MCC控制原理及常見故障分析與處理

吳楠

【摘 要】我廠MCC數(shù)量多，且分布在多個區(qū)域，時常會出現(xiàn)一些小的故障。本文主要對MCC的結(jié)構(gòu)，重點是控制邏輯進行簡單的介紹和總結(jié)，并對MCC常見的故障以及處理方法進行分析和探討。

【關(guān)鍵詞】MCC部件;控制原理;常見故障

中圖分類號： TG659 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）07-0059-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.025

【Abstract】In our plant，there are many MCCs，and they are distributed in a number of regions，often there will be some small fault.In this paper，the structure of MCC，especially the control logic is introduced and summarized，and common fault and treatment method for the MCCs will be analyzed and discussed.

【Key words】Structure of MCC;The control theory;Common fault

0 引言

MCC實際上就是功率較低的開關(guān)柜，主要起到“承上啟下”的作用，即400V母線通過MCC配電，向下級負荷供電。負荷主要包括：小于100馬力的電機、小于100kW的電加熱器、焊接插座、220V PP配電盤等。

MCC間隔內(nèi)部部件主要有：斷路器、接觸器、控制變壓器以及二次側(cè)熔絲、過載保護繼電器、低壓保護繼電器和中間繼電器、零序CT和變送CT、接地保護繼電器、NORMAL/BYPASS開關(guān)等。MCC時常出現(xiàn)一些故障，作為運行人員，應(yīng)對MCC控制原理有一定了解并對故障做出初步判斷，這對故障的排除有著重要意義。

1 MCC間隔部件介紹

我廠的400VMCC來自兩個供貨商，其一是美國的Cutler-Hammer公司，MCC型號為Freedom 2100，其二是德國的穆勒（Moeller）公司，其MCC型號為Modan 2000或3000。這兩個供貨商生產(chǎn)的MCC外觀及結(jié)構(gòu)略有不同，同是Cutler-Hammer公司生產(chǎn)的也有分為兩種。常規(guī)島區(qū)域MCC的48V控制電源燈和繼保裝置與對應(yīng)的負荷開關(guān)安裝在在同一個間隔內(nèi)，而NSP區(qū)域MCC上有幾個獨立的間隔，集中布置了相鄰兩列負荷開關(guān)的48V控制電源燈和繼保裝置。Modan 2000或3000的MCC將所有負荷開關(guān)的48V控制電源燈和就地報警選擇小開關(guān)集中安裝在一個較大的間隔內(nèi)。

1.1 斷路器

MCC斷路器主要有兩種：HFD型和HMCP型。上述兩種斷路器均為Westinghouse系列C型的模壓外殼式斷路器。手柄進行操作，操作機構(gòu)是快速合閘、快速斷開、自由脫扣型的。開關(guān)有ON、TRIP、OFF、（RESET）三個位置，它的主觸頭是銀合金觸頭，具有良好的接觸面和導(dǎo)電能力，而且有很好的防氧化能力。開關(guān)內(nèi)裝有滅弧罩。開關(guān)面板上的PUSH-TO-TRIP按鈕，可以用來手動檢查脫扣機構(gòu)是否正常。另外，可以根據(jù)需要添加輔助觸點、接地保護模塊繼電器以及跳閘線圈。HFD型開關(guān)有固定的磁跳保護和熱保護，HMCP型開關(guān)只有可調(diào)的磁跳保護，沒有熱保護。

1.2 接觸器

MCC上的接觸器主要起到通斷負荷電流的作用，其主要特點是可用來頻繁地導(dǎo)通和切斷負荷，配合繼電器可以實現(xiàn)對負荷的自動控制并具有一定的滅弧能力。為完成馬達的正反轉(zhuǎn)和高低速要求，部分開關(guān)還安裝有不同組合的專用接觸器。

1.3 控制變壓器

控制變壓器400V/120V提供控制電源到接觸器線圈、低電壓繼電器，根據(jù)不同的要求，容量主要有：100VA、150VA、200VA、250VA。

1.4 過載保護繼電器和熱偶片

過載保護繼電器可以選擇A、B、C、D各位置調(diào)節(jié)熱偶片的動作電流大小，可以選擇自動（A）和手動（M）過載復(fù)位模式，一般選M檔。熱偶片型號的選擇由負荷的FLC（滿負荷電流）和是否裝有變送CT決定。如果裝有變送CT，熱偶片應(yīng)根據(jù)FLC/CT變比進行選擇。

1.5 接地保護繼電器

該繼電器為GFR型，有A、B、C、D四個啟動電流整定值和1、2、3、4四個延遲時間整定值。在正面的面板上還有“RESET/TRIPPED”開關(guān)，當(dāng)接地保護動作時該開關(guān)將自動從正常運行時的RESET位置打到TRIPPED位置。

1.6 NORMAL/BYPASS開關(guān)

該開關(guān)在間隔正常投運期間應(yīng)打到NORMAL位置。當(dāng)間隔內(nèi)的3相電源電壓失去或電壓過低時，就使控制變壓器400V/120V二次側(cè)的120V控制回路不能導(dǎo)通，此時，就地出現(xiàn)MCC頂燈和間隔報警燈亮以及主控室產(chǎn)生MCC的CI報警;等到運行人員到現(xiàn)場確認故障負荷后，必須將開關(guān)打到BYPASS位置以消除MCC頂燈、主控室的報警，這樣才不會影響報警系統(tǒng)對別的設(shè)備間隔的報警監(jiān)視。如果間隔為備用或者負荷長期不需投入時，應(yīng)將開關(guān)置于BYPASS位置，以便避免這些間隔產(chǎn)生誤報警的可能性。

2 MCC控制原理

2.1 MCC報警頂燈控制邏輯

在MCC頂部的兩端各有一個MCC報警燈，任意一個MCC負荷發(fā)生過載保護或開關(guān)跳閘都會自動點亮該報警燈，同時點亮該開關(guān)的48V直流報警小燈，觸發(fā)主控室報警，邏輯圖如下：

如圖所示，當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)在NORMAL位置時，任何一個開關(guān)間隔失電，會使低電壓報警繼電器27失電動作，造成延時報警繼電器R3失電，觸發(fā)報警頂燈亮，同時延時報警繼電器R3的輔助觸點會觸發(fā)主控室報警。當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)置于BYPASS位置后，報警消除。

2.2 MCC開關(guān)間隔報警小燈控制邏輯

如圖所示，當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)在NORMAL位置時，任何一個開關(guān)間隔失電，會使低電壓報警繼電器27失電動作，造成開關(guān)間隔報警小燈點亮。當(dāng)NORMAL/BYPASS開關(guān)置于BYPASS位置后，報警消除。

2.3 MCC開關(guān)間隔接線類型

根據(jù)負荷保護的需要，部分開關(guān)配備有熱過載繼電器（49）和配套的接觸器提供過熱保護（即熱跳）。對于大馬力的負荷，開關(guān)還配備有接地故障繼電器（50G）提供接地跳閘保護。為完成馬達的正反轉(zhuǎn)和高低速要求，部分開關(guān)還安裝有不同組合的專用接觸器。

根據(jù)負荷以及控制回路要求的不同，間隔的主要接線類型以及配置如下：

1）加熱器負荷 例如：3831系統(tǒng)加熱器，主要配置為一個HFD開關(guān)并帶有一個PLC控制回路和一個接地保護回路等，邏輯圖如下：

2）電動機負荷 例如：慢化劑泵小電機3211-PM3，主要配置為一個HMCP開關(guān)并帶有一個繼電器直接控制回路、一個過載保護回路和一個接地保護回路等，邏輯圖如下：

3）電動閥負荷 例如：ECC系統(tǒng)重水隔離閥，主要配置為一個HMCP開關(guān)并帶有一個繼電器直接控制回路、一個過載保護回路，并有兩個接觸器以便實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，邏輯圖如下：

3 MCC常見的故障以及處理方法

3.1 控制回路熔絲故障

自04年12月以來曾多次發(fā)生電動閥的MCC開關(guān)在閥門沒有動作的情況下出現(xiàn)“熱跳”，具體有04年12月4日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110）、04年12月5日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110）、05年4月30日1-5434-MCC7/2RH（1-7120-MV4107）、05年5月17日1-5434-MCC7/5FM（1-4321-MV4107）、05年5月18日1-5434-MCC8/5RH（1-7120-MV4110），上述MCC開關(guān)間隔內(nèi)熱繼電器發(fā)生“熱跳”時相應(yīng)的電動閥保持開位，沒有動作，且熱繼電器無法手動復(fù)位。

在上述缺陷檢查中，均未發(fā)現(xiàn)熱偶保護動作，而相關(guān)缺陷的原因均為控制回路熔絲故障。經(jīng)技術(shù)人員對問題熔絲進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該型號熔絲（型號：FNM-1-4/10，生產(chǎn)廠家BUSSMAN）兩側(cè)的端子帽與熔斷體間為插件式固定，而這種固定方式固定不緊固，存在松動、虛接或斷接問題，當(dāng)熔絲不通時，負荷的控制回路失電，MCC電源隔間內(nèi)的低電壓報警繼電器27失電動作，從而導(dǎo)致故障現(xiàn)象為MCC隔間就地報警指示燈亮，開關(guān)仍在合閘位置。上述故障表象與MCC熱跳保護動作的故障現(xiàn)象基本相同，但缺陷的根本原因均為控制回路熔絲故障（設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理），并非熱跳保護動作，手動復(fù)位熱跳繼電器的操作也就不會成功。

3.2 MCC母線由備用電源供電時主控報警及就地頂燈報警被屏蔽

目前我廠對MCC的臨時電源永久改造所采用的是通過切換銅排互聯(lián)的形式，正常運行時將銅排斷開，在大修時使用TMOD進行連接銅排，從而實現(xiàn)MCC電源之間的奇偶互送功能，保證大修電源通道檢修時的電源供應(yīng)。當(dāng)MCC母線由備用電源供電時，將MCC開關(guān)置于TRIP位置，同時將NORMAL/BAPASS選擇操作手柄置于NORMAL位置，就地的頂燈以及主控均無報警。

造成上述現(xiàn)象是因為我廠MCC頂燈報警回路及主控CI報警信號，均通過MCC報警繼電器R3動作后發(fā)出。而報警繼電器回路并聯(lián)了MCC主電源小車開關(guān)的常閉觸點，當(dāng)主電源小車開關(guān)斷開時，常閉觸點接通，報警繼電器R3將不會動作。因此，當(dāng)切換到備用電源供電時，主電源斷開，報警繼電器R3將被短接，MCC頂燈及主控均不會出現(xiàn)報警。

后經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員評估認為：MCC備用電源為大修母線停電期間短時使用，在電源優(yōu)化項目實施之前，一直采用臨時電纜為MCC重要負荷提供電源。由于備用電源只作為臨時電源短時使用，如果要在備用電源使用的同時，實現(xiàn)MCC頂燈及主控報警回路正常，需要對全廠所有400V母線小車開關(guān)及MCC報警回路進行改造，改造涉及設(shè)備包括TB411和UPS間大部分盤柜，及主控MCC報警回路等，人力和物力投入成本十分可觀，且風(fēng)險很大，不具備可操作性。同時，對MCC由臨時電源供電時需投入的重要負荷進行評估，發(fā)現(xiàn)當(dāng)所投入的負荷短時失電后，均在主控或就地盤臺有報警出現(xiàn)。另外，各個MCC間隔本身具有零序保護、熱保護等電氣保護功能，完全可以保證設(shè)備本身的安全。鑒于上述原因，未采取設(shè)計變更。

3.3 MCC開關(guān)保護整定值不合理

2008年4月18日，在對2-5433-MCC17A的供電進行切換時，出現(xiàn)220V充電器2-5551-RF4A的MCC進線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E跳閘，使得充電器2-5551-RF4A進線失電停役，進行處理后，恢復(fù)送電成功;2008年4月24日，對2-5433-MCC17A的供電進行切換時，再次發(fā)生2-5551-RF4A的MCC進線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E跳閘，對故障進行處理后，恢復(fù)送電成功。

經(jīng)過分析初步懷疑是由于MCC開關(guān)保護整定值不合理造成，隨后維修人員進行了模擬試驗：從2-5433-MCC17A/1E連接臨時電源對充電器2-5551-RF4A進行供電試驗，并在電源回路中安裝了一只備用電源開關(guān)，對充電器2-5551-RF4A送電試驗共進行了三次，三次試驗都成功，充電器電源開關(guān)，備用電源開關(guān)都沒有出現(xiàn)跳閘問題。試驗過程中維修人員在充電器2-5551-RF4A進線電源開關(guān)處測得三相最大激磁涌流分別為2112A、2816A和2310A，而原保護整定值偏低。

依據(jù)試驗結(jié)果，維修人員將充電器2-5551-RF3A和RF4A電源開關(guān)保護定值進行了如下調(diào)整：

1）調(diào)整短延時相過流速斷保護的動作值：從原來的Ipp=2100A調(diào)整到Ipp=8*350A=2800A;

2）調(diào)整零序過流保護的定值：動作值從Ipn=120A調(diào)整到Ipn=2*120A=240A，原延遲動作時間時間t=0s調(diào)整到t=300ms。

3）調(diào)整MCC上級400V母線開關(guān)5433-BUL-B4以及5433-BUK-B4零序過流保護的定值：動作時間從t=0.3s調(diào)整到t=0.5s，動作值保持不變（400A）。

定值調(diào)整后，經(jīng)過2-5433-MCC17A切換試驗發(fā)現(xiàn)2-5433-MCC17A/3E仍然跳閘。隨即，維修人員對2-5433-MCC17A/3E開關(guān)進行了更換，保護定值仍然按照調(diào)整后的定值進行設(shè)定。隨后2-5433-MCC17A經(jīng)過多次切換試驗，充電器2-5551-RF3A和RF4A電源開關(guān)均沒有發(fā)生跳閘。

經(jīng)過分析認為：造成本次2#機組220V充電器2-5551-RF4A進線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E異常跳閘主要原因有兩個：

首先是開關(guān)保護定值的整定偏小，以致在空充時因為無法躲過激磁涌流而造成保護誤動。220V C通道充電器2-5551-RF3C和RF4C的進線開關(guān)在其母線2-5433-MCC18C的電源切換時也發(fā)生了跳閘，依據(jù)處理經(jīng)驗，對保護定值進行調(diào)整后，經(jīng)過多次試驗驗證，均未出現(xiàn)開關(guān)誤動的問題。

其次是開關(guān)保護模塊存在缺陷：對拆除的2#機組220V充電器2-5551-RF4A進線開關(guān)2-5433-MCC17A/3E進行故障檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)短延時過流保護的定值無法調(diào)整，不管調(diào)到幾倍電流，其動電流值依然是1倍。

3.4 MCC開關(guān)之間的電氣聯(lián)鎖控制

在執(zhí)行1-5433-MCC14-5FF（1-3231-PM2）開關(guān)間隔檢查時，引起1-5433-MCC13-3FF（1-3231-PM1）的開關(guān)跳閘，事后經(jīng)查閱1-3231-PM2的控制邏輯圖發(fā)現(xiàn)，1-3231-PM2與1-3231-PM1通過其接觸器的輔助接點實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖控制。而在檢修中未短接1-3231-PM2接觸器的44、45常閉接點，從而導(dǎo)致1-5433-MCC13-5FF（1-3231-PM1）的開關(guān)跳閘，邏輯圖如下：

4 結(jié)束語

MCC的特點是負荷涉及面廣、多而雜，負荷設(shè)備啟停頻繁，盤內(nèi)接線集中，元器件安裝緊湊，同時受所處環(huán)境影響，時常出現(xiàn)一些故障。作為一名運行人員，在對MCC控制原理有一定了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障現(xiàn)象對故障的原因作出初步判斷，并和維修人員充分交流意見，這對于MCC故障的排除和故障根本原因的查找有著重要意義，從而保障機組的安全穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

[1]《400V中壓配電系統(tǒng)課堂教材》.

[2]《MCC系統(tǒng)簡介和檢修》.

[3]400V 三、四級廠用配電系統(tǒng)運行手冊.