MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜故障分析與對策

劉本生

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

1 MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜特點

抽屜式低壓開關(guān)柜是發(fā)電廠、變電站內(nèi)低壓配電場所常用的配電裝置。田灣核電站廠用電低壓配電設(shè)備(0.4kV及其以下電壓等級)均為抽屜式低壓開關(guān)柜，選型以ABB生產(chǎn)的MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜為主。MNS型低壓開關(guān)柜主體框架結(jié)構(gòu)基本上可免維護(hù)，安裝相應(yīng)規(guī)格的抽屜式組件，抽屜內(nèi)部根據(jù)用戶要求安裝各種相應(yīng)規(guī)格的電器標(biāo)準(zhǔn)元件。MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜具有如下特點：

(1) 單個抽屜內(nèi)故障電弧產(chǎn)生后不影響相鄰的抽屜組件；

(2) 內(nèi)部元件布置緊湊，柜體空間利用率較高;

(3) 柜體最大程度地做到了免維護(hù)；

(4) 對操作人員人身安全具有可靠保障；

(5) 具備防電弧能力；

(6) 電纜室控制電纜、動力電纜排列有序，便于檢查維修。

2 MNS型低壓開關(guān)柜故障分析

MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜主體框架結(jié)構(gòu)已做到最大限度免維護(hù)，但隨著抽屜運行時間的增加，部分開關(guān)零部件逐漸老化，開關(guān)柜的故障率也會有所增加。下面對MNS型抽屜式低壓開關(guān)在使用中曾出現(xiàn)的一些故障現(xiàn)象進(jìn)行介紹與分析。

2.1 EmAx型斷路器故障分析

EmAx型斷路器即俗稱的配電用自動空氣開關(guān)，它起著母線配電盤柜與上游廠用變壓器連接的重要作用。若自動空氣開關(guān)動作跳閘，其所連接的整個母線配電盤及下游負(fù)荷均將失去電源，若母線段配有母聯(lián)開關(guān)，則母聯(lián)開關(guān)動作合閘，母線段將恢復(fù)供電。田灣核電站現(xiàn)場400V低壓配電盤柜的進(jìn)線開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)均為EmAx型塑殼式自動空氣開關(guān)，主體框架結(jié)構(gòu)相同，均為可抽出式，后接線方式。在現(xiàn)場實際的運行過程中，配電用自動開關(guān)曾出現(xiàn)如下故障。

2.1.1 自動空氣開關(guān)跳閘

2006-09-25，1號機(jī)組1 BFE段母線進(jìn)線開關(guān)突然跳閘，當(dāng)時1 BFF段母線正通過母聯(lián)開關(guān)由1 BFE母線供電，最終導(dǎo)致1 BFE，1 BFF兩段母線同時失去電源。現(xiàn)場檢查，初步判定為1 BFE母線進(jìn)線斷路器動作跳閘。調(diào)出進(jìn)線開關(guān)脫扣器內(nèi)的參數(shù)發(fā)現(xiàn)，長延時選擇的額定電流為IN=250A，整定值為I1=0.4 IN=100A，延時時間t1=4s。顯然該設(shè)定值太小不符合要求。由于1 BFE母線負(fù)荷電流增加，電子脫扣器內(nèi)長延時保護(hù)動作，造成進(jìn)線開關(guān)跳閘。根據(jù)調(diào)試大綱，要求所有低廠變側(cè)(6kV/0.4 kV)低壓側(cè)電源進(jìn)線開關(guān)電子脫扣器保護(hù)設(shè)定值為：L過載值最大；S短路延時置OFF；I瞬時置OFF，其余相關(guān)保護(hù)均要求閉鎖。

經(jīng)核對，1 BFE進(jìn)線斷路器額定容量為2000A。于是將長延時額定電流選擇為IN=2000A，整定值調(diào)整為I1=1 IN=2000A，延時時間t1=114s。隨即又對1BFF母線段進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)的其它保護(hù)參數(shù)設(shè)定情況進(jìn)行了檢查，確認(rèn)符合調(diào)試大綱要求，同時對1號機(jī)組其它低壓開關(guān)柜進(jìn)線開關(guān)電子脫扣器內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行檢查。

當(dāng)然還有其它因素可能會導(dǎo)致自動空氣開關(guān)跳閘，具體如下：

(1) 母線過負(fù)荷或相間短路，進(jìn)線斷路器過載保護(hù)或短路保護(hù)動作。若發(fā)生上述故障，母聯(lián)開關(guān)備自投動作不成功，母線段徹底失去主回路電源。此時需檢查母線段母排有無明顯接地點或母線相間是否有短路現(xiàn)象。造成此類故障的主要原因有：①小動物進(jìn)入配電柜內(nèi)導(dǎo)致相間或相對地短路；②配電室內(nèi)進(jìn)水或母線被水淋濕造成母線絕緣降低。母線相間及各相對地線間絕緣值應(yīng)大于0.5MΩ。

(2) 就地人為誤動分閘按鈕或跳閘(t RIp)開關(guān)。在對低壓開關(guān)進(jìn)行定期巡檢時，需經(jīng)常性扳動進(jìn)線開關(guān)控制柜面板上的電流表和電壓表轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便記錄當(dāng)值母線運行電壓和電流。由于跳閘開關(guān)旋鈕與電壓表或電流表的轉(zhuǎn)換開關(guān)類似，且也在進(jìn)線控制柜面板上，因而在巡檢時很容易將其誤認(rèn)為是轉(zhuǎn)換開關(guān)。2005年11月，某員工在巡檢1 BNA母線時就錯誤地扳動了跳閘(t RIp)開關(guān)，導(dǎo)致1 BNA母線段進(jìn)線開關(guān)動作，母線失電。顯然這也是MNS型低壓開關(guān)柜在設(shè)計上存在的缺陷。為防止以后再次發(fā)生類似事故，在就地分合閘按鈕或跳閘開關(guān)上加裝了透明保護(hù)蓋。

(3) 控制系統(tǒng)誤觸發(fā)跳閘信號。若進(jìn)線開關(guān)跳閘后經(jīng)仔細(xì)檢查未發(fā)現(xiàn)開關(guān)本身有故障，則需對控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)有無跳閘信號觸發(fā)，消除潛在的隱患。

2.1.2 自動空氣開關(guān)無法合閘

原因分析：

(1) 儲能彈簧未儲能或未儲能完全。這種情況主要是發(fā)生在手動合閘時，可能是由于操作人員不熟悉手動合閘操作步驟造成的。此時需對空氣開關(guān)再次手動儲能，當(dāng)聽到“當(dāng)”的響聲時，表示儲能完全，即可手動合閘。

(2) 空氣開關(guān)上蘭色按鈕(跳閘機(jī)械指示)彈出。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是空氣開關(guān)上次是由于故障跳閘斷開，跳閘機(jī)械指示彈出。將其復(fù)位后，再對其進(jìn)行合閘操作即可。

(3) 儲能電機(jī)損壞。主要原因可能是由于控制系統(tǒng)電壓不穩(wěn)導(dǎo)致電機(jī)損壞或儲能電機(jī)使用年久老化造成。此時需檢查儲能電機(jī)的絕緣及直阻是否滿足要求，若確認(rèn)電機(jī)損壞則應(yīng)更換。

(4) 控制電源異常，儲能電機(jī)無法電動儲能。主要原因可能是進(jìn)線開關(guān)二次回路接線端子接觸不良或控制回路電源失去。首先需確認(rèn)控制回路電源是否正常，然后再檢查接線端子接觸是否良好。消除故障，將開關(guān)置于合閘位，儲能電機(jī)即自動儲能。

2.2 抽屜式負(fù)荷開關(guān)常見故障分析

抽屜開關(guān)經(jīng)常要根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的需求而改變運行方式，也就是要進(jìn)行斷電或送電等操作，因而經(jīng)過一段時間的運行之后，抽屜開關(guān)內(nèi)部電氣回路或機(jī)械部分難免會出現(xiàn)一些故障。

2.2.1 常見電氣故障分析

2.2.1.1 抽屜內(nèi)負(fù)荷跳閘或故障報警

這是由于負(fù)荷過載造成的。主要原因：

(1) 抽屜開關(guān)下游電氣設(shè)備有接地或短路現(xiàn)象。此時需檢查負(fù)荷電纜是否破損，絕緣是否偏低等；

(2) 下游轉(zhuǎn)動設(shè)備，像電動閥門、水泵、風(fēng)機(jī)等有堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象；

(3) 熱偶SK-10或熱繼電器本身機(jī)械故障。

在以往的維修經(jīng)歷中發(fā)現(xiàn)，開關(guān)熱偶或熱繼動作的缺陷占的比例較大，尤其是電動閥門開關(guān)抽屜，電動閥門就地一過力矩，抽屜開關(guān)熱偶就可能動作。若是由于負(fù)荷故障導(dǎo)致熱偶動作，消除負(fù)荷故障后，將抽屜開關(guān)旋鈕擰到分閘位，重新合閘，即可對熱偶進(jìn)行復(fù)位。對于熱繼電器，則可通過抽屜面板上的復(fù)位按鈕復(fù)位。

2.2.1.2 抽屜合閘送電后主控或就地?zé)o送電顯示

主要原因如下：

(1) 抽屜間隔內(nèi)二次回路端子脫落。二次端子兩側(cè)固定卡片磨損，在抽屜開關(guān)推入的過程中，抽屜間隔二次端子脫離固定位置。此時需更換端子排。這種故障現(xiàn)象在現(xiàn)場曾多次發(fā)生，多數(shù)情況下都是由于在送電的過程中對開關(guān)操作不當(dāng)。送電前需對抽屜間隔進(jìn)行仔細(xì)檢查，若二次端子已經(jīng)松動或脫落，應(yīng)及時進(jìn)行維修。

(2) 控制回路220V交流電源失去或24V直流信號電源失去?？赡艿脑蛴校孩?二次回路端子排上接線松動或脫落；② 開關(guān)內(nèi)部二次回路保險管熔斷。此時應(yīng)檢查開關(guān)內(nèi)二次接線回路絕緣是否異常；③ 開關(guān)內(nèi)部二次回路空開Q1未合閘，這一點在送電前對開關(guān)進(jìn)行仔細(xì)檢查就可以避免。

(3) 抽屜內(nèi)部主開關(guān)輔助觸點故障導(dǎo)致合閘信號未發(fā)出。此時應(yīng)采取如下措施：① 檢查主開關(guān)Q0輔助觸點各常開、常閉接點是否正常。若異常則更換備件；② 檢查輔助觸點與主開關(guān)的機(jī)械配合是否緊湊。若輔助觸點脫落或松動也將導(dǎo)致合閘后無送電顯示，此時需重新對輔助觸點進(jìn)行安裝。

2.2.1.3 主控顯示母線段故障報警或低電壓報警

原因分析如下：

(1) 母線段進(jìn)線開關(guān)上方控制柜內(nèi)K15故障繼電器動作，發(fā)出故障信號至主控。該故障繼電器的信號來自各個負(fù)荷抽屜開關(guān)，任何一個與其相連的抽屜開關(guān)Q0脫扣跳閘，故障繼電器就會動作。此時可檢查母線段各個抽屜的運行狀態(tài)，利用排除法，確認(rèn)可能脫扣的抽屜開關(guān)(一般情況下，抽屜開關(guān)旋鈕在合閘位，而OFF燈亮，則有可能是脫扣跳閘)。然后通過拔除抽屜二次端子排上H9或H10引線，確定脫扣跳閘的抽屜，斷開對應(yīng)的抽屜開關(guān)，故障信號即消失。H9或H10是抽屜主開關(guān)脫扣故障信號線，有220V交流電壓，開關(guān)在合閘狀態(tài)下，拔除H9或H10引線不會改變抽屜的運行狀態(tài)。

(2) 低電壓繼電器F21動作。檢查母線電壓有無明顯波動。如母線電壓無波動則可能是低電壓繼電器故障，此時需對低電壓繼電器進(jìn)行校驗。1 BKB母線段低電壓繼電器就曾經(jīng)動作過，經(jīng)檢查確認(rèn)為低電壓繼電器F21故障所致。所有低壓廠變(6kV/0.4kV)低壓側(cè)電源進(jìn)線開關(guān)低電壓整定值：F21≤40% Un；K9=1.7s，K15=2s。

2.2.1.4 抽屜溫度過高

抽屜溫度過高的主要原因可能是過負(fù)荷或接線松動，應(yīng)采取如下措施：

(1) 檢查主回路開關(guān)與接觸器容量是否與負(fù)荷額定容量匹配，開關(guān)冗余度是否合適。

(2) 檢查負(fù)荷運行電流是否超過其額定電流，若運行電流異常，則應(yīng)停機(jī)對負(fù)荷進(jìn)行檢查。

(3) 檢查抽屜內(nèi)部開關(guān)及接觸器的端子接線是否松動。

抽屜溫度過高是一個較為嚴(yán)重的問題，下面就現(xiàn)場出現(xiàn)的一個實例作一說明。

2005年底1號機(jī)組熱試期間，穩(wěn)壓器電加熱器的電源開關(guān)曾多次出現(xiàn)過跳閘現(xiàn)象。每次檢查都發(fā)現(xiàn)是主開關(guān)脫扣跳閘，但測量電加熱器的絕緣都符合要求。后經(jīng)現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)抽屜內(nèi)部溫度高達(dá)60℃(標(biāo)準(zhǔn)為不超過40℃)，柜體溫度嚴(yán)重超標(biāo)。測量電加熱器運行電流約140A左右，未超過其額定電流，而抽屜內(nèi)部斷路器額定容量為112A～160A(40℃)，接觸器額定容量為145A。經(jīng)分析為抽屜內(nèi)部元件額定容量的冗余度偏小，導(dǎo)致元件發(fā)熱。當(dāng)然抽屜式開關(guān)布置較緊湊不利于散熱也是一個很重要的原因。隨著溫度增加，抽屜內(nèi)斷路器載荷能力下降，由此惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致斷路器過流跳閘。后經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)接觸器和主開關(guān)的觸頭均有不同程度的受熱打火拉弧跡象。為徹底解決故障，最終將抽屜內(nèi)部主開關(guān)的額定容量更換為250A，接觸器的額定容量更換為185A。由于開關(guān)的冗余度增加，抽屜發(fā)熱量下降，最終解決了溫度過高問題。

2.2.2 常見的機(jī)械故障分析

2.2.2.1 抽屜主開關(guān)無法旋到合閘位

原因分析如下：

(1) 主開關(guān)與旋鈕之間的連桿松脫。此類故障發(fā)生的幾率也很大，隨著抽屜操作次數(shù)的增加，主連桿與斷路器之間固定螺絲會松動，需重新調(diào)整連桿的長度并將其固定。

(2) 抽屜操作機(jī)構(gòu)故障。應(yīng)采取如下措施：①檢查操作機(jī)構(gòu)與旋鈕連接部件是否完好，不好則更換；② 檢查抽屜底部定位滾動滑輪是否完好，不好則更換。

抽屜底部定位滾動滑輪在現(xiàn)場的使用過程中損壞頻率較高。主要原因是抽屜在推入或拉出的過程中，旋鈕易從抽拉位置彈到分閘位，此時滾輪凸出，進(jìn)入軌道定位孔，受到外力推拉。

(3) 主開關(guān)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)故障。此類故障發(fā)生的幾率較低，主要是由于主開關(guān)操作次數(shù)增加，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)失靈造成。

2.2.2.2 抽屜卡住無法抽出或推入

此類故障主要是由于抽屜底部導(dǎo)向槽與抽屜間隔導(dǎo)軌錯位或抽屜卡澀造成。在進(jìn)行抽屜推拉操作時，若操作不當(dāng)很容易造成抽屜卡住。應(yīng)嚴(yán)格按抽屜操作的注意事項執(zhí)行，在推入抽屜之前一定要保證導(dǎo)軌上有適當(dāng)潤滑脂(醫(yī)用凡士林等）。抽屜底部導(dǎo)向槽與導(dǎo)軌錯位主要是由于抽拉時，抽屜受力偏移造成，因此抽拉時用力應(yīng)沿著導(dǎo)軌方向。

2.2.2.3 抽屜開關(guān)無法正常隔離

對于8 E/4或8 E/2規(guī)格的抽屜，其主要原因有：

(1) 旋鈕上的隔離環(huán)損壞；

(2) 抽屜開關(guān)旋鈕未完全置于隔離位置。

旋鈕上的隔離環(huán)及其固定軸均為塑料材質(zhì)，若抽屜旋鈕未完全達(dá)到隔離位而強(qiáng)行摳起，則很容易損壞隔離環(huán)。

對于8 E及以上規(guī)格的抽屜，主要原因是抽屜底部滾輪操作機(jī)構(gòu)損壞,這也是由于操作不當(dāng)造成的。

低壓開關(guān)柜的機(jī)械故障在調(diào)試期間出現(xiàn)的頻率較高，主要是操作人員未熟練掌握操作方法所致。隨著機(jī)組的正常運行，現(xiàn)場操作人員的操作技能逐漸成熟，低壓開關(guān)柜的機(jī)械故障將逐步降低。

3 MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜故障預(yù)防措施

為了降低低壓開關(guān)柜運行期間的故障率，對其進(jìn)行定期的維護(hù)與保養(yǎng)十分必要。正常運行期間應(yīng)對低壓開關(guān)進(jìn)行定期巡檢，停機(jī)大修期間應(yīng)逐一對各個盤柜抽屜進(jìn)行徹底檢查維護(hù)。

3.1 EmAx型斷路器檢查維護(hù)

根據(jù)空氣開關(guān)工作環(huán)境要求，建議對田灣核電站現(xiàn)場使用的EmAx型塑殼式自動空氣開關(guān)每4年進(jìn)行一次檢查維護(hù)。維護(hù)的內(nèi)容包括：

(1) 對斷路器內(nèi)部滅弧罩等部件除塵；

(2) 檢查開關(guān)分合性能是否良好；

(3) 檢查滅弧觸頭與主觸頭有無電弧燒傷痕跡；

(4) 緊固內(nèi)部各元件緊固螺栓；

(5) 檢查各限位觸點導(dǎo)通性能是否良好；

(6) 檢查分、合閘線圈回路是否有開路或短路的情況；

(7) 轉(zhuǎn)動部件涂抹潤滑脂；

(8) 檢查儲能電機(jī)是否正常；

(9) 合閘狀態(tài)下檢查滅弧觸頭與靜觸頭之間間隙應(yīng)在1.2mm～1.8mm。

這里需要注意的是，在檢查維護(hù)EmAx開關(guān)前一定要將儲能機(jī)構(gòu)釋能。

3.2 抽屜開關(guān)日常巡檢與檢查維護(hù)

3.2.1 日常巡檢內(nèi)容

(1) 通過進(jìn)線柜下方測量母排的溫度。

(2) 測量負(fù)荷電纜端子端接處及負(fù)荷抽屜內(nèi)部的溫度。

(3) 目測負(fù)荷接線端子處有無明顯的打火燒傷痕跡。

(4) 通過嗅覺檢查盤柜處有無異常氣味。

(5) 檢查各盤柜抽屜指示燈指示是否正常。

MNS型低壓開關(guān)柜允許短時工作環(huán)境最高溫度為40℃，若發(fā)現(xiàn)盤柜本體或環(huán)境溫度過高，則應(yīng)查找溫度偏高的原因，消除潛在隱患。

3.2.2 年度檢查維護(hù)內(nèi)容

(1) 對盤柜抽屜內(nèi)部除塵。

(2) 檢查抽屜內(nèi)部元件及接線。

(3) 檢查二次回路接線端子并緊固。

(4) 檢查抽屜開關(guān)分合及導(dǎo)通性能是否良好。

(5) 一次接線端子緊固檢查，各種螺栓緊固力矩如表1所示。

表1 螺栓緊固力矩

(6) 對抽屜內(nèi)部繼電器進(jìn)行校驗；

(7) 對電流表、電壓表進(jìn)行校驗；

(8) 檢查三相母排相間及各自對地的絕緣。

在對低壓開關(guān)抽屜進(jìn)行檢查維護(hù)時，需要將各個抽屜抽出，置于檢修位置；在回裝抽屜時一定要看清抽屜面板上的KKS碼標(biāo)識，按照其原有位置回裝，切勿放錯抽屜間隔，否則會給以后的系統(tǒng)運行及隔離維修帶來嚴(yán)重的危害。

4 結(jié)束語

MNS型抽屜式低壓開關(guān)柜是電站廠用電低壓配電(0.4kV)系統(tǒng)的重要配電設(shè)備，低壓開關(guān)柜的正常運行與否直接影響到機(jī)組的安全運行。為保證低壓開關(guān)的可靠運行，不僅要對低壓開關(guān)進(jìn)行有效的維修和定期的檢查維護(hù)，同時熟練正確的操作方法也至關(guān)重要。相信通過現(xiàn)場對低壓開關(guān)的操作與維修經(jīng)驗的積累，低壓開關(guān)柜的故障也將越來越少，從而為機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定運行提供有力保障。

1 陳化鋼, 潘金鑾, 吳躍華. 高低壓開關(guān)電器故障診斷與處理. 北京: 中國水利水電出版社, 2000. 229-244