斷路器拒動會對供電系統安全運行產生較大危害。近年空管系統發生多起因斷路器拒動導致大面積停電的故障。斷路器拒動分為拒分閘和拒合閘兩種情況：拒分閘會使上一級斷路器跳閘，擴大事故停電范圍甚至會導致系統解列；拒合閘則會在母聯斷路器中導致一路市電停電后另一路不能為其提供電源保障。

本文針對空管航管樓供電系統發生的兩起單母線分段接線中斷路器拒動故障，結合供電系統二次控制投切動作邏輯原理進行分析和查找，發現航管樓供電系統二次回路存在設計缺陷，并針對該設計缺陷提出兩種改進方案。

1 斷路器拒動故障概述

1.1 故障一概述

對空管航管樓配電系統在秋季換季維護期間進行倒閘操作，當停“Ⅱ”段市電時，低壓配電柜“Ⅱ”段進線斷路器（2QF）不能自動分閘，手動分閘成功。

工作人員為確定故障是來自2QF還是來自二次控制回路，考慮通過互換2QF與母聯斷路器（3QF）的位置來驗證：

①將3QF分合閘操作調至手動狀態，停“Ⅱ”段市電，并退出2QF和3QF；

②互換2QF與3QF位置；

③驗證手動狀態下2QF和3QF分合閘操作是否正常，試驗證明2QF和3QF均能正常分合閘；

④驗證自動狀態下2QF和3QF分合閘操作，“Ⅰ”段市電正常，3QF閉合，當送“Ⅱ”段市電時，發出“砰”聲后航管樓“Ⅰ”段和“Ⅱ”段均停電，經查實造成“Ⅰ”段和“Ⅱ”段均停電是因為在送“Ⅱ”段市電時3QF未能正常分閘，導致航管樓配電柜“Ⅰ”段和“Ⅱ”段市電短路，影響到機場供電安全運行。

1.2 故障二概述

空管航管樓“Ⅱ”段變壓器發生單相對地短路，“Ⅱ”段10kV高壓柜B相熔斷器熔斷，低壓配電柜“Ⅱ”段進線斷路器2QF自動斷開，“Ⅱ”段市電停電，“Ⅰ”段市電正常，低壓配電柜母聯斷路器在自動狀態和手動狀態下均不能合閘，導致航管樓配電柜“Ⅱ”段負載停電。

2 單母線分段運行方式

空管航管樓供電主接線圖如圖1所示。兩路10kV電源引接自不同地區變電所，正常情況下兩路市電單母線分段運行，在一路市電故障后，進線斷路器自動斷開，母聯自動投入，另一路市電通過母聯帶全部負荷。當兩路市電均發生故障時，兩路進線斷路器和母聯斷路器均斷開，柴油發電機在15s內完成自起動，提供電源保障。

2.1 投切動作邏輯

“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電正常，1QF和2QF閉合，3QF斷開，假設當“Ⅱ”段市電斷電，此時2QF母線失壓，失壓脫扣器線圈Q動作，斷開2QF主觸點，3QF二次合閘回路得電，經延時繼電器延時后，接通3QF合閘線圈，3QF閉合；當“Ⅱ”段市電來電時，3QF二次回路失電，失壓脫扣器線圈Q動作，斷開3QF主觸點，2QF經延時繼電器延時后閉合。同理，1QF動作邏輯和2QF動作邏輯相似。

圖1 空管航管樓供電主接線圖

2.2 “Ⅱ”段斷路器二次控制動作邏輯分析

如圖2所示，2X1、2X3分別引接自“Ⅱ”段市電A相和C相電源，4RD和5RD均為熔斷器，2KM為中間繼電器，X為閉合電磁鐵線圈，F為分勵脫扣器線圈，Q為失壓脫扣器線圈，2KT為延時繼電器線圈，2QF為“Ⅱ”段進線斷路器，SA為控制開關，用于選擇斷路器分合閘操作為自動或手動，1HG、2HR分別為分閘信號和合閘信號指示燈，SB1和SB2均為手動操作按鈕。

圖2 “II”段二次控制原理圖

“Ⅱ”段配電柜正常情況下，2QF主觸點閉合，二次控制回路2X1、2X3得電，2KM中間繼電器得電，輔助觸點連接至母聯段二次控制回路內，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，2QF常開觸點閉合、常閉觸點斷開，合閘信號指示燈2HR亮，閉合電磁鐵線圈X和延時繼電器線圈2KT失電，失壓脫扣器線圈Q得電。

此時，若要斷開2QF，有兩種情況：第一種手動操作，按下SB2手動按鈕，接通分勵脫扣器線圈F電源，斷開斷路器；第二種情況 “Ⅱ”段市電停電，失壓脫扣器線圈Q失電，斷開斷路器。

2QF閉合操作分兩種情況：第一種自動狀態下，市電正常后，在斷路器未閉合前2QF常開觸點斷開，常閉觸點閉合，2KT延時繼電器得電，輔助觸點經延時后閉合，接通合閘回路的閉合電磁鐵線圈X，2QF合閘；第二種手動操作，市電正常后，手動按下SB1合閘按鈕，接通合閘回路，2QF合閘。

2.3 母聯斷路器控制動作邏輯分析

如圖3所示，2X1、2X3分別引接自“Ⅱ”段市電A相和C相電源，1X1、1X3分別引接自“Ⅰ”段市電A相和C相電源，1RD、2RD、3RD、4RD均為熔斷器，1KA、2KA為中間繼電器，X為閉合電磁鐵線圈，F為分勵脫扣器線圈，Q為失壓脫扣器線圈，3KT為延時繼電器線圈，3QF為母聯斷路器，1QF、2QF分別為“Ⅰ”段和“Ⅱ”段進線斷路器，SA為控制開關，用于選擇斷路器分合閘操作為自動或手動，3HG、3HR分別為分閘信號和合閘信號指示燈，SB1、SB2分別為手動合閘按鈕和手動分閘按鈕。

圖3 母聯二次控制原理圖

其中，中間繼電器1KA和2KA形成互鎖，保證同一時間只有一路電源為母聯斷路器二次控制回路提供工作電源。“Ⅰ”段和“Ⅱ”段市電均正常的情況下，1KM、2KM中間繼電器常閉觸點斷開，1QF、2QF常閉觸點斷開，3QF失壓脫扣器線圈Q失壓，斷路器斷開，3HG分閘信號指示燈亮。

當“Ⅰ”段或“Ⅱ”段市電停電，假設“Ⅰ”段市電正常，“Ⅱ”段市電停電，此時，2X1、2X3線路失電，2KA中間繼電器失電，2KA中間繼電器常開觸點斷開，常閉觸點閉合，1X1、1X3線路得電，1KA中間繼電器得電，1KA中間繼電器常開觸點閉合，常閉觸點斷開，3QF處于斷開狀態，常開觸點斷開，常閉觸點閉合，“Ⅱ”段中間繼電器2KM失電，常閉觸點閉合，2QF常閉觸點閉合，3KT延時繼電器線圈得電，輔助觸點經延時后閉合，接通合閘回路閉合電磁鐵線圈X電源，3QF閉合。

若在手動操作狀態下，按下SB1合閘按鈕，同樣也可接通合閘回路閉合電磁鐵線圈X電源，閉合3QF；當“Ⅰ”段市電正常，“Ⅱ”段市電由停電恢復供電。

此時，因“Ⅱ”段恢復供電，中間繼電器2KM得電，常閉觸點斷開，2QF常閉觸點斷開，3QF失壓脫扣器線圈Q失壓，斷開3QF主觸點，若在手動操作狀態下，則按下SB2分閘按鈕，接通分閘回路分勵脫扣器線圈F電源，同樣可斷開3QF。同理，“Ⅱ”段市電正常，“Ⅰ”段市電停電，控制邏輯一樣。

3 故障查找經過與分析

3.1 故障一查找經過與分析

當停“Ⅱ”段市電時，低壓配電柜2QF不能自動分閘，手動分閘成功。故障有兩種可能，第一種是2QF故障，第二種是低壓配電柜二次控制電路故障。為了驗證故障來自于2QF，還是低壓配電柜二次控制電路，把2QF與3QF位置互換。

手動操作狀態下2QF與3QF分合閘操作及順序均正常，自動操作狀態下，送“Ⅱ”段市電，3QF未能正常分閘，2QF母線得電后自動閉合，造成“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電短路。由對2QF和3QF控制邏輯分析可知，正常情況，2QF母線得電后，首先3QF分閘，然后2QF再閉合。

進一步分析，手動操作狀態下，分合閘均正常，自動操作狀態下，原2QF不能自動分閘的原因是原2QF失壓脫扣線圈Q故障，在“Ⅱ”段市電停電后，失壓脫扣線圈Q失壓，但不能正常動作分閘。

若3QF失壓脫扣線圈Q故障，則會造成“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電倒閘操作期間發生短路故障。由此說明，航管樓供電系統二次回路存在設計缺陷。

3.2 故障二查找經過與分析

“Ⅰ”段市電正常，“Ⅱ”段市電停電，母聯斷路器在自動狀態和手動狀態下均不能合閘。經排查發現，二次回路中“Ⅱ”段市電A、C相熔斷器1RD、2RD熔斷。由2QF和3QF控制邏輯分析可知，3QF在自動狀態和手動狀態下均不能合閘，并且熔斷器1RD、2RD熔斷，有以下3種可能原因：①1KA中間繼電器線圈故障；②時間繼電器3KT線圈故障；③閉合電磁鐵線圈X故障，其中任何一種故障都會導致1RD、2RD熔斷器熔斷。

進一步檢查發現，“Ⅱ”段市電正常、“Ⅰ”段市電停電時，3QF拒動作，測量1RD、2RD熔斷器正常；“Ⅰ”段市電正常、“Ⅱ”段市電停電時，3QF拒動作，測量1RD、2RD熔斷器熔斷。因此，排除時間繼電器線圈3KT故障，1RD、2RD熔斷器熔斷，是由中間繼電器1KA線圈短路所致。

更換新的中間繼電器1KA，再次實驗“Ⅰ”段市電正常，“Ⅱ”段市電停電，此時，3QF仍然拒動作，測量1RD、2RD熔斷器均正常。通過上述分析可知，故障原因為3QF合閘回路閉合電磁鐵線圈X故障。

4 針對二次回路設計缺陷的改進措施

由故障一查找經過可知，航管樓供電系統二次回路存在設計缺陷，當3QF失壓脫扣器線圈Q出現故障時，“Ⅰ”段市電或“Ⅱ”段市電其中一路由停電轉為正常時，3QF不能自動斷開，造成“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電短路，存在嚴重安全隱患。

4.1 改進方案一

如圖4所示，為確保“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電均正常情況下3QF主觸點斷開，在1QF和2QF合閘回路上分別增加一個3QF機械常閉輔助觸點。當3QF閉合時，3QF常閉輔助觸點處于斷開狀態，“Ⅰ”段市電或“Ⅱ”段市電其中任意一路由停電轉為正常時，均不能自動合閘，必須確保3QF斷開后，方可合閘成功。

該方案改進了航管樓供電系統二次回路現在的設計，即使3QF失壓脫扣器線圈Q故障，也不會發生“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電短路的現象。但不足之處是，3QF常閉輔助觸點不可靠時將出現全站失壓的情況。

圖4 改進方案一示意圖

4.2 改進方案二

如圖5所示，為確保“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電均正常情況下3QF主觸點斷開，在3QF分閘回路上并接KM1、KM2中間繼電器常開輔助觸點，其中，KM1、KM2分別為1QF和中間繼電器。

KM1、KM2常開觸點串聯后與3QF分閘回路上SB2分閘按鈕并聯，當3QF閉合時，“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電其中一路正常，另一路由停電轉為正常或兩路均同時來電，而3QF因失壓脫扣線圈故障而不能自動分閘時，KM1、KM2常開觸點閉合自動接通3QF分閘回路的分勵脫扣器線圈F，斷開3QF主觸點。

該方案優點是，避免了3QF因失壓脫扣線圈故障而不能自動分閘，造成“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電同時來電進而發生短路故障的可能。不足之處是，3QF失壓脫扣器正常情況下，與新增KM1、KM2常開觸點回路會同時動作，斷開3QF，存在競爭風險。

圖5 方案二改進示意圖

5 結論

近年來，民航空管對供配電系統可靠性提出了更高的要求。本文針對航管樓供電系統發生的兩起斷路器拒動故障，結合供電系統二次控制自動投切裝置動作邏輯進行了深入分析，根據故障現象層層遞推，透過現象查找出了兩起故障存在問題的本質。排查故障的同時，還發現了航管樓供電系統二次回路存在設計缺陷，針對二次回路設計缺陷提出了兩種改進方案。

改進方案避免了因母聯斷路器失壓脫扣線圈Q故障而導致“Ⅰ”段市電與“Ⅱ”段市電同時來電，進而發生短路故障的可能。已將改進方案在航管樓供電系s統中實際應用。實踐證明，改進方案提高了航管樓供電系統的可靠性。