关于智能低压断路器维护检验方法的探讨

付立国

关于智能低压断路器维护检验方法的探讨

付立国

（华能汇流河发电厂，内蒙古 牙克石 022150）

本文由一起火力发电厂低压厂用电系统馈线电缆短路故障时低压断路器发生拒动导致的越级跳闸事件，引发对智能低压断路器维护检验方法的思考。本文简要介绍智能低压断路器电流互感器的特点，由此提出对断路器维护检验方法的探讨，重点阐述智能保护器的试验方法，为确保断路器处于可靠工作状态提出日常维护建议。

低压断路器；电流互感器；维护；检验

0 引言

随着现代电子与计算机技术的发展，以及电网智能化发展的要求[1]，近年来智能断路器在低压供配电系统中的应用越来越广泛。火电厂的低压厂用电系统一般设计成动力中心（power center, PC）和电动机控制中心（motor control center, MCC）的供电模式[2]，电源进线、馈线、负荷等均大量采用智能低压断路器，其保护特性对于保障配用电网络安全具有重要作用[3]。然而，智能低压断路器的维护工作普遍存在重视程度不足、维护不到位的问题，因此本文针对一起火力发电厂低压厂用电系统馈线电缆短路故障造成的越级跳闸事件，探讨智能低压断路器的维护检验方法。

1 低压厂用电系统越级跳闸事件

2021年9月26日，某火力发电厂0.4kV厂用段消防泵电源电缆发生短路故障，消防泵电源开关3QF配置为RMW1型智能低压断路器，由于该断路器拒动，造成0.4kV厂用段工作电源进线变压器后备保护动作，工作电源进线开关1QF跳闸，备用电源开关2QF投入（工作电源与备用电源间装设备用电源自投装置，未设置工作电源进线变压器后备保护动作闭锁备用电源自投功能）。由于消防泵电源电缆短路故障的持续，引起电缆燃烧，引燃与其同沟敷设的输煤系统电缆，继发短路故障导致输煤系统电源跳闸，致使输煤系统供电中断。该火力发电厂0.4kV厂用段一次系统简图如图1所示。

2 智能低压断路器电流互感器特点

在智能低压断路器出现以前，低压配电系统多应用热磁断路器，保护功能主要依靠过电流脱扣器和欠电压脱扣器实现。智能低压断路器中的智能保护器采用高精度的电流传感器、电压传感器进行电流、电压信号的采集[4]。由于低压系统的工作电流与短路电流数值很大，为了使测量结果不失真，智能保护器一般使用空心线圈（又称罗氏线圈）作为电流传感器，其优点是无磁滞效应、线性度比较理想[5]。

图1 0.4kV厂用段一次系统简图

智能低压断路器的电流互感器安装在断路器主回路母线上，一般由两个线圈组成。其中一个是空心线圈，测量流过断路器主回路的电流，将测量到的电流信号传送至控制器，实现保护功能；另一个是速饱和线圈，通过感应主回路的电流而感生出电压，为控制器供电，并为脱扣器动作提供能量。由于空心线圈不含铁心，与传统互感器相比，没有铁心饱和的缺点，具有测量准确度高、测量范围宽、开路不产生高压的优点[6]。

由于智能低压断路器电流互感器的安装特点，加之空心线圈二次输出量是与一次电流成正比的电压信号，给电气专业人员开展二次检验工作带来了一定的困难。

3 故障低压断路器检查过程

针对本文第1节中的低压厂用电系统越级跳闸事件，结合智能低压断路器电流互感器的结构特点，电厂专业人员对故障低压断路器进行检查。该断路器设置长延时、瞬时保护功能，瞬时保护定值为2 800A，查阅工作电源进线变压器后备保护动作记录，故障电流折算至0.4kV侧最大值为4 568A，延时0.5s跳闸。故障电流值已经远大于断路器瞬时保护定值，为分析断路器拒动原因，采取对断路器施加一次电流，检查智能保护器面板显示值的方法。该断路器额定电流为630A，一次侧三相分别施加100A电流，检查三相电流显示值均为零，初步判断内置电流互感器损坏。

工作人员对断路器进行解体检查，找到内置电流互感器与智能保护器的二次插件如图2所示。

图2 故障断路器内部插件

断路器内部L1～L3插件为测量线圈的二次引出线，P1～P3为速饱和线圈的二次引出线，使用万用表分别测量L1～L3插件的直流电阻，结果显示均为开路状态。为了验证判断结果的正确性，对该型号备用断路器进行解体测量，得到其测量线圈直流电阻见表1。

表1 RMW1型断路器测量线圈直流电阻 单位: W

通过一次加流并结合测量线圈直流电阻的检查结果，可以明确判断发生拒动的低压断路器内置三相电流互感器开路，在发生短路故障时，智能保护器无法采样到故障电流，断路器发生拒动，从而导致上级电源越级跳闸。

4 智能低压断路器维护检验方法

4.1 断路器保护脱扣功能测试

1）一次通流试验

（1）利用一次通流试验设备

大电流整定试验是一种检测低压断路器框架机构动热稳定性、电流互感器和过电流控制器功能的电气试验[7]。由于市场上多数智能低压断路器采用内置式电流互感器，其二次引出线与智能保护器控制板连接，这种结构无法在电流互感器二次侧施加模拟量进行保护功能检验。对于具备大电流试验装置的情况，可以使用一次通流试验的方式检验断路器保护脱扣功能。

低压断路器应用场合的工作电流一般都比较大，电流从几百安培到数千安培。因此，其智能保护器的保护定值也相应增大，对试验设备的容量及试验的安全性要求较高。在进行一次通流测试时，可以将保护定值临时修改为装置允许设置的最小值。例如，对于配置接地保护功能的正泰NA1—2000系列万能式断路器，接地保护定值最小可整定为160A，延时范围可整定为0.1～0.4s。施耐德MVS20系列断路器接地保护定值最小可整定为500A，延时范围可整定为0～0.4s。这样可以降低测试电流，对于试验安全有利。对于保护定值无法整定到大电流试验装置输出范围的智能保护器，则无法利用一次通流的方式进行试验。此时，可以通过施加一次电流测试智能保护器的采样值，来判断装置采样的准确性及内置电流互感器是否存在开路故障。

（2）利用电动机起动电流测试

对于不具备大电流试验装置或装置容量无法满足测试需要的情况，如果馈线接带负荷为电动机，可以利用电动机起动时的大电流进行智能保护器功能的测试。低压异步电动机工频起动电流一般为额定电流的4～7倍，对于一台75kW的380V异步电动机，当功率因数为cos=0.8时，其额定电流e= 142.4A，则电动机的起动电流通常在569.6～996.8A范围内。因此，可以将智能保护器的短延时定值整定到500A以内，动作延时设置为最小，利用电动机起动电流检验智能保护器的保护脱扣功能。

利用电动机起动电流测试智能保护器的保护功能，能够粗略地检验其功能是否正常。此种试验方法需要断路器开断电动机的起动电流，考虑到断路器的额定运行短路开断电流cs远大于电动机的起动电流，在没有一次通流试验装置的情况下，采用电动机起动电流测试智能保护器的方法是可行的，但此种方法仅局限于电动机负荷。

2）二次测试方法

（1）利用智能保护器自带试验功能

有些低压断路器的智能保护器面板带有“试验”功能，可以方便用户进行保护功能测试。例如正泰NA1—2000～6300系列，RMW1系列ST40—M型智能保护器，都配置有智能保护器试验功能。前文提到低压断路器内置电流互感器与智能保护器直接连接，智能保护器采集电流互感器的小电流（电压）信号，智能保护器试验功能是采用模拟小电流（电压）信号，该信号与试验电流定值成正比例的关系。例如，智能保护器的接地保护整定值设置为640A，延时0.4s，利用脱扣器试验接地保护功能时，设置试验电流值为700A，则装置会在内部提供与700A试验电流成正比关系的模拟信号，智能保护器处理板经过运算，实现保护动作功能。带有试验功能的智能保护器，方便了断路器的测试工作，在日常做好智能保护器电流采样值的对比工作，确保智能保护器电流采样值在准确度要求范围内。对于智能保护器面板提供测试接口的低压断路器，需要配备厂家的专用试验仪器。

（2）外置式电流互感器

采用外置式电流互感器的断路器，可以通过在二次接线端子施加模拟量的方法对智能保护器功能进行试验。例如，北开电气DW914B万能式断路器，其电流互感器二次接线端子在外部，可以按照该型号脱扣器试验接线，方便地进行二次测试，验证保护脱扣功能。

4.2 日常维护

1）电气部分维护

除了对智能低压断路器保护功能的定期测试外，为确保其正常工作，断路器采样回路的完整性和准确性必须得到保证。因此，应该加强现场智能低压断路器电流采样值的日常检查工作，可以通过与盘柜电测仪表或钳形电流表指示值比对，判断智能保护器是否工作正常。需要注意的是，智能低压断路器的采样值误差一般在±10%，且当负荷电流低于一定数值时显示值为零，例如RMW1型断路器显示门槛为60A，NA1系列断路器显示门槛为80A。在检查中若发现智能保护器电流采样值出现缺相、指示异常等情况，应及时对开关内部互感器、智能保护器进行检查试验。

前文提到的发生低压厂用电系统越级跳闸事件的火力发电厂，在对其他智能断路器的检查过程中发现，该型号的断路器内置电流互感器发生开路故障的不在少数，对于运行年限较长的智能低压断路器，由于电子元件的老化程度严重，有必要缩短智能保护器的功能检验周期，对于出现功能异常的智能保护器考虑升级或更换。

2）机械部分维护

由于智能低压断路器在运行过程中时常通断大电流，其机械部分在分合闸过程中易出现故障。因此，对机械部分的维护应引起足够重视。针对常见故障如开关拒合、拒分、缺相等，在断路器维护过程中应重点开展以下工作：

（1）加强对断路器内部传动机构的检查，保证清洁，检查各部件有无变形，动作性能是否良好，对转动部分定期加入润滑油脂。

（2）检查自由脱扣机构。一般脱扣半轴与跳扣的接触面积在2～3mm2，如果接触面积过大易造成断路器拒分，检修时调整螺钉，转动脱扣半轴的角度使接触面积达到要求，并在接触面上涂低温极压脂，以减小摩擦力，利于断路器脱扣。

（3）检查断路器触头系统，尤其是在切断大电流之后，可以在检修时利用大电流回路电阻测试仪测量触头接触电阻，防止由于触头接触面不清洁、接触面积过小或压力不足、导电性能不良而造成运行中的缺相故障。

5 结论

智能低压断路器的应用已经越来越普遍，在火力发电厂的低压厂用电系统中的数量众多，其工作可靠性直接关系着机组的安全运行。因此，对智能低压断路器保护定值的合理整定、保护功能的检验及正常工况的监督，防止发生越级跳闸，应该得到电气专业人员的充分重视。对于断路器保护脱扣性能的测试，可以根据负荷特点及断路器额定电流范围，采用一次通流试验或利用电动机自起动检验。对于具备试验功能的断路器，在保证采样值误差合格的情况下，可以利用断路器自身的试验功能进行测试。另外，在智能低压断路器的选型工作中，生产厂家的应用经验、售后服务质量及测试的便捷性也应成为考量的重点。

[1] 吕森, 宗鸣, 张昀琦. 一种双绕组电磁脱扣器的理论研究及控制策略[J]. 电气技术, 2021, 22(6): 1-6.

[2] 王旅. 380V框架断路器保护整定探讨[J]. 电气技术, 2021, 22(4): 105-108.

[3] 游颖敏, 王景芹, 舒亮, 等. 断路器保护特性测试电流的自适应控制策略[J]. 电工技术学报, 2020, 35(15): 3203-3213.

[4] 曹进, 张宏瑞, 谢宗强. 万能式断路器电流互感器的设计[J]. 现代建筑电气, 2019, 10(5): 34-41.

[5] 马晓昆, 薛莉, 张传远, 等. 基于双芯模块化的低压智能断路器设计与实现[J]. 电气技术, 2022, 23(9): 69-75.

[6] 王宝诚, 王德玉, 邬伟扬. 罗氏线圈的频率特性分析与传感器的设计方法[J]. 电工技术学报, 2009, 24(9): 21-27.

[7] 李洁砾, 沈铭. 万能式断路器误动作故障分析及试验方法改进[J]. 电气技术, 2018, 19(5): 71-75.

勘误声明

《电气技术》2022年第23卷第10期第41～50页发表的论文《中压柔性直流铁路牵引供电系统运行域模型》（作者：莫少雄）中，因作者工作单位有误，现将

莫少雄

（中国天辰工程有限公司，天津 300400）

MO Shaoxiong

(China Tianchen Engineering Corporation, Tianjin 300400)

更正为

莫少雄1,2

（1.中国船舶集团有限公司系统工程研究院，北京 100094； 2. 中船智海创新研究院有限公司，北京 100036）

MO Shaoxiong1,2

(1. CSSC Systems Engineering Research Institute, Beijing 100094;2. CSSC Intelligent Innovation Research Institute Co., Ltd, Beijing 100036)

特此声明。

《电气技术》编辑部

2022年12月

Discussion on maintenance test method of intelligent low-voltage circuit breaker

FU Liguo

(Huaneng Huiliuhe Power Plant, Yakeshi, Inner Mongolia 022150)

This paper discusses the maintenance and inspection method of intelligent low-voltage circuit breaker, which is caused by a skip trip event caused by the failure of low-voltage circuit breaker when the feeder cable of low-voltage auxiliary power system in thermal power plant is short circuited. This paper briefly introduces the characteristics of the current transformer of intelligent low-voltage circuit breaker, and puts forward maintenance and inspection methods of the circuit breaker, focusing on the test methods of the intelligent protector. In order to ensure the reliable operation of circuit breaker, suggestions for routine maintenance are put forward.

low-voltage circuit breaker; current transformer; maintenance; test

2022-07-24

2022-10-10

付立国（1979—），男，高级工程师，从事发电厂继电保护监督与维护工作。