關于智能低壓斷路器維護檢驗方法的探討

付立國

關于智能低壓斷路器維護檢驗方法的探討

付立國

（華能匯流河發電廠，內蒙古 牙克石 022150）

本文由一起火力發電廠低壓廠用電系統饋線電纜短路故障時低壓斷路器發生拒動導致的越級跳閘事件，引發對智能低壓斷路器維護檢驗方法的思考。本文簡要介紹智能低壓斷路器電流互感器的特點，由此提出對斷路器維護檢驗方法的探討，重點闡述智能保護器的試驗方法，為確保斷路器處于可靠工作狀態提出日常維護建議。

低壓斷路器；電流互感器；維護；檢驗

0 引言

隨著現代電子與計算機技術的發展，以及電網智能化發展的要求[1]，近年來智能斷路器在低壓供配電系統中的應用越來越廣泛。火電廠的低壓廠用電系統一般設計成動力中心（power center, PC）和電動機控制中心（motor control center, MCC）的供電模式[2]，電源進線、饋線、負荷等均大量采用智能低壓斷路器，其保護特性對于保障配用電網絡安全具有重要作用[3]。然而，智能低壓斷路器的維護工作普遍存在重視程度不足、維護不到位的問題，因此本文針對一起火力發電廠低壓廠用電系統饋線電纜短路故障造成的越級跳閘事件，探討智能低壓斷路器的維護檢驗方法。

1 低壓廠用電系統越級跳閘事件

2021年9月26日，某火力發電廠0.4kV廠用段消防泵電源電纜發生短路故障，消防泵電源開關3QF配置為RMW1型智能低壓斷路器，由于該斷路器拒動，造成0.4kV廠用段工作電源進線變壓器后備保護動作，工作電源進線開關1QF跳閘，備用電源開關2QF投入（工作電源與備用電源間裝設備用電源自投裝置，未設置工作電源進線變壓器后備保護動作閉鎖備用電源自投功能）。由于消防泵電源電纜短路故障的持續，引起電纜燃燒，引燃與其同溝敷設的輸煤系統電纜，繼發短路故障導致輸煤系統電源跳閘，致使輸煤系統供電中斷。該火力發電廠0.4kV廠用段一次系統簡圖如圖1所示。

2 智能低壓斷路器電流互感器特點

在智能低壓斷路器出現以前，低壓配電系統多應用熱磁斷路器，保護功能主要依靠過電流脫扣器和欠電壓脫扣器實現。智能低壓斷路器中的智能保護器采用高精度的電流傳感器、電壓傳感器進行電流、電壓信號的采集[4]。由于低壓系統的工作電流與短路電流數值很大，為了使測量結果不失真，智能保護器一般使用空心線圈（又稱羅氏線圈）作為電流傳感器，其優點是無磁滯效應、線性度比較理想[5]。

圖1 0.4kV廠用段一次系統簡圖

智能低壓斷路器的電流互感器安裝在斷路器主回路母線上，一般由兩個線圈組成。其中一個是空心線圈，測量流過斷路器主回路的電流，將測量到的電流信號傳送至控制器，實現保護功能；另一個是速飽和線圈，通過感應主回路的電流而感生出電壓，為控制器供電，并為脫扣器動作提供能量。由于空心線圈不含鐵心，與傳統互感器相比，沒有鐵心飽和的缺點，具有測量準確度高、測量范圍寬、開路不產生高壓的優點[6]。

由于智能低壓斷路器電流互感器的安裝特點，加之空心線圈二次輸出量是與一次電流成正比的電壓信號，給電氣專業人員開展二次檢驗工作帶來了一定的困難。

3 故障低壓斷路器檢查過程

針對本文第1節中的低壓廠用電系統越級跳閘事件，結合智能低壓斷路器電流互感器的結構特點，電廠專業人員對故障低壓斷路器進行檢查。該斷路器設置長延時、瞬時保護功能，瞬時保護定值為2 800A，查閱工作電源進線變壓器后備保護動作記錄，故障電流折算至0.4kV側最大值為4 568A，延時0.5s跳閘。故障電流值已經遠大于斷路器瞬時保護定值，為分析斷路器拒動原因，采取對斷路器施加一次電流，檢查智能保護器面板顯示值的方法。該斷路器額定電流為630A，一次側三相分別施加100A電流，檢查三相電流顯示值均為零，初步判斷內置電流互感器損壞。

工作人員對斷路器進行解體檢查，找到內置電流互感器與智能保護器的二次插件如圖2所示。

圖2 故障斷路器內部插件

斷路器內部L1～L3插件為測量線圈的二次引出線，P1～P3為速飽和線圈的二次引出線，使用萬用表分別測量L1～L3插件的直流電阻，結果顯示均為開路狀態。為了驗證判斷結果的正確性，對該型號備用斷路器進行解體測量，得到其測量線圈直流電阻見表1。

表1 RMW1型斷路器測量線圈直流電阻 單位: W

通過一次加流并結合測量線圈直流電阻的檢查結果，可以明確判斷發生拒動的低壓斷路器內置三相電流互感器開路，在發生短路故障時，智能保護器無法采樣到故障電流，斷路器發生拒動，從而導致上級電源越級跳閘。

4 智能低壓斷路器維護檢驗方法

4.1 斷路器保護脫扣功能測試

1）一次通流試驗

（1）利用一次通流試驗設備

大電流整定試驗是一種檢測低壓斷路器框架機構動熱穩定性、電流互感器和過電流控制器功能的電氣試驗[7]。由于市場上多數智能低壓斷路器采用內置式電流互感器，其二次引出線與智能保護器控制板連接，這種結構無法在電流互感器二次側施加模擬量進行保護功能檢驗。對于具備大電流試驗裝置的情況，可以使用一次通流試驗的方式檢驗斷路器保護脫扣功能。

低壓斷路器應用場合的工作電流一般都比較大，電流從幾百安培到數千安培。因此，其智能保護器的保護定值也相應增大，對試驗設備的容量及試驗的安全性要求較高。在進行一次通流測試時，可以將保護定值臨時修改為裝置允許設置的最小值。例如，對于配置接地保護功能的正泰NA1—2000系列萬能式斷路器，接地保護定值最小可整定為160A，延時范圍可整定為0.1～0.4s。施耐德MVS20系列斷路器接地保護定值最小可整定為500A，延時范圍可整定為0～0.4s。這樣可以降低測試電流，對于試驗安全有利。對于保護定值無法整定到大電流試驗裝置輸出范圍的智能保護器，則無法利用一次通流的方式進行試驗。此時，可以通過施加一次電流測試智能保護器的采樣值，來判斷裝置采樣的準確性及內置電流互感器是否存在開路故障。

（2）利用電動機起動電流測試

對于不具備大電流試驗裝置或裝置容量無法滿足測試需要的情況，如果饋線接帶負荷為電動機，可以利用電動機起動時的大電流進行智能保護器功能的測試。低壓異步電動機工頻起動電流一般為額定電流的4～7倍，對于一臺75kW的380V異步電動機，當功率因數為cos=0.8時，其額定電流e= 142.4A，則電動機的起動電流通常在569.6～996.8A范圍內。因此，可以將智能保護器的短延時定值整定到500A以內，動作延時設置為最小，利用電動機起動電流檢驗智能保護器的保護脫扣功能。

利用電動機起動電流測試智能保護器的保護功能，能夠粗略地檢驗其功能是否正常。此種試驗方法需要斷路器開斷電動機的起動電流，考慮到斷路器的額定運行短路開斷電流cs遠大于電動機的起動電流，在沒有一次通流試驗裝置的情況下，采用電動機起動電流測試智能保護器的方法是可行的，但此種方法僅局限于電動機負荷。

2）二次測試方法

（1）利用智能保護器自帶試驗功能

有些低壓斷路器的智能保護器面板帶有“試驗”功能，可以方便用戶進行保護功能測試。例如正泰NA1—2000～6300系列，RMW1系列ST40—M型智能保護器，都配置有智能保護器試驗功能。前文提到低壓斷路器內置電流互感器與智能保護器直接連接，智能保護器采集電流互感器的小電流（電壓）信號，智能保護器試驗功能是采用模擬小電流（電壓）信號，該信號與試驗電流定值成正比例的關系。例如，智能保護器的接地保護整定值設置為640A，延時0.4s，利用脫扣器試驗接地保護功能時，設置試驗電流值為700A，則裝置會在內部提供與700A試驗電流成正比關系的模擬信號，智能保護器處理板經過運算，實現保護動作功能。帶有試驗功能的智能保護器，方便了斷路器的測試工作，在日常做好智能保護器電流采樣值的對比工作，確保智能保護器電流采樣值在準確度要求范圍內。對于智能保護器面板提供測試接口的低壓斷路器，需要配備廠家的專用試驗儀器。

（2）外置式電流互感器

采用外置式電流互感器的斷路器，可以通過在二次接線端子施加模擬量的方法對智能保護器功能進行試驗。例如，北開電氣DW914B萬能式斷路器，其電流互感器二次接線端子在外部，可以按照該型號脫扣器試驗接線，方便地進行二次測試，驗證保護脫扣功能。

4.2 日常維護

1）電氣部分維護

除了對智能低壓斷路器保護功能的定期測試外，為確保其正常工作，斷路器采樣回路的完整性和準確性必須得到保證。因此，應該加強現場智能低壓斷路器電流采樣值的日常檢查工作，可以通過與盤柜電測儀表或鉗形電流表指示值比對，判斷智能保護器是否工作正常。需要注意的是，智能低壓斷路器的采樣值誤差一般在±10%，且當負荷電流低于一定數值時顯示值為零，例如RMW1型斷路器顯示門檻為60A，NA1系列斷路器顯示門檻為80A。在檢查中若發現智能保護器電流采樣值出現缺相、指示異常等情況，應及時對開關內部互感器、智能保護器進行檢查試驗。

前文提到的發生低壓廠用電系統越級跳閘事件的火力發電廠，在對其他智能斷路器的檢查過程中發現，該型號的斷路器內置電流互感器發生開路故障的不在少數，對于運行年限較長的智能低壓斷路器，由于電子元件的老化程度嚴重，有必要縮短智能保護器的功能檢驗周期，對于出現功能異常的智能保護器考慮升級或更換。

2）機械部分維護

由于智能低壓斷路器在運行過程中時常通斷大電流，其機械部分在分合閘過程中易出現故障。因此，對機械部分的維護應引起足夠重視。針對常見故障如開關拒合、拒分、缺相等，在斷路器維護過程中應重點開展以下工作：

（1）加強對斷路器內部傳動機構的檢查，保證清潔，檢查各部件有無變形，動作性能是否良好，對轉動部分定期加入潤滑油脂。

（2）檢查自由脫扣機構。一般脫扣半軸與跳扣的接觸面積在2～3mm2，如果接觸面積過大易造成斷路器拒分，檢修時調整螺釘，轉動脫扣半軸的角度使接觸面積達到要求，并在接觸面上涂低溫極壓脂，以減小摩擦力，利于斷路器脫扣。

（3）檢查斷路器觸頭系統，尤其是在切斷大電流之后，可以在檢修時利用大電流回路電阻測試儀測量觸頭接觸電阻，防止由于觸頭接觸面不清潔、接觸面積過小或壓力不足、導電性能不良而造成運行中的缺相故障。

5 結論

智能低壓斷路器的應用已經越來越普遍，在火力發電廠的低壓廠用電系統中的數量眾多，其工作可靠性直接關系著機組的安全運行。因此，對智能低壓斷路器保護定值的合理整定、保護功能的檢驗及正常工況的監督，防止發生越級跳閘，應該得到電氣專業人員的充分重視。對于斷路器保護脫扣性能的測試，可以根據負荷特點及斷路器額定電流范圍，采用一次通流試驗或利用電動機自起動檢驗。對于具備試驗功能的斷路器，在保證采樣值誤差合格的情況下，可以利用斷路器自身的試驗功能進行測試。另外，在智能低壓斷路器的選型工作中，生產廠家的應用經驗、售后服務質量及測試的便捷性也應成為考量的重點。

[1] 呂森, 宗鳴, 張昀琦. 一種雙繞組電磁脫扣器的理論研究及控制策略[J]. 電氣技術, 2021, 22(6): 1-6.

[2] 王旅. 380V框架斷路器保護整定探討[J]. 電氣技術, 2021, 22(4): 105-108.

[3] 游穎敏, 王景芹, 舒亮, 等. 斷路器保護特性測試電流的自適應控制策略[J]. 電工技術學報, 2020, 35(15): 3203-3213.

[4] 曹進, 張宏瑞, 謝宗強. 萬能式斷路器電流互感器的設計[J]. 現代建筑電氣, 2019, 10(5): 34-41.

[5] 馬曉昆, 薛莉, 張傳遠, 等. 基于雙芯模塊化的低壓智能斷路器設計與實現[J]. 電氣技術, 2022, 23(9): 69-75.

[6] 王寶誠, 王德玉, 鄔偉揚. 羅氏線圈的頻率特性分析與傳感器的設計方法[J]. 電工技術學報, 2009, 24(9): 21-27.

[7] 李潔礫, 沈銘. 萬能式斷路器誤動作故障分析及試驗方法改進[J]. 電氣技術, 2018, 19(5): 71-75.

勘誤聲明

《電氣技術》2022年第23卷第10期第41～50頁發表的論文《中壓柔性直流鐵路牽引供電系統運行域模型》（作者：莫少雄）中，因作者工作單位有誤，現將

莫少雄

（中國天辰工程有限公司，天津 300400）

MO Shaoxiong

(China Tianchen Engineering Corporation, Tianjin 300400)

更正為

莫少雄1,2

（1.中國船舶集團有限公司系統工程研究院，北京 100094； 2. 中船智海創新研究院有限公司，北京 100036）

MO Shaoxiong1,2

(1. CSSC Systems Engineering Research Institute, Beijing 100094;2. CSSC Intelligent Innovation Research Institute Co., Ltd, Beijing 100036)

特此聲明。

《電氣技術》編輯部

2022年12月

Discussion on maintenance test method of intelligent low-voltage circuit breaker

FU Liguo

(Huaneng Huiliuhe Power Plant, Yakeshi, Inner Mongolia 022150)

This paper discusses the maintenance and inspection method of intelligent low-voltage circuit breaker, which is caused by a skip trip event caused by the failure of low-voltage circuit breaker when the feeder cable of low-voltage auxiliary power system in thermal power plant is short circuited. This paper briefly introduces the characteristics of the current transformer of intelligent low-voltage circuit breaker, and puts forward maintenance and inspection methods of the circuit breaker, focusing on the test methods of the intelligent protector. In order to ensure the reliable operation of circuit breaker, suggestions for routine maintenance are put forward.

low-voltage circuit breaker; current transformer; maintenance; test

2022-07-24

2022-10-10

付立國（1979—），男，高級工程師，從事發電廠繼電保護監督與維護工作。