DSⅡ-616断路器检修与校验

邓爱民

（中核核电运行管理有限公司技术三处电气设备科，浙江海盐314300）

DSⅡ-616断路器检修与校验

邓爱民

（中核核电运行管理有限公司技术三处电气设备科，浙江海盐314300）

从预防性维修的角度，依据D SII-616框架式低压断路器的结构原理、参考产品手册，分析其故障原因，探索制定其检修与校验方法，为提高设备稳定性和可靠性提供了保证。

DSⅡ-616断路器；检修；校验

0 引言

中核运行三厂使用的400 V框架式断路器主要是美国CUTLER-HAMMER公司生产的DSⅡ-616框架式低压断路器（以下简称DSⅡ-616断路器），其负荷包括400 V MCC母线、呼吸空压机、端屏蔽冷却泵、装卸料机重水供给泵、稳压器加热器、厂房230 t吊车、定子冷却水泵、厂用空压机、仪用空压机、中央污染排风风机、凝汽器维持真空泵、主照明盘主电源、端屏蔽冷却泵、辅助凝结水泵等重要和关键设备，断路器性能优劣直接影响机组的正常安全稳定运行。由于部分负荷在机组正常运行时需要切换或启停，以致在机组正常运行中需要频繁对开关进行操作，如果操作失败将可能使发电机失去冷却（如定冷切换失败）而直接触发停机，如果重水供给泵启动失败，则会因为燃料得不到及时冷却而引起核安全风险。为此，从维修角度，依据DSⅡ-616框架式低压断路器的结构原理、参考产品手册，经过实践探索，制定其检修与校验方法，并参考各种故障处理经验加以完善，为提高设备的稳定性和可靠性提供了保证。

DSⅡ-616断路器的维修主要包含断路器本体操作机构、主辅触头、灭弧罩等的检修，校验主要是断路器保护脱扣系统、储能电机、合闸线圈、跳闸线圈等的检查与校验。

1 DSⅡ-616 断路器

DSⅡ-616断路器框架额定电流为1600 A，额定电压600 V，频率50/60 Hz，断路容量65 kA，可以选配200 A/300 A/400 A/ 600 A/800 A/1200 A/1600 A的电流互感器（CT）和额定插头。断路器由主触头、灭弧触头、一次插头、二次插头、CT、操作机构、RMS610保护模块、面板、灭弧罩、储能电机、合闸线圈、分闸线圈、位置指示、储能手柄等组成。储能电机额定电压为DC 125 V，储能电机运行电流为3 A，电机启动电流大约为4倍，储能时间约为5 s。合闸线圈额定电压为DC 125 V，合闸电压为100～140 V。分闸线圈额定电压为DC 250 V，分闸电压为140～280 V。断路器可以通过储能手柄储能，然后手动合闸分闸。当送上220 V直流控制电源时，储能电机带电开始储能，当弹簧储能完成后，储能限位开关动作，切断储能电机电源。按下合闸按钮，合闸线圈受电，断路器合闸，通过辅助接点b切断合闸线圈（SR）电压，并使辅助接点a接通，准备好分闸回路。按下分闸按钮（CS/T），分闸线圈（SHTR）受电，断路器分闸。弹簧储能一次，可以合、分断路器一次。

每台DSⅡ-616断路器均配备保护脱扣系统。主要部件有4个电流互感器（CTa、CTb、CTc、CTN）和4个辅助电流互感器（AUX CTa，AUX CTb，AUX CTc，AUX CTG），DIGITRIP RMS610保护模块，额定插头（RATING PLUG），电源继电器模块（ATR），脱扣线圈装置（DTA）等。RMS610保护模块可以提供长延时、短延时、速断、接地等保护。根据负荷需要可选几种RMS610保护组合：①LS型，提供长延时、短延时保护；②LI型，长延时、速断；③LSI型，长延时、短延时、速断；④LIG型，长延时、速断、接地；⑤LSG型，长延时、短延时、接地；⑥LSIG型，长延时、短延时、速断、接地；中核运行三厂DSⅡ-616断路器只有LS型、LI型、LSG型三种RMS610保护组合。

对于Digitrip RMS610脱扣单元，其最大连续运行电流值（In）由互感器额定值和额定插头决定，它也同时决定了断路器的最大连续运行均方根电流值。可以根据不同的负荷电流选择不同的互感器额定和不同的额定插头，从而满足不同负荷的需要。在更换额定插头后，需要按下和释放TRIP RESET按钮，以便将在RMS610跳闸单元内部的In值替换为额定插头的值。互感器额定电流值In与额定插头的电流值In必须一致。额定插头的In值是脱扣单元电流整定值的基础：速断整定值IINST=INST× In，INST为速断整定倍数[2，2.5，3，4，5，6，M1（8），M2（12）]。接地保护电流整定值IGF=GF×In，GF为接地保护整定[接地保护电流整定位置和对应的百分比（GF）共有A—25%，B—30%，C—35%，D—40%，E—50%，F—60%，H—75%，K—100%共8个位置]。长延时保护整定值Ir=LD×In，LD为长延时整定系数（0.5～1.0）。短延时保护整定值=SD×Ir=SD×LD×In，SD为短延时整定系数（2～10）。

电源继电器模块是与跳闸单元本身独立的，它不需向跳闸单元提供保护电源，它主要有2个功能：①使用120 Vac外部电源，用于进行显示窗的运行和跳闸二极管的指示；②有内部信号继电器用于远端控制。在跳闸单元察觉到故障状况（短路跳闸报警，高负荷报警，长延时跳闸报警，接地故障跳闸/中性线过流报警）时，相应内部继电器将动作。

Digitrip RMS610通过CT和辅助CT检测负荷运行电流，经过内部电路处理，内部微处理芯片比对设定的电流基准值，如果比对发现是故障电流，那么瞬间或经过一定的延时，发出一个直流电压脉冲给脱扣线圈装置（DTA），使断路器跳闸，从而切断故障电流，防止故障的进一步扩大。

2 保护整定

在投入断路器运行前，必须对保护单元进行整定。整定方法是使用小螺丝刀调节每一个整定值对应的旋转开关到相应位置，主要整定值如下。

（1）长延时电流整定值Ir。为额定插头In值的倍数，整定位置LD有0.5，0.6，0.7，0.8，0.85，0.9，0.95，1。如In=600，整定位置为0.9，则Ir=LD×In=600×0.9=540 A。

（2）长延时时间整定值。在电流值相当于6倍额定插头In值时，需要延时的时间。整定时间范围为2～24 s。通入6倍电流值进行试验时，时间精度为66%～100%整定值。如长延时整定值为4 s，通入6倍电流试验时，动作时间为2.67～4 s。现场试验表明，动作时间约为3.2 s，RMS610继电器能够满足该标准。需要注意的是，长延时保护有记忆功能，如果在跳闸单元因为长延时保护动作后很快就重新投入断路器，那么断路器过载后长延时保护动作的时间将被大大缩短。为了消除长延时保护记忆功能，可以等待大约10 min进行自动复位，或者将跳闸单元上的“TEST AMPS”设定到“1”，然后压下和释放“TEST”按钮，在跳闸单元保护动作以前按下和释放“TRIP RESET”按钮。

（3）短延时电流整定值。为短延时电流整定位置SD和长延时电流整定值Ir的倍数。整定位置有2，2.5，3，4，5，6，S1（8），S2（10）共8个位置。

（4）短延时时间整定值。有固定时间和I2t响应两种短延时曲线类型。固定时间短延时为平台响应，有0.1 s，0.2 s，0.3 s，0.4 s，0.5 s共5个整定值。I2t响应短延时为反时限响应，有0.1 s，0.2 s，0.3 s共3个整定值，在数值的旁边有一符号★，以便和固定时间短延时整定值进行区别。

（5）I2t响应短延时在整定值≥8时，自动转变为固定时间短延时。

（6）速断电流整定值。为额定插头In值的倍数。整定位置有2，2.5，3，4，5，6，M1（8），M2（12）共8个位置。

（7）无速断电流整定值。对于类型LS，LSG跳闸单元，具有高电流脱扣（短路电流大于11倍额定插头电流值时动作）和超调脱扣（短路电流超出了断路器的短时额定值时动作）。高电流脱扣有一个整定开关，有7个位置为DISC，有1个位置为BLANK，如果选中DISC表示具有高电流脱扣功能，如果选中BLANK表示不具有高电流脱扣功能。现场使用的MCC进线开关保护单元均为LSG型，全部整定到DISC位置。

（8）接地保护电流整定值。共有A（0.25），B（0.3），C（0.35），D（0.4），E（0.5），F（0.6），H（0.75），K（1.0），共8个位置，最大1200 A。整定值误差为10%。

（9）接地保护时间延长整定。有固定时间和I2t响应两种接地故障时间曲线类型。固定时间接地故障响应为平台响应，有0.1 s，0.2 s，0.3 s，0.4 s，0.5 s共5个整定值。I2t响应为反时限响应，有0.1 s，0.2 s，0.3 s共3个整定值，在数值的旁边有一符号★，以便和固定时间短延时整定值进行区别。I2t响应只使用在接地电流＜0.625In时，如果接地电流＞0.625In，I2t响应自动转变为固定时间接地故障响应。接地故障时间延长有一个记忆功能，需要5倍整定时间才能复位，如整定为0.2 s，需要在1 s后才能自动复位。

3 DSⅡ-616 断路器的典型故障

故障1中央污染排风风机（7342-FM7014）电源开关1-5434-BUJ-E2间隔冒烟

（1）检查处理过程。检查1-5434-BUJ-E2间隔DSⅡ-616断路器，发现合闸线圈已烧坏，确认1-7342-FM7014风机电源开关1-5434-BUJ-E2间隔冒烟是合闸线圈烧坏产生的烟雾。检查1-7342-FM7014断路器合闸控制回路接线正常紧固，测量合闸回路3C继电器接点闭合电阻，正常。检查断路器本体接线和跳合闸机构无问题，手动跳合闸3次，开关跳合闸均正常。给跳合闸部分转动机构加少许机油。开关手动跳合闸时检查发现LS储能限位开关和合闸回路的52b（3-4）常闭点接触不良，接触阻值不稳定。更换同型号的合闸线圈和LS储能限位开关，用此断路器的备用常闭辅助触点19-20替换原52b（3-4）常闭触点，19-20常闭辅助触点接触良好。处理完成后送电试验一切正常。

（2）原因分析。合闸线圈（SRD）回路的52b（3-4）常闭点接触不良，产生压降，致使合闸线圈上电压无法达到动作电压，断路器无法合闸，合闸线圈一直通有比较大的电流但达不到合闸需要的电流，因合闸线圈是短时工作制，致使合闸线圈长时间通电发热烧坏。

（3）应对措施。在维修规程中明确断路器辅助开关和LS储能限位开关的检修要求。

故障22008年11月30日中班，运行人员在执行定子冷却水泵定期切换试验时，将处于备用位置的1#定子冷却水泵的操作手柄置于ON位置时，该泵没能启动，就地检查发现1#定子冷却水泵电机的电气开关5434-BUG-B4没有合闸，且该间隔内散发出焦糊味。2 min后主控出现220 V接地报警，运行人员取下BUG-B4的合闸熔丝后220 V接地报警消除，同时该间隔内焦糊味逐渐消失。

（1）检查处理过程。检查缺陷的1#定冷泵开关的合闸回路，发现合闸线圈（SR）已烧坏，合闸回路分压电阻（50Ω）已烧坏。检查发现储能马达的限位点（LS）接触不良，带电情况下测得接触电阻大约为50Ω（折算）。用合适的备件对以上3项损坏的元件进行了更换，经过相关的试验验证，此开关已经投入正常运行。针对1#定冷泵两次切换失败的经验反馈，对2#机组2#定冷泵的对应设备进行了检查，检查发现LS储能限位开关的接点也存在接触不良的问题，并对限位开关LS的接点进行了处理并确认合格。

（2）原因分析。由于1#定子冷却水泵的进线DSⅡ-616断路器5434-BUG-B4的限位开关LS串入开关合闸回路的接点接触不良，分去了过多电压，使得合闸线圈SR两端不能得到足够的电压，这样合闸线圈SR上将不能产生足够的电动力去驱动合闸机构动作。这样，在合闸电源一直保持的情况下，致使本来设计为短时间带电的合闸回路，因不能及时合闸而长时间带电，及至最终损坏。

（3）潜在危害。在2#定冷泵运行正常的情况下，此缺陷的存在将导致定冷泵失去冗余；如果2#定冷泵存在缺陷，因发电机得不到合适的冷却，将迫使机组停机事件的发生。

（4）应对措施。在每次维修中应足够重视LS储能限位开关的检修，规程中也特别加以强调。

从上述两个故障看，故障本身是很小的元件引发的，但是后果却可能很严重的影响机组的正常运行，因此，对断路器的每个细微环节都应该加以仔细的检查检修。

4 DSⅡ-616 断路器的检修

对断路器的总体要求是：断路器手动和电动储能、分合闸正常。断路器内各保护校验符合定值要求。断路器辅助开关接点、防跳继电器（Y）接点、储能限位开关（LS）的接点闭合电阻≤1 Ω。断路器主回路闭合直流电阻≤100 μΩ。断路器控制回路及各元件对地绝缘≥1 MΩ/500 V。断路器断口绝缘≥100 MΩ/1000 V，主回路闭合时各相对地绝缘≥1 MΩ/1000 V。断路器合闸时间≤75 ms。断路器分闸时间≤60 ms。

（1）DSⅡ-616断路器的外观检查。断路器CT和额定插头额定电流应与保护定值单上一致。框架应完好和紧固。一次连接头连接完好、无变形松弛和物理损伤，一次连接头层片结构排列均匀完好，松紧适度，层片间隙之间应无污物。清理断路器外表面的灰尘及污物，清理引出线间的污物。

（2）DSⅡ-616断路器的触头和灭弧罩检查。断路器的主、弧触头表面应清洁光滑、接触良好。各触头的固定应牢固，动静触头的连接应良好以及弹簧的弹性应正常。灭弧罩应无破损，无烧灼和松动现象。清除每相灭弧室栅格内的灰尘及污物颗粒，确认灭弧室栅格无变形且分布排列均匀。

（3）DSⅡ-616断路器的操作机构和储能电机检查。检查操作机构中各部件应无机械变形。操作结构各部位螺丝紧固无松动。储能弹簧外观良好无变形。储能电机碳刷和整流子应无异常。用润滑剂对操作执行机构转动点润滑，确保操作机构动作灵活。

（4）DSⅡ-616断路器的自带控制回路检查与电气试验。将断路器的防跳继电器（Y）拆下，测量继电器线圈的电阻和绝缘，测量继电器接点闭合电阻应≤1 Ω，线圈应无老化开裂。将断路器底部的储能弹簧限位开关（LS）解体检查，用万用表测量接点接触电阻应≤1 Ω，接点开路电阻应为∞。

用万用表测量断路器辅助开关SW1、SW2各对接点的导通电阻，导通电阻应≤1 Ω，各对接点开路电阻应为∞。检查断路器辅助开关SW1、SW2上各接线应固定牢固。清洁断路器二次插头表面。

用万用表从断路器二次插头处检查断路器辅助开关、OTS接点的接触电阻，要求接触电阻≤1 Ω。检查断路器本体上各个接线牢固，连接可靠。测量断路器本身操作回路的绝缘电阻，应≥1 MΩ/500 V。

测量断路器在合闸状态的对地和相间绝缘电阻应≥1 MΩ/ 1000 V。断路器在分闸状态时，三相动、静触头之间绝缘应≥100MΩ/1000V。

使用100 A以上断路器电阻测试仪，测量小车断路器主回路接触直流电阻，接触电阻应≤100 μΩ。

测量断路器的合闸线圈和分闸线圈的直流电阻和绝缘电阻。加DC 125 V，最大不要超过DC 140 V。检查储能电机及相关机构运转平稳，应无噪音等异常情况。储能电机运行过程中应无环火出现。在断路器分闸后，手动给断路器储能，加DC 125 V于断路器的合闸回路，合闸完成反馈时间取开关主回路导通信号，断路器应能合闸，合闸试验3次，间隔时间3 min。合闸时间应≤75 ms。在断路器分闸后，手动给断路器储能，加DC 100 V于断路器的合闸回路，断路器应能可靠合闸。在断路器合闸后，加DC 220 V于断路器的分闸回路，分闸完成反馈时间取开关主回路导通信号，断路器应能分闸，分闸试验三次，间隔时间3 min。分闸时间应≤60 ms。

5 保护脱扣系统校验

完整的试验方法是需要在一次侧引入大电流，并提供控制动力电源方法进行试验。假设In=1200 A，INST=10，则校验10倍速断需要引入12 000 A电流，这在非断路器生产单位是非常困难的。为此，研究现场接线，决定使用在二次侧引入电流的方法来对保护脱扣系统进行校核。将CTa，CTb，CTc，CTN从A，B，C，N，G点拆开，从辅助CT一次侧引入电流，并从就地取得AC 120 V电源接于辅助电源模块上以提供控制动力。然后根据不同的试验要求进行RMS610的校验工作。

DIGITRIP RMS 610试验程序：①将断路器移出间隔外。②将断路器的摇到试验位置。③将DIGITRIP RMS610试验图上所示的A，B，C，N点拆开。④连接试验电流源。⑤将AC 120 V电源接于辅助电源模块上以提供控制电源。⑥根据不同试验要求连接不同的返回接点。⑦投入控制电源。⑧引入电流完成RMS610的校验。

由于In是主CT的一次侧额定值，选用的各种额定的主CT的二次侧额定值都为5 A，辅助CT为5 A/1 A，因此选择从辅助CT一次侧引入电流就相当于把In变换为5 A，这样即使整定为INST=10，也仅需引入INST×In=5×10=50 A，这样对校验仪器的电流容量就大大降低了，实现起来就容易了。

长延时校验要求验证6Ir电流的动作时间为设定时间的67%～100%，引入电流为6Ir=6×LD×In=6×LD×5=30×LD。

短延时校验要求验证SD×Ir电流的动作时间不大于设定时间，引入电流为SD×Ir=SD×LD×In=SD×LD×5。

速断校验要求验证负荷电流超过INST×In时瞬间脱扣，引入电流为INST×In=INST×5。接地保护校验要求验证接地电流超过GF×In时在整定的时间内动作，校验时引入电流为GF×In=5×In。

每种保护校验时候，应该让断路器先合闸，至少在保护动作时跳闸一次，以检验保护脱扣系统跳开断路器的能力。

当RMS610模块为LS型时，做长延时保护校验应先将短延时保护整定值整定为最大，防止短延时先动作。长延时保护校验完毕后将短延时保护整定恢复到原来的整定值。

6 结语

DSⅡ-616断路器在中核运行三厂作为主要的低压配电开关，关系着三期很多系统的安全稳定运行，管理和维护好这些断路器本身就有很大经济价值。DSⅡ-616断路器的检修与校验方法克服了没有大电流发生设备的难题，实践证明有效，其在中核运行三厂的运行更加可靠。目前，框架式低压断路器朝着容量更大，结构尺寸更小，更加可靠，以及数字化智能化的方向发展。但是无论断路器技术怎么发展，断路器的基本功能和主要功能是类似的，DSⅡ-616断路器的检修与校验方法对其他类似或更先进的框架式断路器的检修与校验提供了可以借鉴的方法与经验。

〔编辑凌瑞〕

TM561

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.13