某型檢測設(shè)備綜合電源供電跳閘故障研究

黎匡磊 饒海軍 張劍/ 國營長虹機(jī)械廠 空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室

0 引言

綜合電源是某型綜合檢測設(shè)備供電核心組件，測試過程中為檢測對象提供大功率直流電源，綜合電源工作報(bào)故將影響測試設(shè)備功能完好性。漏電保護(hù)器（又稱漏電保護(hù)裝置）是供電線路中防止設(shè)備或線路漏電對人和設(shè)備造成傷害而斷開主電路的電氣裝置。針對綜合電源三相供電時出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象，本文從綜合電源的工作原理、供電機(jī)制、供電線路設(shè)計(jì)等因素進(jìn)行分析，完成故障定位及排除。

1 工作原理

某型綜合電源輸入為380V 三相交流電源，輸出28.5V/150A 和32V/10A直流電，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品及部分專用測試外設(shè)的供電。綜合電源本身具有輸入欠壓、過壓等自我保護(hù)功能和輸出過壓、過載、短路自我保護(hù)功能以及報(bào)警功能，且輸出短路撤消后即能自動恢復(fù)正常。

執(zhí)行測試工作時，工控機(jī)運(yùn)行測試程序并形成指令與信號綜合處理機(jī)箱通信，信號綜合處理機(jī)箱通過控制VXI 機(jī)箱內(nèi)的HITC301I 控制繼電器模塊實(shí)現(xiàn)供電控制，綜合電源處于供電輸出狀態(tài)，如圖1 所示。

漏電保護(hù)器通過檢測零序電流互感器中的不平衡電流實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。當(dāng)漏電保護(hù)器輸出端后的綜合電源、供電線路出現(xiàn)漏電、單相接地、過載、欠壓、缺相時，均會導(dǎo)致漏電保護(hù)器工作。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

某型綜合檢測設(shè)備在廠房搬遷后綜合電源上電時出現(xiàn)三相供電線路的漏電保護(hù)器跳閘。跳閘現(xiàn)象有以下兩種情況：

1）在綜合電源上電瞬間；

2）綜合電源運(yùn)行后，設(shè)備其他組件220V 供電啟動時。

經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證確認(rèn)，以上兩種情形均會導(dǎo)致綜合電源三相供電漏電保護(hù)器跳閘。

2.2 故障定位

綜合電源三相供電漏電保護(hù)器出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象時，正值廠房搬遷重新供電，且搬遷后適逢雨季。根據(jù)以上條件，分析故障因素有綜合電源故障、廠房供電異常、供電模式改變。建立如圖2 所示的故障樹，對各種可能故障分支進(jìn)行分析。

2.2.1 綜合電源故障

隨著手術(shù)例數(shù)的增加，手術(shù)熟練程度的提高，手術(shù)時間、術(shù)中出血量、并發(fā)癥達(dá)到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。研究結(jié)果表明，通道下經(jīng)肌間隙入路聯(lián)合固定并椎間融合術(shù)的學(xué)習(xí)曲線為30例左右，學(xué)習(xí)曲線短、平緩，適合推廣運(yùn)用。

1）供電電纜故障

圖1 綜合電源工作原理圖

綜合電源供電電纜接觸偶松動、線芯絕緣性能下降均會造成綜合電源工作時接觸偶與其他部位接觸漏電、線芯絕緣漏電，從而導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘。經(jīng)檢查，綜合電源供電電纜的接觸偶工作面良好、焊點(diǎn)牢固；使用萬用表Fluck1587C 進(jìn)行線芯間及對殼絕緣檢查，絕緣電阻均為∞，絕緣性能良好。因此，排除綜合電源供電電纜故障。

2）內(nèi)部電路故障

綜合電源機(jī)箱內(nèi)部電路存在殘余焊渣或金屬屑、器件管腳過長意外接觸、內(nèi)部導(dǎo)線與其他器件意外導(dǎo)通，均會形成綜合電源漏電或單相消耗電流異常，導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘。

經(jīng)檢查，綜合電源機(jī)箱內(nèi)部分電路板存在較多積塵、無明顯金屬屑和焊渣；電路板上具有防護(hù)漆層且涂層完好；各器件管腳均獨(dú)立無短接現(xiàn)象。為排除該因素，采用低壓壓縮空氣對綜合電源進(jìn)行內(nèi)部除塵，但綜合電源上電后仍會出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象。

對綜合電源上電不跳閘情況進(jìn)行觀察，顯示面板輸出電壓28.5V/32V 顯示正常；使用萬用表Fluck1587C 對綜合電源的輸出端進(jìn)行多次檢測，輸出28.5V/32V 電壓均在合格范圍內(nèi)。因此，排除內(nèi)部電路短路故障。

2.2.2 漏電保護(hù)器故障

1）漏電保護(hù)器故障

現(xiàn)場對漏電保護(hù)器進(jìn)行檢查、測試，漏電保護(hù)器工作正常；更換另一組合格漏電保護(hù)器，綜合電源上電仍出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象。因此排除漏電保護(hù)器故障。

2）漏電保護(hù)器接線故障

現(xiàn)場對漏電保護(hù)器進(jìn)行檢查，其輸入、輸出接線正常；且其他線路安裝同型號漏電保護(hù)器工作正常。因此，排除漏電保護(hù)器接線故障。

圖2 故障樹

表1 供電插座絕緣、電壓檢查結(jié)果

2.2.3 供電系統(tǒng)故障

廠房供電系統(tǒng)中包括三相五線制的供電線路、供電插座，本文的漏電保護(hù)器跳閘故障在供電系統(tǒng)中涉及的因素有供電插座故障、供電電壓不穩(wěn)定及供電機(jī)制錯誤。

1）供電插座故障

供電插座為防爆型三相五線插座，對配套插座進(jìn)行對地絕緣、供電檢查，檢查結(jié)果如表1 所示。結(jié)果表明供電插座相間電壓、相地相對電壓均在正常范圍內(nèi)，因此排除供電插座故障。

2）供電電壓不穩(wěn)定故障

由于漏電保護(hù)器本身具備欠壓保護(hù)功能，當(dāng)供電電壓欠壓時也會導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘。在排查供電插座故障時對電壓進(jìn)行了檢測，電壓供電正常；其他三相供電設(shè)備、工裝均能正常工作，其工作線路漏電保護(hù)器均未出現(xiàn)跳閘故障，說明三相供電正常。因此排除供電電壓不穩(wěn)定故障。

3）供電機(jī)制錯誤

經(jīng)現(xiàn)場對綜合電源檢查發(fā)現(xiàn)，綜合電源外殼未接觸機(jī)箱框架或墊上絕緣膠層、單獨(dú)連接供電電纜運(yùn)行時，漏電保護(hù)器不會出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象；裝配回機(jī)箱供電運(yùn)行時卻頻繁出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象。

查看供電電纜兩端的接線方式與舊廠房的接線方式，均為三相四線制接線（即三相+零線），區(qū)別在于舊廠房未加裝漏電保護(hù)器。綜合電源供電輸入口對殼測量發(fā)現(xiàn)，零線與外殼導(dǎo)通，而外殼與地線相接，因此在綜合電源運(yùn)行時會出現(xiàn)電流經(jīng)地線形成回路的漏電現(xiàn)象，直接導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘。單獨(dú)對綜合電源上電后接地，漏電保護(hù)器跳閘。因此不能排除供電機(jī)制錯誤故障。

3 故障機(jī)理分析

圖3 漏電保護(hù)器組成框圖

圖4 漏電保護(hù)器工作原理圖

故障定位為綜合電源供電接線機(jī)制錯誤，引起綜合電源上電漏電保護(hù)器跳閘。漏電保護(hù)器由檢測元件、放大元件、比較元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成（見圖3），接入三相交流供電線是指接入A、B、C三相和零線N。如圖4 所示，正常的三相四線（三相+零線）工作線路中漏電保護(hù)器經(jīng)過磁環(huán)的電流矢量和為零，當(dāng)工作線路出現(xiàn)漏電時，磁環(huán)中電流矢量和不為零，通過感應(yīng)線圈a、b 兩端的感應(yīng)電壓放大和比較，驅(qū)動斷路開關(guān)K工作，斷開主電路供電，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。

對該故障進(jìn)行定位排查，檢查發(fā)現(xiàn)綜合電源的供電口的零線與外殼導(dǎo)通，外殼與設(shè)備外框架經(jīng)地線與地導(dǎo)通。綜合電源三相四線供電機(jī)制分為三相接零和三相接地兩類方式，根據(jù)綜合電源外殼與零線N 導(dǎo)通的測量結(jié)果，可推測該綜合電源實(shí)際供電機(jī)制為三相接地而非三相接零。

根據(jù)以上分析，提出驗(yàn)證方案：將綜合電源放置在絕緣墊上，按圖5 的三相接零供電模式供電，并保證綜合電源能正常運(yùn)行；然后將地線接觸綜合電源機(jī)箱外殼，形成漏電機(jī)制，觀察漏電保護(hù)器是否跳閘；最后將接入綜合電源的零線N 改為地線PE 接入驗(yàn)證（見圖6）。該方案能精準(zhǔn)還原故障現(xiàn)象，并能驗(yàn)證綜合電源的接線機(jī)制是否為三相接地。

實(shí)際操作表明，當(dāng)綜合電源墊上絕緣墊供電時，能正常運(yùn)行且自檢結(jié)果正常，各項(xiàng)輸出電壓符合指標(biāo)要求；當(dāng)接地線接觸外殼時，漏電保護(hù)器跳閘。將零線N 改為接地PE 進(jìn)行驗(yàn)證時，綜合電源能正常穩(wěn)定運(yùn)行，漏電保護(hù)器未出現(xiàn)跳閘。將綜合電源裝配回機(jī)箱框架后，綜合電源運(yùn)行正常，漏電保護(hù)器未出現(xiàn)跳閘。經(jīng)以上驗(yàn)證，確定綜合電源供電機(jī)制為三相接地，而非三相接零。

現(xiàn)場出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘時綜合電源的供電方式實(shí)為三相接零，綜合電源接入三相電源時，零線N 即與綜合電源外殼相通，間接通過接地線與大地導(dǎo)通。其工作方式是三相電流從零線形成回路，當(dāng)零線接地后由于廠房最近接地與變壓器端的接地在大地中存在一定電阻，根據(jù)I=U/R關(guān)系，電流經(jīng)電阻最小的回路傳輸；綜合電源工作電流經(jīng)地線（設(shè)備接地點(diǎn)）回流大地，而非經(jīng)過零線N 回流，造成漏電保護(hù)器中A、B、C 三相中某相電路有電流，而零線N 無電流；經(jīng)過漏電保護(hù)器的電流矢量和不為零，形成漏電機(jī)制，導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘。

圖5 故障時綜合電源接線圖

圖6 正常工作綜合電源接線圖

三相接地工作方式與三相接零的區(qū)別在于工作電流三相負(fù)載工作回路中任意時刻矢量和為零，不需要經(jīng)過零線作為回路；地線為保護(hù)接地，目的是作為保護(hù)人員安全設(shè)置的接線，同時也作為靜電接地和干擾接地。因此，圖6 中接線符合綜合電源設(shè)計(jì)的供電模式，三相供電線經(jīng)過漏電保護(hù)器任意時刻為零，漏電保護(hù)器不工作；當(dāng)某一相漏電，經(jīng)過漏電保護(hù)器的電流矢量和不為零，漏電保護(hù)器將跳閘工作。地線作為保護(hù)接地不經(jīng)過漏電保護(hù)器，綜合電源正常時也不會有電流經(jīng)過地線形成回路。以上即為綜合電源上電出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘的原因。另外，綜合電源工作后同一配套的220V 設(shè)備供電時也會出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象，原因是220V 的工作電流經(jīng)過同一根接地線傳入三相供電系統(tǒng)內(nèi)形成漏電導(dǎo)致。

由于舊廠房的三相供電設(shè)計(jì)上并未加裝漏電保護(hù)器，綜合電源即使是三相接零供電模式，形成的漏電電流經(jīng)過其他不同功能的斷路器，不會導(dǎo)致漏電保護(hù)器工作，因此，綜合電源供電電纜雖然無故障但也會在新廠房出現(xiàn)漏電保護(hù)器跳閘現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

通過對綜合電源供電跳閘故障排除過程，確定故障原因是綜合電源供電方式接入了三相接零不正確模式，導(dǎo)致零線與綜合電源外殼相通形成漏電機(jī)制，最終導(dǎo)致漏電保護(hù)器跳閘工作。本文從故障定位、故障機(jī)理及排除方法進(jìn)行全面分析，可為同類電源供電故障的排除提供參考。