交流控制设备主备电源转换失效分析和处理方法研究

刘少波

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

某大型交流电源系统平台向交流负载提供115V/400Hz三相交流电。交流电源系统为双通道供电系统，单通道额定容量为40kVA，正常情况下，左、右交流发电通道独自工作，分别向各自一侧交流负载供电，当其中任一发电通道故障时，通过交流控制设备内主备电源转换接触器C800的控制，将左、右两侧交流汇流条连接在一起，由正常供电的发电通道向全体交流负载供电。

交流控制设备主要由C800接触器等组成。C800接触器电路图见图1，包括3组主触点组成的工作电路和6组辅助触点组成的状态显示电路，其工作原理以左交流发电通道为例，3组主触点A2、B2、C2向左通道交流负载提供115V/400Hz三相交流电，常开触点A1、B1、C1接至左通道交流发电机，是左通道负载的主供电电源；常闭触点A3、B3、C3接至右通道交流发电机，是左通道负载的备份供电电源。6组辅助触点中的3组分别连接到屏幕、灯光、语音系统，在左交流通道退网，切换至右交流电网供电时，辅助触点转换，分别通过文字、灯光、语音报送“左交流发电机故障”信息。

图1 C800接触器电路图

故障案例中失效的C800接触器转换时间为零，导致主、备交流电源带大负载转换时，主触点拉弧，左右三相交流电瞬间发生相间短路，造成主触点熔融，左右交流发电通道均退网，伴随辅助触点转换异常后报故信息紊乱。关于交流电源系统带大负载切换备份电源，接触器转换时间为零造成相间短路，引发交流控制设备内主、备电源转换失效的案例还鲜有报道，因此，本例接触器转换时间为零的失效分析及改进，对后续类似的电路设计、维护具有参考价值。

1 故障现象和初步判断

某大型交流电源系统平台在双通道各一台发电机同时带载起动过程中，发生两台发电机投网不成功，交流控制设备内控制左发电机投网、及投网不成功后切换备份电源的C800接触器3组主触点严重烧蚀，触点熔融失效；6组辅助触点中的2组触点断电后不释放，造成电源管理计算机未回采到左发电机失效信号并采取保护措施，以及灯光和语音系统报送“左交流发电机故障”信息而屏幕无告警信息的矛盾现象。

第一次发生上述现象时，故障点集中在C800接触器毋庸置疑，更换一件新品后故障消失。由于该型接触器装入交流控制设备前，已按照制造厂技术资料筛选过线圈电阻、触点接触电阻和压降、吸合/释放电压和时间、吸合/释放回跳时间和触点同步时间等技术指标，初步判断这件C800接触器存在制造缺陷，比如主触点附近因某种特殊原因产生了金属多余物，卡滞在主触点处引发了短路后导致。

第二次发生上述现象是更换了一件C800接触器新品约半年时间后，故障发生的时机完全相同，但个体制造缺陷的猜测已非常存疑，深层次的原因待分析和求证。

2 故障分析和求证

2.1 故障分析

鉴于两次故障发生的时机相同，故障分析从梳理发电机开始投网和主备电源切换的工作原理入手。

正常情况下，左、右交流发电通道独自工作，分别向各自一侧交流负载供电，但是，左、右交流发电机初始发电成功并投网一般存在时间差，假设右交流发电机先发电成功并投网，此时左交流发电机尚未发电成功投网，那么，左交流发电通道的负载通过C800接触器的常闭触点A3、B3、C3，从右通道交流发电机获取115V/400Hz三相交流电，见图1。当左交流发电机发电成功并投网，左交流发电通道的负载从C800接触器的常闭触点，转换为从常开触点A1、B1、C1获取左交流发电机输出的115V/400Hz三相交流电。当上述C800接触器带大负载进行主备电源转换时，因触点拉弧等原因，造成常闭触点断开到常开触点吸合的转换时间为零时，左、右交流发电机会发生相间短路，造成主触点烧蚀、熔融等故障。当接触器带载转换的负荷较小，触点拉弧也较小，或接触器自身质量高，使主触点转换时间大于零时，这种相间交流电短路的现象就不会发生了。

2.2 故障求证

下面设计并制作专用检测电路，求证上述分析。

GJB 1461A-2017《大功率电磁继电器通用规范》中，转换时间的定义是：转换触点组中，从闭合触点断开到断开触点闭合之间的时间间隔。对于多组触点的继电器，转换时间定义为：从最慢断开的一组闭合触点断开到最快闭合的一组断开触点闭合之间的时间间隔。因此，综合故障电路时的带载情况，设计C800接触器转换时间测试电路见图2。

图2 C800接触器转换时间测试电路

经理论计算，结合实践经验及验证，图2中主触点外加28V直流电压和5A的阻性负载，可近似替代故障发生时的交流电源投网和转换工况。按图2的测试电路，取一件C800接触器合格品，测试A、B、C三组触点在线圈外加28V直流电压吸合时的转换时间分别为1.90ms、1.80 ms、2.20ms，波形图见图3；测试A、B、C三组触点在线圈电压释放时的转换时间分别为1.85ms、1.75 ms、1.55ms，波形图见图4。

图3 吸合转换时间合格的C800接触器波形图

图4 释放转换时间合格的C800接触器波形图

普查20件与本例故障时机工况相同、工作时间超过500小时的C800接触器，其中19件合格，主触点转换时间均大于零，波形图与图3、图4类似。1件不合格，该件C800接触器的B相转换时间为零，其A、B、C三组触点在线圈外加28V直流电压吸合时的转换时间分别为0.70ms、0ms、0.50ms，波形图见图5，X轴（时基）放大十倍图见图6；A、B、C三组触点在线圈电压释放时的转换时间分别为0.10ms、0ms、0.70ms，波形图略。

图5 吸合转换时间不合格的C800接触器波形图

图6 吸合转换时间不合格的C800接触器波形图（放大十倍）

从图5、图6可以看出，此件C800接触器的B相转换时间为零。补充求证两项试验工作如下：首先，测试本件接触器的线圈电阻、触点接触电阻和压降、吸合/释放电压和时间、吸合/释放回跳时间和触点同步时间等技术指标，均在合格范围内。说明转换时间不合格的接触器，其他指标不一定不合格。其次，对照上文中烧蚀故障的2件C800接触器，作破坏性分解，发现主触点烧蚀最严重的均为B相，其它主触点、辅助触点的损伤状况递减，求证结果与理论分析一致。

3 处理措施

3.1 增加C800接触器转换时间的监测

针对本文C800接触器转换时间为零，导致交流电源系统双通道供电同时失效的安全隐患，对库存和后续采购的新品，按图2增加转换时间大于零的检测指标要求。对与本例故障时机工况相同的所有同型号接触器进行普查，更换不合格品；并增加500小时离位定检要求。

3.2 寻求C800接触器替代产品

C800接触器主触点结构是单臂转换式，在线圈外加吸合电压时，一条公共臂从常闭触点切换至常开触点，在主触点公共端一直接通交流大负载的情况下，接触器常闭触点向常开触点转换时存在拉弧现象，拉弧可能造成常闭触点还未断开、常开触点已接通，引发交流电相间短路。可寻求其他结构的接触器替代产品，彻底消除带载转换时主触点拉弧短路的安全隐患。

4 结语

本文对某型交流控制设备故障开展了分析和求证，并提供了对设备内部主要部件——C800接触器短期监控转换时间、长期寻求替代产品的处理措施，对包含带载转换大功率接触器的设备或系统设计、使用维护等具有一定参考价值。

（1）C800接触器及类似主触点结构的接触器，在带载转换主备交流电源时，如主触点转换时间为零，存在相间短路的安全隐患。设计选型时可考虑避免。

（2）接触器转换时间应大于零的技术要求，应纳入作为带载转换主备电源使用的接触器的测试技术指标。