低壓空氣斷路器是工業生產中普遍采用的電氣設備，受生產工藝及運行環境干擾因素的影響，運行中經常發生誤動現象。本文介紹了一起電廠低壓母線進線電源開關誤動跳閘引起的鍋爐滅火事故。

通過對大量空氣斷路器進行機械特性試驗和在實驗室對控制回路的抗干擾性模擬檢測，發現引起空氣斷路器誤動的主要原因是斷路器分合閘彈簧機構性能下降和控制回路接線不合理造成的抗干擾能力下降。通過更換彈簧機構和改造控制回路，有效地減少了斷路器的誤動次數，提高了設備運行的可靠性。

1 事故經過

某廠機組帶負荷運行，380V工作Ⅲ、Ⅳ段母線分別由3、4號工作變壓器供電運行，并為12臺給粉機提供電源，給粉電源Ⅰ路取自工作Ⅲ段，給粉電源Ⅱ路取自工作Ⅳ段，給粉電源Ⅰ、Ⅱ路各帶6臺給粉機。380V工作Ⅳ段電源開關突然跳閘，該母線段帶的6臺給粉機全部停止運行。3號爐一次風閥門電源切換時間與熱工邏輯不匹配，造成3號爐鍋爐主燃料跳閘（MFT）。

經檢查，380V工作Ⅳ段進線電源442開關跳閘，4號工作變進線441開關為合閘狀態，441開關保護裝置無動作報警，其他設備無異常。故障開關系統圖如圖1所示。

圖1 故障開關系統圖

2 開關合閘和分閘的原理分析

該廠一期380V低壓廠用電系統75kW以上電動機選用的是進口型號為AH系列，國產化型號為DW914系列。斷路器由接觸系統、操作系統和脫扣器3部分組成。接觸系統中觸頭有主、弧觸頭兩檔，弧觸頭先于主觸頭接通，而遲于主觸頭斷開，以便限制主觸點的電磨損，當弧觸頭接點厚度小于原厚度1/3時可以方便地更換。三相觸頭用相間隔板分開，被固定于3個獨立的帶滅弧柵的封閉區內，具有良好的滅弧性能。

斷路器的操作系統為電磁鐵閉合方式。在85%～110%額定電壓范圍內斷路器可靠閉合，分勵脫扣器在70%～110%范圍內可靠斷開。斷路器的輔助開關安裝在左上方，一般均為5對常開接點和5對常閉接點。電磁鐵合閘操作回路原理如圖2所示。

圖2 電磁鐵合閘操作回路原理圖

動作原理：在+、◆被接通電源后，按下SB1按鈕，①、③接通，經過輔助開關S1和行程開關SA，線圈K通電，觸頭Q閉合，線圈YA2通電，動鐵心快速吸合，斷路器完成閉合。在線圈K通電后，SA常閉接點斷開，故合閘按鈕接通一次，只能閉合一次，以防止重合閘。

分閘操作電路原理如圖3所示。

圖3 分閘操作電路原理圖

動作原理：在斷路器閉合后，常開輔助開關S1閉合，在電源通電后，手動按下分閘按鈕SB2，分勵脫扣器YA1線圈通電，吸合脫扣器動作，斷路器分閘。圖標符號明細見表1。

表1 圖標符號明細表

3 斷路器預試試驗

分別對同類型斷路器和部分開關分閘線圈的通電進行試驗。此類型開關分閘是依靠分閘線圈勵磁產生的電磁力使鐵心動作，鐵心撞擊開關機構的跳閘摯子，帶動連桿動作，使機構脫扣分閘。分閘鐵心是自復歸式的，其動作時要克服復歸彈簧的彈力。更換彈簧以增加彈簧的彈力，可提高開關的動作電壓。

通過分別對同類型的15臺斷路器的試驗數據進行統計可以看出，其中有5臺斷路器曾經出現過偷跳現象，故障率為33%。在對其中11臺斷路器的分閘線圈最低動作電壓值進行檢測后發現，有6臺動作電壓低于33V，不滿足規程要求，不合格率為54.5%。對7臺斷路器的分閘線圈進行調整，調整后動作電壓均超過43V，滿足規程要求。

通過試驗證明，該類型斷路器分閘線圈動作電壓偏低的主要原因是故障跳閘，可以通過增加分閘彈簧彈力的方法來提高動作電壓值，以提高設備的抗干擾性。

4 模擬試驗

該斷路器的控制電纜和動力電纜存在交叉重疊敷設的情況，電源回路沒有裝設交流串直流監測裝置，在控制回路中有可能串入交流電，使回路干擾電壓抬升。若采用同時多條電纜并行敷設，鑒于電纜對地分布電容的存在，則距離較近的電纜同樣會產生一定的感應電壓，影響控制回路信號。實驗室模擬過程如下。

被測電纜型號為ZR-RVVP，規格為4×1.0mm2，電纜長度為100m。

試驗說明：電纜A和電纜B均為四芯電纜，兩根電纜并排放置。試驗電源取自雙孔插座，試驗時將需要加壓的線芯接火線，零線被接在另一物體的某一點處作為公共端。測量某一線芯的電壓即測量該線芯對公共端的電壓。電纜A的剖面示意圖如圖4所示。

圖4 電纜A的剖面示意圖

試驗前需準備的電纜A四芯電纜等效電容值見表3。

表3 四芯電纜等效電容值

針對6種不同接線方式分別測試四芯電纜的感應電壓，其測試結果見表4。

表4 四芯電纜感應電壓測試結果

測試時，將公共端與大地可靠相連，方案序號1和2的接線方式如圖5所示。方案序號3—6中并聯電阻R1和R2的接線方式如圖6所示。

圖5 發電機程控接線原理圖

在發電機程控原理中，分別在DCS上遠程合閘或者遠程分閘時，接點V1、V2或者將V3、V4分別接通，電動機保護器K分別在斷路器的合閘、分閘線圈上帶電，執行合、分閘操作。

當導線V1—V4采用同一多芯電纜且V1和V2帶電時，鑒于導線對地電容的存在，當屏蔽層可靠接地時V2和V4導線被感應到對地電壓值可達到73.9V，此時在不執行分合閘操作時，分合閘線圈上所承受的電壓已經達到線圈動作值，導致斷路器誤分或者誤合。

從控制回路分別并入電阻前后的感應電壓錄波圖（如圖7和圖8所示）中可以看出，感應電壓明顯有下降趨勢。圖7中的高幅值波形為施加的237V交流電壓，低幅值波形為感性電壓波形。

圖6 發電機控制回路并聯電阻等效電路圖

圖7 控制回路并聯電阻前感應電壓錄波圖

圖8 控制回路并聯電阻后感應電壓錄波圖

通過試驗發現：

• 1）當控制電纜的屏蔽層被可靠接地時，感應電壓會明顯降低。
• 2）當在電動機保護器輸入端與公共端并聯電阻時，可有效降低并聯后的等效電阻值，等效電阻與導線間的耦合電容C之間形成串聯回路，當等效電阻降低時，電阻兩端分得的電壓值下降。并聯電阻越小，分得的電壓越小。

結論

目前大多數高壓電機均采用電動機保護器進行電動控制起停。鑒于控制回路動力電纜和控制回路存在混合敷設的情況以及控制電纜耦合電容的存在，控制回路可能存在的感應電壓超過斷路器最低動作電壓值，造成斷路器偷跳。經試驗證實，跳閘原因有以下兩個：

• 1）斷路器運行時間過長，彈簧機構老化且彈力下降，引起分閘線圈動作電壓值偏低。
• 2）斷路器控制電纜采用多芯同軸電纜，鑒于電纜線芯間的耦合電容存在，動力電纜會造成控制電纜上的感應電壓過大，從而引起斷路器誤動。

應采取如下措施。

• 1）更換分合閘彈簧以增加彈簧彈力，提高動作的電壓值。
• 2）在電動機保護器分、合閘操作回路與公共端之間并聯電阻，以減小等效阻抗，降低感應電壓值。
• 3）盡量避免控制電纜與動力電纜采用同一根電纜。