断路器LGB001JA倒电期间无法分闸的原因分析

孙立国 梁修华 朱小灿

【摘  要】针对某核电厂3号机组6.6 kV配电系统断路器无法分闸的问题，对断路器的扭簧位置、油脂干枯情况等进行分析，结果表明断路器分闸驱动机构卡涩是故障的根本原因，据此制定了针对性的处理措施并优化维修策略。

【Abstract】In view of the problem that the circuit breaker of 6.6 kV distribution system of unit 3 in a nuclear power plant cannot be opened， the position of the torsion spring of the circuit breaker and the situation of grease drying are analyzed. The results show that the jamming of the opening driving mechanism of the circuit breaker is the root cause of the fault. Based on this， targeted treatment measures and maintenance strategy are formulated.

【关键词】断路器;分閘;卡涩;扭簧

【Keywords】circuit breaker; opening; jam; torsional spring

【中图分类号】TM561                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）06-0153-02

1 引言

某核电厂3号机组大修期间，在执行6.6 kV配电盘（LGB）从厂用变压器A（简称厂变）供电切换至辅助变压器（简称辅变）供电试验（T3LGB001）时，其断路器（LGB001JA）未按预期自动分闸，导致厂用配电盘（LGB）失电，A列应急柴油发电机（LHP）自动启动并带载厂用应急配电盘（LHA）。现场检查发现，LGB001JA分闸线圈短路，直流供电开关跳闸。

本文通过对LGB001JA的分闸原理、机械机构、分闸线圈及受力情况等进行分析，发现该核电厂1～6号机组约150台同型号断路器均存在类似的故障模式。

2  LGB001JA倒电过程与分闸原理简介

2.1 倒电过程

LGB001JA为母线正常进线断路器，在LGB母线失压的情况下（电压低于70%额定电压）存在倒电逻辑，以确保迅速恢复厂用电源，保障机组的正常运行。厂用电源向辅助电源切换逻辑有以下3种：①快速倒电（0s）：由汽轮机保护系统触发且500kV高压出口断路器全部断开。②一级慢速倒电（1.2s）：由LGB/LGC母线低电压保护触发，且同步并网系统断路器（GSY001JA）（或LGA001JA）断开，断路器LGB001JA合闸，延时1.2 s发出LGB001JA断开指令，LGB001JA成功断开0.5 s后，LGB102JA合闸。③二级慢速倒电（5s）：由LGB/LGC母线低电压保护触发，延时5s发出LGB102JA合闸指令。T3LGB001试验是检查LGB配电盘从厂变供电自动切换到辅变供电的性能的操作，为一级慢速倒电，分为以下4步：①主控断开来自厂变A的进线断路器LGA001JA;②LGB正常进线断路器LGB001JA延时1.2 s自动断开;③LGB辅变进线断路器LGB102JA延时0.5 s自动合闸;④合上LGB001JA，LGA/LGB由厂变供电切换至辅变供电。

2.2 分闸原理

如图1所示，断开LGA001JA后，LGB001JA接收到分闸命令，分闸继电器002XR励磁，由于此时未插入试验盒，继电器099XR未励磁，且此时断路器为合闸状态，所以分闸回路中常闭接点099XR.21-22闭合、常开接点002XR.3-4闭合、合闸辅助触点S4.13-14闭合。110V直流电源通过插针001PJ.31-30供电给整流桥V2，V2输出110 V直流电供给分闸线圈Y2。Y2受电磁力旋转，驱动操作机构分闸半轴转动，瞬间释放分闸弹簧能量，完成分闸。

从分闸原理可看出，如果分闸回路中002XR、099XR和V2发生故障，S4接点接触不良，Y2和操作机构卡涩，都会导致LGB001JA无法分闸。

3 故障原因分析

3.1 直接原因

LGB001JA于2018年5月29日23：14：39正常接收到分闸命令，监控系统记录显示LGB001JA分闸命令已正常触发，测量Y2两端直流电压为115.6 V，LGB001JA未分闸，Y2带电27 s后过热短路并产生焦糊味，导致110V直流供电空开跳闸，故障灯亮。测量LGB001JA的Y2直阻为0.6 Ω，已短路损坏。

打开断路器前面板检查发现其分闸半轴复位扭簧位置偏移，与正常扭簧位置偏差约60°，该偏差会影响复位扭簧的反作用力，增加分闸线圈驱动分闸半轴旋转的阻力。如图2所示，手动按钮或分闸线圈动作驱动旋转半轴A，脱扣机构B迅速与A脱开，分闸能量瞬间释放完成分闸。

通过对故障情况分析，确认本次故障的直接原因为分闸线圈Y2过热烧坏。

3.2  根本原因

3.2.1 Y2内部匝间短路

对Y2外观检查，发现存在较明显的焦糊味，但整体外观、引线等无异常现象。测量其直阻为0.6 Ω（正常情况下阻值应为45 Ω），确认Y2已短路。解体后发现表层绝缘胶带已有明显高温熔化的迹象，外层漆包线的漆包层均已熔化，将漆包线层层剥开，发现在线圈表层、中间及底部均存在相同程度的漆包层过热熔化现象，由此判断Y2是整体过热而烧毁短路。

3.2.2 扭簧位置偏差导致机械卡涩

针对扭簧位置偏差可能导致机械卡涩的原因，进行断路器手动/电动合、分闸测试，测试结果如下：

手动分闸力值測试：将分闸扭簧处在正常和异常位置，测试其分闸推力值，发现扭簧在异常位置下会比在正常位置的推力大6 N左右。

电动分闸测试：将分闸扭簧处在正常及异常位置，测试最低脱扣电压，发现扭簧在异常位置下会比在正常位置的电压大13 V左右。

将分闸扭簧处在异常位置，在65%额定电压下（71.5 V）进行100次电动合/分闸操作，未发现任何异常。经过100次电动分合闸操作后，重新进行手动分闸力值及最低脱扣电压测试，其手动分闸力值较磨合前下降2 N左右，最低脱扣电压较磨合前下降5 V左右。

根据以上分析可看出，分闸扭簧位置存在偏差会导致阻力变大，最低脱扣电压增大。

3.2.3 机构润滑油脂干枯

将分合闸半轴、脱扣板重新采用NB52润滑剂进行润滑，测量其分闸力值比未润滑前下降1～2 N。

将分合闸半轴、脱扣板拆下擦干NB52油脂后重新回装，并将分闸扭簧处于异常位置，且合闸机械闭锁连接件调整至极限位置，测量其分闸推力为20.6 N，其最低脱扣电压为93.9 V，即85.4%额定电压下才能分闸;100%额定电压下均可靠分闸。

根据以上分析可看出，油脂干枯会导致阻力增大，但是阻力增大并不足以导致断路器无法分闸。

3.3 分析小结

通过上述分析确认造成LGB001JA无法分闸的直接原因为Y2过热烧毁。Y2烧毁的根本原因是外部机械阻力过大导致线圈无法驱动分闸半轴转动，线圈长时间通电导致过热烧毁。LGB001JA经过多种模拟并未重现故障现象，扭簧装配位置装配错误和机构阻力过大为导致故障的原因。结合历史数据可以判断该故障为偶发故障。

4 措施与建议

综上所述，在当次大修期间制定处理措施，完成了某核电厂3号机组24台同型号断路器的反馈检查：测量分/合闸线圈直阻、对地绝缘电阻均满足标准要求;检查分/合闸复位扭簧位置均无偏差;检查操作机构油脂均无干枯、变色现象，操作机构灵活无卡涩;对断路器各进行5次电动分/合闸，均正常动作。表明此24台断路器功能正常。

建议在这类型号的断路器检修程序中增加对应例行检查项目，确认油脂无干枯、复位扭簧位置无偏差、分合闸线圈直阻及绝缘正常，以确保断路器功能正常。