400V Masterpact-M系列斷路器老化評(píng)估方法與分析

李舜堯

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222000

某電站低壓Masterpact M系列斷路器，為400V各母線段進(jìn)線、母聯(lián)斷路器，系鎮(zhèn)江默勒電器有限公司2001-2002年隨開關(guān)柜配套供貨產(chǎn)品，現(xiàn)投入運(yùn)行20年。該電站多臺(tái)M系列斷路器多次出現(xiàn)誤跳閘，導(dǎo)致相應(yīng)母線失電，影響機(jī)組正常運(yùn)行。鑒于該電站M系列斷路器已投運(yùn)多年，斷路器故障率有逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，組織對(duì)M系列斷路器進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

1 Masterpact-M系列斷路器老化情況評(píng)估

1.1 M系列斷路器簡(jiǎn)介

圖1 Masterpact-M系列斷路器（1986-2001）

Masterpact-M系列斷路器，生產(chǎn)廠家為施耐德電氣，默勒命名為IZM32系列斷路器，該系列斷路器在國(guó)內(nèi)銷售時(shí)間為1986至2001年，備件供貨截止時(shí)間為2012年，斷路器外形如圖1所示。

該電站使用的M系列斷路器共20臺(tái)，采用抽屜式結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)為：額定絕緣電壓（Ui）1000V AC50/60HZ，額定工作電壓（Ue）690V，額定工作電流（In）800-3200A（包含800、1600、2000、2500、3200A五種規(guī)格），分?jǐn)嗄芰?0-75kA（包含N1、H1兩種），極數(shù)3P或4P，控制電源220V AC或110V DC，控制單元STR38S。該電站使用的M系列斷路器如表1所示。

1.2 Masterpact-M系列斷路器投運(yùn)期間故障情況及檢測(cè)評(píng)估

1.2.1 Masterpact-M系列斷路器投運(yùn)期間故障情況

該電站M系列斷路器于2001-2002年先后投運(yùn)，自2018年起，該系列斷路器多次出現(xiàn)故障，故障情況如表2所示。

表1 電站Masterpact-M系列斷路器

表2 電站Masterpact-M系列斷路器故障統(tǒng)計(jì)

從表2可知，近兩年多來(lái)，該電站多臺(tái)不同型M斷路器，多次出現(xiàn)同一類型故障，且同一臺(tái)斷路器的故障間隔期（1-4個(gè)月）較短。由此說(shuō)明該電站M系列斷路器的使用性能已不穩(wěn)定。

1.2.2 Masterpact-M系列斷路器的檢測(cè)評(píng)估

各斷路器的檢測(cè)評(píng)估內(nèi)容包含斷路器操作機(jī)構(gòu)和電氣控制部分的性能評(píng)定。

（1）斷路器操作機(jī)構(gòu)的性能評(píng)定。M斷路器的抽架機(jī)構(gòu)：經(jīng)多次操作試驗(yàn)，各抽架機(jī)構(gòu)操作靈活，無(wú)卡澀、變形，各項(xiàng)機(jī)械閉鎖及指示功能正常。斷路器抽架機(jī)構(gòu)情況如圖2所示。

圖2 Masterpact-M系列斷路器抽架結(jié)構(gòu)情況

斷路器本體操作機(jī)構(gòu)：經(jīng)多次手動(dòng)分、合閘試驗(yàn)，各斷路器彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)及分、合閘脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作正常。斷路器主回路觸頭無(wú)燒蝕變形痕跡。斷路器操作機(jī)構(gòu)及觸頭情況如圖3所示。

圖3 Masterpact-M斷路器機(jī)構(gòu)及觸頭情況

（2）斷路器電氣控制部分的性能評(píng)定。斷路器處試驗(yàn)位置時(shí)經(jīng)多次分、合閘測(cè)試，未見明顯異常。斷路器分閘線圈、合閘線圈、儲(chǔ)能電機(jī)及二次輔助觸頭各元件動(dòng)作正常。對(duì)斷路器保護(hù)控制單元檢測(cè)時(shí)，斷路器出現(xiàn)明顯異常分閘現(xiàn)象。

M系列斷路器保護(hù)控制單元的檢測(cè)，采用M斷路器綜合測(cè)試箱進(jìn)行，其檢測(cè)如圖4所示。該電站M斷路器保護(hù)控制單元型號(hào)均為STR38S，通過(guò)對(duì)多個(gè)保護(hù)控制單元的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷現(xiàn)使用的保護(hù)控制單元STR38S已存在明顯故障缺陷。下面通過(guò)其中兩個(gè)保護(hù)控制單元的測(cè)試結(jié)果作出詳細(xì)分析。

圖4 Masterpact-M斷路器保護(hù)控制單元檢測(cè)

測(cè)試過(guò)程中，保護(hù)控制單元A和B，分別安裝于兩臺(tái)完好的同型號(hào)M斷路器上；對(duì)應(yīng)于正常脫扣曲線，選取4個(gè)點(diǎn)測(cè)試保護(hù)控制單元的實(shí)際脫扣跳閘時(shí)間。兩臺(tái)M斷路器型號(hào)均為M32H14P，In=3200A，分段能力（415V）75kA，保護(hù)控制單元整定值為長(zhǎng)延時(shí)Ir=3200A，Tr（1.5Ir）=120S；短延時(shí)Im=4Ir=12800A，Tm=0.4S，I2t=off；瞬動(dòng)I=off。測(cè)試結(jié)果如表3和圖5、圖6所示。

圖5 保護(hù)控制單元A的實(shí)測(cè)脫扣曲線

圖6 保護(hù)控制單元B的實(shí)測(cè)脫扣曲線

由圖5和圖6可知，保護(hù)控制單元STR38S的正常脫扣范圍位于圖中兩條折現(xiàn)之間，當(dāng)對(duì)斷路器施加12800A電流（通過(guò)CT二次側(cè)施加）時(shí)，電流持續(xù)0.44S保護(hù)控制單元脫扣跳閘。對(duì)應(yīng)于正常脫扣曲線，在12800A電流沖擊情況下至少應(yīng)在0.92S后才脫扣跳閘。因此田灣核電站M系列斷路器多次誤跳閘為保護(hù)控制單元的故障缺陷所致。

M斷路器的保護(hù)控制單元STR38S，內(nèi)部包含270多個(gè)電子元器件。田灣核電站M系列斷路器于2001-2002年先后投運(yùn)，斷路器一直處于帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，至今已運(yùn)行超過(guò)10年，保護(hù)控制單元內(nèi)部電子元器件已逐漸老化，最終導(dǎo)致斷路器頻繁誤跳閘故障。

表3 保護(hù)控制單元A和B的實(shí)測(cè)跳閘脫扣時(shí)間

2 評(píng)估結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，該電站M系列斷路器，其操作機(jī)構(gòu)部分未發(fā)現(xiàn)有明顯異常；斷路器保護(hù)控制單元內(nèi)部電子元器件已存在一定程度老化，性能已不穩(wěn)定。

3 后續(xù)行動(dòng)

該電站M系列斷路器已投運(yùn)超過(guò)20年，內(nèi)部元器件逐漸老化，多次出現(xiàn)誤跳閘故障，影響電站相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行；M系列斷路器于1986至2001年在國(guó)內(nèi)銷售，2012年已停止備件供應(yīng)，后續(xù)將對(duì)電站該系列斷路器實(shí)施替代。

4 結(jié)語(yǔ)

M系列斷路器在電站運(yùn)用比較廣泛，采用此種檢測(cè)及評(píng)估方法可快速、有效地判斷設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備的運(yùn)維管理有較好的數(shù)據(jù)支撐。