施耐德MT系列斷路器遠(yuǎn)程分閘失敗故障分析

摘 要：施耐德MT系列斷路器性能可靠，智能便捷，使用廣泛。熟悉掌握其工作原理與設(shè)置方法將對(duì)設(shè)備管理人員提供很大幫助。本文首先通過(guò)一起不太常見(jiàn)故障，介紹施耐德MT系列斷路器的一些基本知識(shí)，并通過(guò)電路分析，鎖定故障位置。通過(guò)模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證懷疑故障正確與否，從而徹底解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：施耐德；MT系列；斷路器；遠(yuǎn)程分閘；分閘線(xiàn)圈

0 引 言

施耐德電氣有限公司（Schneider Electric SA ）是世界500強(qiáng)企業(yè)之一，它的總部位于法國(guó)呂埃。其旗下產(chǎn)品MT系列低壓空氣斷路器采用新技術(shù)，增強(qiáng)了產(chǎn)品性能和安全性，具有高效可靠的技術(shù)性能、智能便捷的電能管理、體積優(yōu)化、內(nèi)置通訊和測(cè)量功能，容易安裝、用戶(hù)界面友好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被我單位多艘大馬力拖船所采用。

雖然優(yōu)點(diǎn)多多，偶爾也會(huì)有故障發(fā)生。本文針對(duì)我輪斷路器遠(yuǎn)程分閘失敗故障為例，闡述施耐德MT系列低壓空氣斷路器及其Micrologic控制單元的結(jié)構(gòu)、功能與參數(shù)設(shè)置，并分析故障產(chǎn)生原因與解決方法。

1 故障現(xiàn)象

我輪主配電板上大容量斷路器均是施耐德MT系列產(chǎn)品，根據(jù)分?jǐn)嗳萘亢头謹(jǐn)囝?lèi)型分別用于不同設(shè)備。最近，發(fā)現(xiàn)位于主配電板上的2#軸帶發(fā)電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“軸發(fā)”斷路器）遠(yuǎn)程分閘時(shí)偶爾會(huì)無(wú)反應(yīng)，只能在開(kāi)關(guān)本體上進(jìn)行分閘才能分閘成功。有時(shí)遠(yuǎn)程分閘按鈕長(zhǎng)按并保持一段時(shí)間會(huì)分閘，并且隨著合閘時(shí)間延長(zhǎng)，遠(yuǎn)程分閘失敗的幾率就越高。為了判斷此故障產(chǎn)生的原因，我們先了解一下MT系列斷路器的相關(guān)知識(shí)和遠(yuǎn)程分閘電氣原理圖。

2 施耐德MT系列斷路器簡(jiǎn)介

2.1 斷路器本體

2.1.1 面板參數(shù)介紹

我輪右軸發(fā)斷路器型號(hào)為MT32H。其具體參數(shù)在面板上有詳細(xì)說(shuō)明。參數(shù)含義如圖1所示。

可見(jiàn)，該斷路器額定電流為3 200 A，沖擊耐壓12 kV，額定絕緣水平10 00 V，極限開(kāi)斷容量65 kA，額定開(kāi)斷容量65 kA。

2.1.2 斷路器狀態(tài)指示

面板上有合閘狀態(tài)和儲(chǔ)能狀態(tài)的機(jī)械指示：

此狀態(tài)表示斷路器斷開(kāi)

此狀態(tài)表示斷路器閉合

此狀態(tài)表示斷路器未儲(chǔ)能

此狀態(tài)表示儲(chǔ)能但未滿(mǎn)足合閘條件

此狀態(tài)表示儲(chǔ)能且滿(mǎn)足合閘條件，只有此狀態(tài)時(shí)才能合閘。

2.1.3 斷路器的儲(chǔ)能

斷路器操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧必須儲(chǔ)能才能閉合主觸頭，彈簧可使用手柄手動(dòng)儲(chǔ)能或通過(guò)電動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)儲(chǔ)能。由于本船斷路器安裝了MCH齒輪電機(jī)，所以在彈簧每次合閘后都能自動(dòng)再儲(chǔ)能。當(dāng)電動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)故障時(shí)，也可以通過(guò)手柄手動(dòng)儲(chǔ)能，方法是拉下儲(chǔ)能手柄7次直到聽(tīng)到“啪嗒”聲，儲(chǔ)能狀態(tài)由discharged變?yōu)閏harged，即表示儲(chǔ)能成功。

2.1.4 斷路器的合分閘控制

斷路器的合分閘控制可直接按本體上的ON、OFF機(jī)械按鈕實(shí)現(xiàn)，此時(shí)合分閘是靠按下按鈕觸動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)釋放彈簧的儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)，如：按遠(yuǎn)程的電氣按鈕則合分閘是通過(guò)合分閘線(xiàn)圈的動(dòng)作代替人力觸動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

合閘線(xiàn)圈與分閘線(xiàn)圈外形結(jié)構(gòu)相同，見(jiàn)圖2，不同點(diǎn)是合閘線(xiàn)圈的頂桿平時(shí)是縮進(jìn)去的，得電時(shí)彈出頂動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)；分閘線(xiàn)圈頂桿平時(shí)是彈出來(lái)的，得電時(shí)縮進(jìn)去不會(huì)頂?shù)椒珠l機(jī)構(gòu)。所以要想斷路器合閘，分閘線(xiàn)圈一定要先得電，才會(huì)合閘成功。為了避免電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)波動(dòng)使分閘線(xiàn)圈欠壓或失電，造成開(kāi)關(guān)跳閘，分閘線(xiàn)圈前面會(huì)接入欠壓延時(shí)單元（MNR）（見(jiàn)圖3），可調(diào)整延時(shí)時(shí)間為0.5～3 s。

2.2 控制單元

Micrologic控制單元分為2.0、5.0、6.0、7.0等多種型號(hào)，功能也逐級(jí)加強(qiáng)。我輪采用的為2.0A和5.0A 2種。5.0A的可設(shè)定參數(shù)如圖4所示。

lr為長(zhǎng)延時(shí)電流設(shè)定，tr為長(zhǎng)延時(shí)跳閘延時(shí)，lsd為短延時(shí)脫扣電流設(shè)定，tsd為短延時(shí)跳閘延時(shí)，li為瞬時(shí)脫扣電流設(shè)定，ln為斷路器額定電流值。

長(zhǎng)延時(shí)電流整定值lr為刻度值×ln值求得，短路短延時(shí)lsd等于刻度值×lr值，短路短延時(shí)分為定時(shí)限和反時(shí)限，當(dāng)I2 t置于ON時(shí)，執(zhí)行的是反時(shí)限特性，在短路電流達(dá)到10 lr時(shí)執(zhí)行設(shè)定的短延時(shí)時(shí)間，短路電流在其他值時(shí)的脫扣時(shí)間參見(jiàn)反時(shí)限曲線(xiàn)；當(dāng)I2t置于OFF時(shí)，執(zhí)行的是定時(shí)限特性，在設(shè)定的lsd出現(xiàn)時(shí)執(zhí)行設(shè)定的短延時(shí)時(shí)間。2種選擇的目的是為了提高斷路器的級(jí)聯(lián)配合。

瞬動(dòng)電流值li等于刻度值×ln值。其中長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)可防止電纜過(guò)載；短延時(shí)保護(hù)防止配電系統(tǒng)阻抗短路；瞬時(shí)保護(hù)防止配電系統(tǒng)金屬性短路，瞬時(shí)保護(hù)的時(shí)間延時(shí)不可調(diào)，跳閘命令立刻送至斷路器，固定延時(shí)20 ms。

3 遠(yuǎn)程分閘線(xiàn)路圖分析

遠(yuǎn)程分閘失效除了了解了斷路器的相關(guān)知識(shí)外，還要具體查看接線(xiàn)原理圖進(jìn)一步確認(rèn)故障所在。遠(yuǎn)程分閘接線(xiàn)原理如圖5所示。

圖中Rr為延時(shí)單元，當(dāng)軸發(fā)正常運(yùn)行勵(lì)磁成功后，Rr的輸入端由母排經(jīng)變壓器輸入交流220 V，Rr的輸出端經(jīng)一系列觸點(diǎn)以及開(kāi)關(guān)和分閘線(xiàn)圈MN相連。要滿(mǎn)足軸發(fā)開(kāi)關(guān)合閘條件，則必須保證此回路暢通，假如有任一環(huán)節(jié)斷開(kāi)，即導(dǎo)致分閘線(xiàn)圈失電，不能合閘（未合閘時(shí)）或主開(kāi)關(guān)脫扣（合閘后）。其中，K136.9為主機(jī)停車(chē)信號(hào)連鎖；K135.9為分閘信號(hào)；K259.4為PLC輸出的異常脫扣信號(hào)；M143.2為PPU輸出的軸發(fā)逆功率信號(hào)連鎖；K259.5為差動(dòng)保護(hù)連鎖（差動(dòng)保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理工作的，差動(dòng)保護(hù)把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么正常時(shí)流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流相等，差動(dòng)電流等于零。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)被保護(hù)設(shè)備的電流和流出的電流不相等，差動(dòng)電流大于零，當(dāng)此電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置的整定值時(shí)，將被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開(kāi)。這里是用來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)的，當(dāng)繞組存在短路時(shí)，使主開(kāi)關(guān)脫扣）；K375.7為岸電合閘連鎖；16、19線(xiàn)號(hào)處所示電路為軸發(fā)開(kāi)關(guān)連鎖電路，如圖6所示。

含義是：當(dāng)軸發(fā)不恒速、岸電開(kāi)關(guān)合閘或者同時(shí)滿(mǎn)足1#軸發(fā)合閘，1#2#聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，1#2#柴發(fā)開(kāi)關(guān)任一一個(gè)合閘的情況下，2#軸發(fā)開(kāi)關(guān)不能合閘。

由此可見(jiàn)，分閘線(xiàn)圈MN除了負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程分閘功能，還負(fù)責(zé)各種保護(hù)分閘功能。如果發(fā)生故障，MN不能及時(shí)分閘，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

4 故障原因查找與分析

因?yàn)檫h(yuǎn)程合閘功能正常，也不會(huì)出現(xiàn)脫扣故障，則可以判斷Rr功能正常，所有回路中觸點(diǎn)閉合正常，分閘線(xiàn)圈MN能夠正常得電。正常情況下，當(dāng)按下手動(dòng)分閘按鈕時(shí)，繼電器K135.9得電，則串聯(lián)在分閘線(xiàn)圈回路中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使分閘線(xiàn)圈失電，彈出頂桿，推動(dòng)斷路器的機(jī)械分閘機(jī)構(gòu)，使斷路器分閘。由此可見(jiàn)，分閘失敗故障可能是分閘線(xiàn)圈回路沒(méi)有斷開(kāi)，線(xiàn)圈沒(méi)有失電造成的。為了判斷的正確性，我們測(cè)量了分閘按鈕SB135.8功能正常，又替換了繼電器K135.9。由于是偶發(fā)故障，在每次分閘時(shí)都打開(kāi)配電屏觀察繼電器K135.9的工作狀態(tài)。在故障又一次發(fā)生時(shí)，觀察到K135.9確實(shí)動(dòng)作，但分閘還是失敗了。可見(jiàn)分閘線(xiàn)圈當(dāng)時(shí)已經(jīng)失電，但斷路器沒(méi)有分閘，那故障范圍縮小到分閘線(xiàn)圈本身和斷路器本體的分閘機(jī)構(gòu)。于是，我們搖出斷路器本體拆出分閘線(xiàn)圈進(jìn)行檢查。檢查發(fā)現(xiàn)斷路器本體分閘機(jī)構(gòu)正常，當(dāng)手動(dòng)儲(chǔ)能后，用螺絲刀代替分閘線(xiàn)圈頂桿頂分閘機(jī)構(gòu)，斷路器能夠迅速分閘。檢查分閘線(xiàn)圈也未發(fā)現(xiàn)異常，用手按進(jìn)頂桿都能迅速?gòu)棾觯瑳](méi)有卡阻現(xiàn)象，由于偶發(fā)故障，也不敢斷定此線(xiàn)圈完全正常。為了確認(rèn)此線(xiàn)圈功能，我們模擬了線(xiàn)圈的工作環(huán)境，按照原理進(jìn)行通電試驗(yàn)，如圖7所示。

接好線(xiàn)路，通電后，線(xiàn)圈頂桿吸入，按下按鈕時(shí)，頂桿迅速?gòu)棾觯窗l(fā)現(xiàn)異常，隨著時(shí)間推移，不定時(shí)的按下按鈕，故障現(xiàn)象終于出現(xiàn)，有時(shí)頂桿彈出沒(méi)有那么迅速，可能會(huì)延時(shí)一兩秒鐘，最長(zhǎng)一次大概延時(shí)了30 s（一直按住按鈕，甚至斷開(kāi)總電源）。可見(jiàn)問(wèn)題正是出在此處。于是找到新的分閘線(xiàn)圈備件進(jìn)行更換，經(jīng)過(guò)以后的使用觀察，未發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程脫扣失敗的現(xiàn)象，故障得以排除。

此分閘線(xiàn)查找的圈為什么會(huì)有卡阻現(xiàn)象？而未通電時(shí)用手按壓卻很靈活，一直很令人困惑。對(duì)該線(xiàn)圈進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)此線(xiàn)圈是由線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)電路板和線(xiàn)圈本體兩部分組成。驅(qū)動(dòng)電路板上沒(méi)有大的電容等儲(chǔ)能元件，可以排除驅(qū)動(dòng)電路故障。當(dāng)卡阻時(shí)測(cè)量線(xiàn)圈溫度，大概有62℃，懷疑可能是隨著溫度的升高，產(chǎn)生熱漲效應(yīng)，而閥芯頂桿內(nèi)部配合間隙較小，導(dǎo)致卡阻。為了驗(yàn)證這個(gè)猜測(cè)，我們?cè)诖罱ǖ脑囼?yàn)電路旁放上冷卻風(fēng)扇，對(duì)線(xiàn)圈進(jìn)行散熱冷卻，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)，每次頂桿都能正常彈出，沒(méi)有卡阻現(xiàn)象。可見(jiàn)這個(gè)猜測(cè)是正確的，所以這次故障的根本原因正是由于分閘線(xiàn)圈的制造工藝出現(xiàn)瑕疵，造成性能不良所致。

參考文獻(xiàn)

[1] MASTERPACT___MT（H_L）用戶(hù)手冊(cè)[Z]. 上海：施耐德配電電器有限公司，2009.

[2] 施耐德Micrologic用戶(hù)手冊(cè)[Z]. 上海：施耐德配電電器有限公司，2009.

作者簡(jiǎn)介：

劉強(qiáng)，輪機(jī)長(zhǎng)，（E-mail）lq15641668122@163.com