框架式断路器在核电领域的常见故障及处理

董磊，张韬，吴清标

（中广核核电运营有限公司，广东阳江529500）

1 引言

框架式断路器又称万能式断路器，简称ACB，是一种在电力系统广泛应用的机械开关电器，能在正常电路条件下接通，承载以及分断电流，也能在规定的非正常电路条件下接通，承载一定时间和分断电流；与塑料壳式断路器相比，具有隔离性能好，短路分断能力强，防燃防爆等优点。框架式断路器的主要功能是用来分配电能和保护线路、同时具备过载、欠电压、短路等保护功能。在核电领域，由于下游负荷的重要性，框架式断路器能否可靠运行，对整个核电厂的运行起到至关重要的作用。对于故障的正确判断以及及时有效的处理是核电厂正常运行的保障，因此有必要掌握框架式断路器的常见故障分析及处理方法。

2 框架式断路器的基本结构

框架式断路器可按操作方式或安装方式进行分类，有手柄，杠杆电磁铁和电动机操作等方式，安装方式包括开关内安装和抽屉式结构安装。目前在核电领域运用较多的框架式断路器主要有西门子的3WL I型，ABB的Emax 2型，施耐德的M型，但各厂家的框架式断路器基本结构大体一致，功能类似，本文主要以西门子的3WL I型为例来进行分析。该类断路器采用弹簧储能式操作机构，具备手动和电动储能及手动和电动分合闸操作性能，电动可用直流或交流操作，使用抽屉式安装方式，现场必须与相对应的断路器仓室配合使用。该断路器主要由灭弧室、操作机构、传动及支撑部分等组成，详细构成如图1所示。

图1 断路器基本结构

3 常见故障排查与分析

虽然框架式断路器数量和型号较多，但其结构和原理基本相同，常见故障也大体一致，本文就一些共性的问题和常出现的设备异常进行了故障排查并提供了对应处理方法，主要从断路器拒合闸，非正常跳闸，操作不畅3个方面进行了分析。

3.1 拒合闸

拒合闸是指按下合闸按钮后断路器无合闸动作，需要从几个方面进行分析。首先检查断路器是否储能正常，框架式断路器必须先储能，后合闸，可通过面板上储能指示进行判断；再则必须判断断路器位置是否正确，即断路器必须在试验位或者运行位才具备合闸条件，此时可通过检查断路器辅助接点状态来进行判断；如果确定断路器未到达合闸位置，可通过操作手柄重新调整断路器，观察断路器位置指示达到“Test（试验位）”或“Connect（运行位）”时，断路器即走到试验位置或运行位置。如排除断路器位置故障，则需要使用工具检查线路。首先需要排除断路器合闸继电器电源的问题，测量合闸继电器两端电压是否符合条件，如果不符合电压条件，则需要检查断路器控制柜内端子排与接线的连接是否松动；电路上如果没问题，就很可能是机械传动方面的故障，通常是合闸机构卡涩、合闸线圈故障、欠压线圈损坏和合闸传动半轴变形[1]等4种原因，根据上述方法判断故障原因，一般可解决问题。拒合闸常见故障的主要原因及处理对策如表1所示。

表1 ACB拒合闸主要原因及处理对策

3.2 非正常跳闸

非正常跳闸一般是指设备故障引起的断路器跳闸，主要原因及处理方法：

①欠压回路失电，欠压线圈两端失去电压，可能是电源接线松动或上游供电设备故障导致失电跳闸，需进一步测量确定故障原因。

②欠压线圈损坏，欠压线圈工作期间始终处于带电状态，时间长了就会出现设备老化[2]，造成断路器跳闸。解决方法一是定期更换欠压线圈，二是根据负荷类型，直接拆除欠压线圈，彻底清除隐患。

③电子脱扣器误动作，主要由电子脱扣器自身故障导致的误动作，还有就是由于现场用电环境恶劣，电路中产生浪涌、谐波等影响电能质量的干扰源，导致脱扣器误动作。解决方法是评估现场电能情况，根据实际情况消除干扰源。

④分闸机构机械故障，分闸弹簧卡销断裂和分闸传动杆断裂也是较为常见的故障原因。

通过对历史故障数据统计得到，最常见的非正常跳闸故障多是由欠压回路失电导致，而欠压回路失电最有可能的情况就是电源端子松动或上游供电设备失电，此时使用工具对线路进行逐一排查就能确定故障原因。非正常跳闸故障的主要原因及处理对策如表2所示。

表2 ACB非正常跳闸主要原因及处理对策

3.3 操作不畅

操作不畅需根据操作的不同阶段进行分析，若开始操作时出现不畅。可能是断路器放置位置错误、丝杆出现问题、润滑油脂变质[2]等；若操作前期顺畅，到工作位时遇到机械卡涩问题，则需检查断路器动触头与静触头是否配套，以及与静触头连接的铜牌是否变形，导致静触头位置变化。操作手柄由于经常转动，丝杆与杆槽间相互摩擦，产生金属碎屑，掉落在杆槽内，时间长久后，碎屑堵塞杆槽，导致断路器操作不畅。一般涂抹润滑脂能有效地缓解摩擦，减少金属碎屑产生，延长丝杆寿命，但随着时间的延长，润滑脂氧化变质，黏稠度增加，甚至硬化，也会导致丝杆无法前后移动。润滑脂变质导致的卡涩最为常见，定期更换润滑油脂能避免故障发生。断路器操作不畅的主要原因及处理对策如表3所示。

表3 ACB操作不畅主要原因及处理对策

4 结语

现阶段在核电领域中，框架式断路器是应用在重要干线的主要电气设备，采购价格较高，所以安装调试过程中应加强检修管理，强调规范规程与制度，重视设备的检查维护，润滑等工作，提高框架式断路器的检修能力。实践经验表明，充分了解掌握分析方法，可减少处理故障的时间，提高处理故障问题的效率。正确判断出电力系统中各类断路器出现故障的原因，及时的预防和处理故障问题，有效地降低故障率及事故所带来的不便和造成的不必要损失，从而保证电厂正常运行。本文对核电领域中的框架式断路器运行中发生的各种故障缺陷进行了原因分析并提供了对应的处理对策，希望能对相关问题的查找和消除起到一定的作用。