某型检测设备综合电源供电跳闸故障研究

黎匡磊 饶海军 张剑/ 国营长虹机械厂 空军驻桂林地区军事代表室

0 引言

综合电源是某型综合检测设备供电核心组件，测试过程中为检测对象提供大功率直流电源，综合电源工作报故将影响测试设备功能完好性。漏电保护器（又称漏电保护装置）是供电线路中防止设备或线路漏电对人和设备造成伤害而断开主电路的电气装置。针对综合电源三相供电时出现漏电保护器跳闸现象，本文从综合电源的工作原理、供电机制、供电线路设计等因素进行分析，完成故障定位及排除。

1 工作原理

某型综合电源输入为380V 三相交流电源，输出28.5V/150A 和32V/10A直流电，实现产品及部分专用测试外设的供电。综合电源本身具有输入欠压、过压等自我保护功能和输出过压、过载、短路自我保护功能以及报警功能，且输出短路撤消后即能自动恢复正常。

执行测试工作时，工控机运行测试程序并形成指令与信号综合处理机箱通信，信号综合处理机箱通过控制VXI 机箱内的HITC301I 控制继电器模块实现供电控制，综合电源处于供电输出状态，如图1 所示。

漏电保护器通过检测零序电流互感器中的不平衡电流实现漏电保护功能。当漏电保护器输出端后的综合电源、供电线路出现漏电、单相接地、过载、欠压、缺相时，均会导致漏电保护器工作。

2 故障分析

2.1 故障现象

某型综合检测设备在厂房搬迁后综合电源上电时出现三相供电线路的漏电保护器跳闸。跳闸现象有以下两种情况：

1）在综合电源上电瞬间；

2）综合电源运行后，设备其他组件220V 供电启动时。

经现场验证确认，以上两种情形均会导致综合电源三相供电漏电保护器跳闸。

2.2 故障定位

综合电源三相供电漏电保护器出现跳闸现象时，正值厂房搬迁重新供电，且搬迁后适逢雨季。根据以上条件，分析故障因素有综合电源故障、厂房供电异常、供电模式改变。建立如图2 所示的故障树，对各种可能故障分支进行分析。

2.2.1 综合电源故障

随着手术例数的增加，手术熟练程度的提高，手术时间、术中出血量、并发症达到一个相对稳定的状态。研究结果表明，通道下经肌间隙入路联合固定并椎间融合术的学习曲线为30例左右，学习曲线短、平缓，适合推广运用。

1）供电电缆故障

图1 综合电源工作原理图

综合电源供电电缆接触偶松动、线芯绝缘性能下降均会造成综合电源工作时接触偶与其他部位接触漏电、线芯绝缘漏电，从而导致漏电保护器跳闸。经检查，综合电源供电电缆的接触偶工作面良好、焊点牢固；使用万用表Fluck1587C 进行线芯间及对壳绝缘检查，绝缘电阻均为∞，绝缘性能良好。因此，排除综合电源供电电缆故障。

2）内部电路故障

综合电源机箱内部电路存在残余焊渣或金属屑、器件管脚过长意外接触、内部导线与其他器件意外导通，均会形成综合电源漏电或单相消耗电流异常，导致漏电保护器跳闸。

经检查，综合电源机箱内部分电路板存在较多积尘、无明显金属屑和焊渣；电路板上具有防护漆层且涂层完好；各器件管脚均独立无短接现象。为排除该因素，采用低压压缩空气对综合电源进行内部除尘，但综合电源上电后仍会出现漏电保护器跳闸现象。

对综合电源上电不跳闸情况进行观察，显示面板输出电压28.5V/32V 显示正常；使用万用表Fluck1587C 对综合电源的输出端进行多次检测，输出28.5V/32V 电压均在合格范围内。因此，排除内部电路短路故障。

2.2.2 漏电保护器故障

1）漏电保护器故障

现场对漏电保护器进行检查、测试，漏电保护器工作正常；更换另一组合格漏电保护器，综合电源上电仍出现漏电保护器跳闸现象。因此排除漏电保护器故障。

2）漏电保护器接线故障

现场对漏电保护器进行检查，其输入、输出接线正常；且其他线路安装同型号漏电保护器工作正常。因此，排除漏电保护器接线故障。

图2 故障树

表1 供电插座绝缘、电压检查结果

2.2.3 供电系统故障

厂房供电系统中包括三相五线制的供电线路、供电插座，本文的漏电保护器跳闸故障在供电系统中涉及的因素有供电插座故障、供电电压不稳定及供电机制错误。

1）供电插座故障

供电插座为防爆型三相五线插座，对配套插座进行对地绝缘、供电检查，检查结果如表1 所示。结果表明供电插座相间电压、相地相对电压均在正常范围内，因此排除供电插座故障。

2）供电电压不稳定故障

由于漏电保护器本身具备欠压保护功能，当供电电压欠压时也会导致漏电保护器跳闸。在排查供电插座故障时对电压进行了检测，电压供电正常；其他三相供电设备、工装均能正常工作，其工作线路漏电保护器均未出现跳闸故障，说明三相供电正常。因此排除供电电压不稳定故障。

3）供电机制错误

经现场对综合电源检查发现，综合电源外壳未接触机箱框架或垫上绝缘胶层、单独连接供电电缆运行时，漏电保护器不会出现跳闸现象；装配回机箱供电运行时却频繁出现漏电保护器跳闸现象。

查看供电电缆两端的接线方式与旧厂房的接线方式，均为三相四线制接线（即三相+零线），区别在于旧厂房未加装漏电保护器。综合电源供电输入口对壳测量发现，零线与外壳导通，而外壳与地线相接，因此在综合电源运行时会出现电流经地线形成回路的漏电现象，直接导致漏电保护器跳闸。单独对综合电源上电后接地，漏电保护器跳闸。因此不能排除供电机制错误故障。

3 故障机理分析

图3 漏电保护器组成框图

图4 漏电保护器工作原理图

故障定位为综合电源供电接线机制错误，引起综合电源上电漏电保护器跳闸。漏电保护器由检测元件、放大元件、比较元件和执行机构等组成（见图3），接入三相交流供电线是指接入A、B、C三相和零线N。如图4 所示，正常的三相四线（三相+零线）工作线路中漏电保护器经过磁环的电流矢量和为零，当工作线路出现漏电时，磁环中电流矢量和不为零，通过感应线圈a、b 两端的感应电压放大和比较，驱动断路开关K工作，断开主电路供电，实现漏电保护功能。

对该故障进行定位排查，检查发现综合电源的供电口的零线与外壳导通，外壳与设备外框架经地线与地导通。综合电源三相四线供电机制分为三相接零和三相接地两类方式，根据综合电源外壳与零线N 导通的测量结果，可推测该综合电源实际供电机制为三相接地而非三相接零。

根据以上分析，提出验证方案：将综合电源放置在绝缘垫上，按图5 的三相接零供电模式供电，并保证综合电源能正常运行；然后将地线接触综合电源机箱外壳，形成漏电机制，观察漏电保护器是否跳闸；最后将接入综合电源的零线N 改为地线PE 接入验证（见图6）。该方案能精准还原故障现象，并能验证综合电源的接线机制是否为三相接地。

实际操作表明，当综合电源垫上绝缘垫供电时，能正常运行且自检结果正常，各项输出电压符合指标要求；当接地线接触外壳时，漏电保护器跳闸。将零线N 改为接地PE 进行验证时，综合电源能正常稳定运行，漏电保护器未出现跳闸。将综合电源装配回机箱框架后，综合电源运行正常，漏电保护器未出现跳闸。经以上验证，确定综合电源供电机制为三相接地，而非三相接零。

现场出现漏电保护器跳闸时综合电源的供电方式实为三相接零，综合电源接入三相电源时，零线N 即与综合电源外壳相通，间接通过接地线与大地导通。其工作方式是三相电流从零线形成回路，当零线接地后由于厂房最近接地与变压器端的接地在大地中存在一定电阻，根据I=U/R关系，电流经电阻最小的回路传输；综合电源工作电流经地线（设备接地点）回流大地，而非经过零线N 回流，造成漏电保护器中A、B、C 三相中某相电路有电流，而零线N 无电流；经过漏电保护器的电流矢量和不为零，形成漏电机制，导致漏电保护器跳闸。

图5 故障时综合电源接线图

图6 正常工作综合电源接线图

三相接地工作方式与三相接零的区别在于工作电流三相负载工作回路中任意时刻矢量和为零，不需要经过零线作为回路；地线为保护接地，目的是作为保护人员安全设置的接线，同时也作为静电接地和干扰接地。因此，图6 中接线符合综合电源设计的供电模式，三相供电线经过漏电保护器任意时刻为零，漏电保护器不工作；当某一相漏电，经过漏电保护器的电流矢量和不为零，漏电保护器将跳闸工作。地线作为保护接地不经过漏电保护器，综合电源正常时也不会有电流经过地线形成回路。以上即为综合电源上电出现漏电保护器跳闸的原因。另外，综合电源工作后同一配套的220V 设备供电时也会出现漏电保护器跳闸现象，原因是220V 的工作电流经过同一根接地线传入三相供电系统内形成漏电导致。

由于旧厂房的三相供电设计上并未加装漏电保护器，综合电源即使是三相接零供电模式，形成的漏电电流经过其他不同功能的断路器，不会导致漏电保护器工作，因此，综合电源供电电缆虽然无故障但也会在新厂房出现漏电保护器跳闸现象。

4 结束语

通过对综合电源供电跳闸故障排除过程，确定故障原因是综合电源供电方式接入了三相接零不正确模式，导致零线与综合电源外壳相通形成漏电机制，最终导致漏电保护器跳闸工作。本文从故障定位、故障机理及排除方法进行全面分析，可为同类电源供电故障的排除提供参考。