关于某电厂工控计算机电源故障导致上游空气开关越级跳闸问题的研究

李实 栾宝红

【摘 要】为了分析并解决工业计算机电源故障导致上游空气开关越级跳闸问题，通过研究空气开关的设计合理性，发现原设计的开关级联匹配存在缺陷，即两级开关不具备保护选择性。根据研究的结论确定方案，对原有设计进行变更，使用新型号的开关进行匹配，从而实现短路故障情况下的级联开关保护。

【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.

【关键词】工控计算机；电源短路；级联开关；跳闸；保护选择性

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

【中图分类号】TD611 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）03-0175-02

1 研究内容及分析过程

1.1 研究背景

电厂某监视系统机柜006AR整体失电，导致该系统上位机、记录仪不可用，盘台上的轴向功率偏差无法监视。检查发现601/605JA开关跳闸，LNE411（006AR机柜供电开关）开关显示合闸状态但是下游无输出电压。设备接线示意图如图1。

初步分析认为605JA下游负荷（002HD工控计算机，为主控LOCA监视系统的备用冗余设备）偶发故障，导致LNE-411和601JA（定值均为16A）跳闸。重新送电后（605JA下游负荷未送电），恢复LOCA监视系统可用，期间短时闭锁保护信号。此故障的影响是导致部分监测功能的临时失去。

1.2 研究方法

1.2.1 研究思路

根据故障现象分析，导致002HD上游开关605JA、006AR机柜电源总开关601JA和上游开关LNE411同时跳闸的原因如下：

①主要故障： 002HD工作站电源内部短路，产生的短路电流导致上游开关过载动作。

②开关设计问题：上级开关设计不合理，导致上、下游开关同时跳闸，下游开关没有起到保护上游开关的作用。

1.2.2 研究方法

通过研究级联短路器之间的保护选择性，分析开关设计的合理性。

保护选择性，以下简称选择性，是指自动保护装置之间的协调配合，使电网任意点的故障可以仅由故障直接上一级的开关排除。

完全选择性，故障点的所有故障电流值，从过载到非电阻性短路电流，分开关打开，上级保持闭合。

部分选择性，如果全短路故障电流情况下，不能满足完全选择性，但是可能在某一较低故障值时（选择性极限值）上、下级具有选择性，称为部分选择性。

无选择性，故障发生时，两级开关都打开。

1.3 问题剖析

601JA及下游分开关都是施耐德IC65N型号，其中601JA是IC65NB16，其他分开关是IC65NB6，B16是指脱扣特性曲线为B曲线，最大负载为16A，以此类推。

以分开关605JA为例，额定电流是6A，上级开关601JA，额定电流16A，查询保护选择性表格（见图2），选择性限值为64A，含义是超过64A的负载电流，则上下级开关失去选择性，即605JA/601JA同时脱扣。

601JA与上游LNE-411内直流开关001JA（型号为EP102-B20，脱扣曲线为B曲线，额定电流为20A），同样是B曲线，可以参考保护选择性表格（见图3，查询表格选择性限值为空，即无选择性，含义是如果601JA脱扣，则LNE-411开关同时脱扣。也就是说当短路电流大于选择限值，三级开关同时跳闸，选择性保护配合不当，增大了失电范围。

1.4 结论验证与实践

1.4.1 总体思路

①根据短路电流保守估计最大值来选择上下级开关的保护特性曲线。

②在满足开关下游负荷电流的前提下，选择额定电流较小的开关，增大开关的内阻，减小短路电流。

1.4.2 技术方案

①将605JA的额定电流改成3A，脱扣特性曲线改为C曲线。更换开关后开关躲冲击电流能力和原来相当，开关额定电流大于负荷额定电流，满足现场需求。

②为避免006AR中其他电流为6A的分开关发生同样的故障，将这些开关全部更换为型号是C60N C3A 2P的开关，后其躲避冲击电流能力和原来相当，额定电流均大于负荷额定电流，能满足现场需求。

③电源开关601JA和LNE-411跳闸的影响范围相同，是同一级别的开关，没有选择性要求，都换成20A，脱扣特性曲线改为D曲线的开关。

更换开关后，短路电流由原来的606A降低至235A（短路电流估算值）。实际由于系统运行非无穷大系统以及断路器自身的限流能力，因此短路电流将会比计算值有所降低。从保护选择性表知，理论上在250A以内在设计变更改造后的配置可满足选择性要求。

1.4.3 实施效果

现场实施前在试验室进行短路电流验证，只有605JA跳闸，601JA和LNE-411均正常运行。设计变更后，006AR相關设备运行一年，没有出现开关越级跳闸的问题。

2 结论

通过对601JA、605JA、LNE-411开关之间保护选择性的研究，得出如下结论：

①电源开关级联配合设计不合理，导致上下游开关同时跳闸，下游开关没有起到保护上游开关作用。006AR工控机故障，导致其电源开关605JA和上游电源开关601JA/LNE-411同时跳闸，006AR失去工作电源。

②605JA、601JA、LNE-411的开关容量分别为6A、16A、20A，跳闸曲线都是B型脱扣曲线，上下游开关的级联配合不合理，导致上述问题的发生。

③通过重新设计空开级联匹配，改进此监视系统空开和LNE空开之间的保护选择性，通过两轮大修实施更换实现了上述设计内容。006AR相关设备运行1年无越级跳闸故障再现。