關于某電廠工控計算機電源故障導致上游空氣開關越級跳閘問題的研究

李實 欒寶紅

【摘 要】為了分析并解決工業(yè)計算機電源故障導致上游空氣開關越級跳閘問題，通過研究空氣開關的設計合理性，發(fā)現(xiàn)原設計的開關級聯(lián)匹配存在缺陷，即兩級開關不具備保護選擇性。根據(jù)研究的結(jié)論確定方案，對原有設計進行變更，使用新型號的開關進行匹配，從而實現(xiàn)短路故障情況下的級聯(lián)開關保護。

【Abstract】In order to analyze and solve the problem of override trip of upstream air switch caused by the power failure of the industrial computer， through studying the rationality of the design of the air switch， it finds that the switch cascade matching of the original design is defective， that is， the two stage switch has no protection selectivity. According to the conclusion of the study， we decide to change the original design and match it with the new type of switch， so as to realize the cascade switch protection under the condition of short circuit fault.

【關鍵詞】工控計算機；電源短路；級聯(lián)開關；跳閘；保護選擇性

【Keywords】industrial control computer； power supply short circuit； cascading switch； tripping； protection selectivity

【中圖分類號】TD611 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0175-02

1 研究內(nèi)容及分析過程

1.1 研究背景

電廠某監(jiān)視系統(tǒng)機柜006AR整體失電，導致該系統(tǒng)上位機、記錄儀不可用，盤臺上的軸向功率偏差無法監(jiān)視。檢查發(fā)現(xiàn)601/605JA開關跳閘，LNE411（006AR機柜供電開關）開關顯示合閘狀態(tài)但是下游無輸出電壓。設備接線示意圖如圖1。

初步分析認為605JA下游負荷（002HD工控計算機，為主控LOCA監(jiān)視系統(tǒng)的備用冗余設備）偶發(fā)故障，導致LNE-411和601JA（定值均為16A）跳閘。重新送電后（605JA下游負荷未送電），恢復LOCA監(jiān)視系統(tǒng)可用，期間短時閉鎖保護信號。此故障的影響是導致部分監(jiān)測功能的臨時失去。

1.2 研究方法

1.2.1 研究思路

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，導致002HD上游開關605JA、006AR機柜電源總開關601JA和上游開關LNE411同時跳閘的原因如下：

①主要故障： 002HD工作站電源內(nèi)部短路，產(chǎn)生的短路電流導致上游開關過載動作。

②開關設計問題：上級開關設計不合理，導致上、下游開關同時跳閘，下游開關沒有起到保護上游開關的作用。

1.2.2 研究方法

通過研究級聯(lián)短路器之間的保護選擇性，分析開關設計的合理性。

保護選擇性，以下簡稱選擇性，是指自動保護裝置之間的協(xié)調(diào)配合，使電網(wǎng)任意點的故障可以僅由故障直接上一級的開關排除。

完全選擇性，故障點的所有故障電流值，從過載到非電阻性短路電流，分開關打開，上級保持閉合。

部分選擇性，如果全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性，但是可能在某一較低故障值時（選擇性極限值）上、下級具有選擇性，稱為部分選擇性。

無選擇性，故障發(fā)生時，兩級開關都打開。

1.3 問題剖析

601JA及下游分開關都是施耐德IC65N型號，其中601JA是IC65NB16，其他分開關是IC65NB6，B16是指脫扣特性曲線為B曲線，最大負載為16A，以此類推。

以分開關605JA為例，額定電流是6A，上級開關601JA，額定電流16A，查詢保護選擇性表格（見圖2），選擇性限值為64A，含義是超過64A的負載電流，則上下級開關失去選擇性，即605JA/601JA同時脫扣。

601JA與上游LNE-411內(nèi)直流開關001JA（型號為EP102-B20，脫扣曲線為B曲線，額定電流為20A），同樣是B曲線，可以參考保護選擇性表格（見圖3，查詢表格選擇性限值為空，即無選擇性，含義是如果601JA脫扣，則LNE-411開關同時脫扣。也就是說當短路電流大于選擇限值，三級開關同時跳閘，選擇性保護配合不當，增大了失電范圍。

1.4 結(jié)論驗證與實踐

1.4.1 總體思路

①根據(jù)短路電流保守估計最大值來選擇上下級開關的保護特性曲線。

②在滿足開關下游負荷電流的前提下，選擇額定電流較小的開關，增大開關的內(nèi)阻，減小短路電流。

1.4.2 技術方案

①將605JA的額定電流改成3A，脫扣特性曲線改為C曲線。更換開關后開關躲沖擊電流能力和原來相當，開關額定電流大于負荷額定電流，滿足現(xiàn)場需求。

②為避免006AR中其他電流為6A的分開關發(fā)生同樣的故障，將這些開關全部更換為型號是C60N C3A 2P的開關，后其躲避沖擊電流能力和原來相當，額定電流均大于負荷額定電流，能滿足現(xiàn)場需求。

③電源開關601JA和LNE-411跳閘的影響范圍相同，是同一級別的開關，沒有選擇性要求，都換成20A，脫扣特性曲線改為D曲線的開關。

更換開關后，短路電流由原來的606A降低至235A（短路電流估算值）。實際由于系統(tǒng)運行非無窮大系統(tǒng)以及斷路器自身的限流能力，因此短路電流將會比計算值有所降低。從保護選擇性表知，理論上在250A以內(nèi)在設計變更改造后的配置可滿足選擇性要求。

1.4.3 實施效果

現(xiàn)場實施前在試驗室進行短路電流驗證，只有605JA跳閘，601JA和LNE-411均正常運行。設計變更后，006AR相關設備運行一年，沒有出現(xiàn)開關越級跳閘的問題。

2 結(jié)論

通過對601JA、605JA、LNE-411開關之間保護選擇性的研究，得出如下結(jié)論：

①電源開關級聯(lián)配合設計不合理，導致上下游開關同時跳閘，下游開關沒有起到保護上游開關作用。006AR工控機故障，導致其電源開關605JA和上游電源開關601JA/LNE-411同時跳閘，006AR失去工作電源。

②605JA、601JA、LNE-411的開關容量分別為6A、16A、20A，跳閘曲線都是B型脫扣曲線，上下游開關的級聯(lián)配合不合理，導致上述問題的發(fā)生。

③通過重新設計空開級聯(lián)匹配，改進此監(jiān)視系統(tǒng)空開和LNE空開之間的保護選擇性，通過兩輪大修實施更換實現(xiàn)了上述設計內(nèi)容。006AR相關設備運行1年無越級跳閘故障再現(xiàn)。