室1 号—4 号高频电源。以A 侧1 号电源分配柜为例(其余电源柜负载同1 号柜，名称依次为二室、三室、四室1 号—4 号高频电源)。

1.2 超低排放技改项目实施后

(1) A 侧1 号电源分配柜第1 路断路器为湿电MCC 柜工作电源、第2—3 路断路器为电袋复合除尘器A 侧1 号—2 号高频电源，第4 路断路器为湿式除尘器A 侧1 号高频电源；2 号电源分配柜第1—4 路断路器为湿式除尘器A 侧2 号—5 号高频电源。

(2) B 侧电源分配柜负载同A 侧电源分配柜，命名上除1 号电源分配柜第1 路断路器改为湿电MCC 备用电源，其余负载命名上将A 侧改为B 侧。

2 故障经过

2.1 异常现象

2018-07-24 T11:45，某发电公司6 号炉A 热风风机、A 侧电袋复合除尘器1 号、2 号高压部件，A，B 侧湿式电除尘多个高压、低压部件跳闸。至现场检查发现A 侧1 号—2 号电源分配柜内湿电MCC 工作电源、电袋1 号，2 号高频电源、湿电1 号，2 号，3 号高频电源断路器；B 侧1 号—2 号电源分配柜内湿电MCC 备用电源、电袋1 号高频电源、湿电1 号，2 号，3 号高频电源共计11 路断路器均处于自由脱扣位置。电除尘PC 6A，6B 段母线上其他负载均正常。

2.2 检查与处理过程

(1) 第一阶段：9 台除尘设备停运，除影响环保设施投用引起考核外，更重要的是恢复不及时，将导致重要设备损坏事故，如A 侧电袋1 号、2 号、B 侧1 号高频电源开关跳闸，因一电场通常收尘效率在80 %～90 %，电场停运，烟气中粉尘全部进入滤袋，时间一长必将导致滤袋损坏，须停机处理且经济损失较大；湿电A 热风风机停运、备用B热风风机也因失电无法投运(电源均由6 号炉湿电MCC 柜供)，湿式电除尘内部绝缘子因无热空气吹扫，烟气中的粉尘、雾滴等极易黏结在绝缘子表面，从而降低绝缘性能导致绝缘子电击穿，一旦发生击穿，同样须停机处理，所造成的损失也不言而喻。形势严峻、时间紧迫，经请示，启动生产紧急抢修程序，检查跳闸断路器及相关负载均无明显故障痕迹，测量电袋、湿电高频电源电缆相间、对地绝缘电阻均正常，测量6 号炉湿电MCC 工作、备用电源电缆、MCC柜母线及MCC柜所带负载相间、对地绝缘均正常，对跳闸断路器进行分步试送电，至13:10，11 路跳闸断路器送电正常(送电成功前题条件后述)，恢复跳闸前正常运行。

(2) 第二阶段：恢复供电后，从故障现象、超低排放改造前、后电源配置、设计等方面，对跳闸原因进行排查，分析出故障原因并利用机组调停机会进行验证，采取相应对策，投运至今运行正常。

3 原因分析

电源分配柜内分路断路器型号有2 种：一种是湿电MCC 柜断路器，其型号为NSX630H，配备电子脱扣器，型号为Micrologic 2.3；另一种是高频电源断路器，其型号为NSX250N，配备热磁脱扣，型号为TMD250D。这2 种断路器所配备脱扣器均具有过载、短路保护功能，无接地、失压保护功能。引起断路器跳闸因素较多，通过排查法从以下4 个方面来分析11 路断路器跳闸原因。

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3.1 断路器脱扣器误动作

施耐得公司技术支持部门答复，不排除断路器使用过程中，脱扣器自身损坏可造成断路器自由脱扣，但11 台脱扣器不可能同时损坏，脱扣器误动作触发断路器脱扣可排除。

3.2 人为因素

操作断路器本体上的“脱扣测试”(TRIP)按钮，断路器可实现自由脱扣。调阅DCS 内A 侧湿电2 号高频电源与6 号炉A 热风风机(湿电MCC柜负载)电流曲线，可以看出，不同地点供电的A侧湿电2 号高频电源与6 号炉A 热风风机电流接近同步为零，时间上人为误操作11 台断路器脱扣器TRIP 按钮触发断路器脱扣可排除。

3.3 断路器脱扣器过载或短路保护动作

核实断路器脱扣器过载、短路保护定值整定正确，调阅DCS 内电除尘 6A，6B 段母线电源进线断路器电流曲线(以6A 段为例)，可以看出，11台断路器在跳闸前运行电流较平稳、无突变现象；从电流降幅曲线来看，跳闸时电流呈一条直线突降，可验证11 台负载同时跳闸；同时不同地点不同负载不可能同时出现过载或短路故障，较能说明问题的是湿电MCC 备用电源断路器处于仅带电缆热备用状态(相当于空载)也跳闸。分析认为断路器脱扣器因过载或短路保护触发断路器脱扣可排除。

3.4 外部命令断开断路器

电源分配柜的塑壳断路器除有操作把手、脱扣器等外，根据需要往往还会设计有与其他设备的联锁跳闸回路。经检查，发现有高频电源断路器本体附加配置的分励线圈(MX)与静电除尘器配置的安全联锁箱组成的联锁跳闸回路，而这一配置一直被忽略了。经核实，该安全联锁箱投产至本次异常跳闸，在安全管理中没使用其钥匙防误功能，设备检修时一直执行直接切除电源的安全措施，电气与机务均忽略了该联锁箱的存在。以上因素给异常跳闸原因分析带来了死区，导致第一时间没能分析出断路器跳闸原因所在。下面以安全联锁回路为基准点，分析本次断路器异常跳闸原因。

(1) 安全联锁箱：保护人员进入除尘器本体内部的安全防护措施之一，由安全联锁箱上的机械钥匙、继电器无源接点及相应断路器分励线圈组成安全联锁回路。其控制原理如图1 所示(以1 号安全联锁箱为例)，KA1-KA4 为中间继电器，其无源常闭接点接相应断路器AC 380 V 分励线圈(MX)。

安全联锁箱的工作原理：正常运行时，所有可转动分、合联锁钥匙均在合位，中间继电器KA1-KA4 线圈带电吸合，其无源常闭接点带电断开，当检修时，视需要转动并拨下全联锁Sn 时(联锁箱中钥匙S1-Sn 为标配，视设备数量编号使用，多余的作为备用处于合位)，中间继电器KA1-KA4 线圈失电，其常闭接点因失电而闭合，断路器分励线圈(MX)得电，对应的4 台断路器跳闸；反之，当检修结束时，需拨出的联锁钥匙全部插入并闭合方可将断路器合闸，从技术措施上，确保在检修结束前在源头上切断电源保证人身安全；分联锁钥匙功能与全联锁一样，不同的是分联锁仅切断对应的单一回路断路器。

(2) 电源分配柜与安全联锁箱配置情况：电除尘控制室内A、B 侧分别安装电源分配柜各2 面，共4 面；同一室内安装4 只与电源分配柜相对应安全联锁箱；每面电源分配柜内设4 只断路器，其分励线圈S1—S4 分别接至相对应安全联系箱内中间继电器KA1—KA4 常闭接点。电源分配柜与安全联锁箱联锁原理如图2 所示(以A 侧1 号电源分配柜对应A 侧1 号安全联锁箱为例);

(3) 综合上述分析，在排除了脱扣器本身误动作、过载、短路保护及人为因素引起断路器跳闸可能后，尚有以下因素可导致断路器脱扣。

① 安全联锁箱上分、合钥匙接点断开或损坏，在时间上不可能同步，可排除。

② 安全联锁箱内中间继电器线圈长时间得电烧毁，检查16 只中间继电器线圈完好，可排除。

③ 安全联锁箱控制电源失电，经排查4 只安全联锁箱控制电源来自热控6 号炉2 号除灰程控远程柜，该柜上级供电电源经三级电源供电。

图1 安全联锁箱控制原理

从供电系统图逐级检查，发现运煤400 V PC A 段上1QS 工作电源断路器处于分闸位置(分闸原因系热控除灰程控除灰切换柜中电磁阀负载瞬间接地，1QS 接地保护动作)，热控除灰程控系统AC380 V/220 V 除灰切换柜由2QS 备用电源供电。至此，可判断本次11 台断路器跳闸首要原因为运煤400 V PC A 段上1QS 断路器跳闸，自动转换开关电器(automatic transfer switching equipment，ATSE)转换动作过程中，安全联锁箱内中间继电器线圈瞬间失电，其常闭接点闭合、断路器分励线圈得电导致断路器跳闸；次要原因是安全联锁箱内中间继电器动作时间(不宜大于30 ms)躲不过ATSE 转换动作时间(不宜小于50 ms)。安全联锁箱切换至备用电源供电后，中间继电器线圈再次得电，系检查处理过程中第一阶段分布试送电成功的前提条件。

图2 电源分配柜与安全联锁箱联锁原理

④ 从电源分配柜与安全联锁箱配置分析：安全联锁箱内中间继电器控制电源瞬时失电应联跳16 台断路器而不是11 台，经核实在超低排放改造时，审核电袋复合、湿式除尘器二个施工单位设计图纸及施工验收疏忽(前述安全联锁箱一直没使用而忽略其存在)，在电源分配柜利旧时，部分断路器分励线圈端子排处控制线已拆除。

可以看出，有5 台断路器分励线圈(MX)端子排处控制线在电源柜利旧时已拆除，故4 只安全联锁箱内16 只中间继电器线圈瞬间失电时，仅跳闸11 台断路器，其余5 台断路器因分励线圈控制线已拆除而保持合闸状态，验证了故障现象与故障原因吻合。

4 存在的问题

4.1 设计上存在的问题

(1) 安全联锁箱控制电源在设计时仅考虑供电可靠性，忽略双电源故障切换过程中瞬间失电，安全联锁箱内中间继电器线圈同步失电问题，常闭接点瞬时闭合触发断路器分励线圈动作。

(2) 超低排放改造新增的MCC 柜，作为二级配电电源柜，所供电负载不同于静电除尘器在人员进入电场时需要利用其技术防误功能保证人员安全，电源分配柜利旧后，没及时取消设计的安全联锁箱的防误功能。

4.2 安全管理上存在的问题

电除尘所配的高压开关柜、高压整流变压器室等处应设置安全联锁装置。该公司配置在电除尘控制小室中的安全联锁箱实际使用中，在安全管理上忽略了该设备的存在，作为人员进入电场时安全防护技术措施之一，在设备检修时，应列入工作票的安全措施中。

5 对策

5.1 设计存在问题的对策

(1) 供安全联锁箱控制电源不变，将安全联锁箱内联跳断路器分励线圈的中间继电器，换型为带延时功能的时间继电器，利用时间继电器通电延时常闭接，即线圈通电时常闭接点瞬时闭合、线圈失电时延时断开功能，以避免双电源故障切换时瞬间失电导致断路器误动作。

(2) 拆除A，B侧电源分配柜内湿电MCC工作、备用电源断路器附加的分励线圈。

5.2 安全管理上存在问题的对策

(1) 修改检修规程。在检修规程中增加安全联锁箱与电源断路器联锁试验项目。当联锁钥匙断开时，相应断路器应能可靠断开，反之，在联锁钥匙没恢复至合位时，相应电源断路器应合不上。

(2) 修改工作票管理制度。当除尘器检修时，视需要的工作票上增加一项安全措施：转动并拨下XX 安全联锁箱门面板上XX 变频器联锁钥匙(交工作负责人)。

(3) 在除尘器人孔门配置与联锁钥匙配套的专用锁具，必须由工作票安措中拨下的钥匙才能打开人孔门，在终结工作票时交工作许可人，由工作许可人恢复安措，即联锁钥匙处于合位状态。

6 结束语

(1) 提高低压厂用电供电系统的重要性认识。近年来，随着发电机组容量增大，低压厂用电供电系统越来越复杂，因用电供电存在隐患引起的故障，导致发电机组被迫停运事故时有发生，由此带来的损失不言而喻。相对于高压厂用电系统来讲，低压厂用电供电系统的供电方式、负载性质、下级与上级保护配置等因素相对复杂，本次11 台断路器跳闸，如处理方法不当、时间较长必将引起设备损坏重大事故。

(2) 认真排查低压厂用电供电系统存在的隐患。本次故障提醒我们，应高度重视影响低压厂用电供电系统安全性与可靠性的因素。应认真审核设计图纸，审查设计自身与相关联设备是否存在缺陷；加强断路器保护定值管理，核对保护功能以及上、下级断路器保护是否匹配；梳理负载性质，特别是重要负载，要考虑供电方式的可靠性，如几台性质相同的重要负载不能由同一段母线供电；当采用双电源供电，要考虑切换时间；重视电气与热控专业交叉点的排查；对于不明原因的故障，应逐级排查故障原因，找出隐患；重视二次接线及寄生控制回路的检查；按国家标准、行业标准及相关规定强化施工质量、工艺验收等等，从而保证发电企业厂用电系统安全、可靠运行。