斷路器拒動會對供電系統(tǒng)安全運行產(chǎn)生較大危害。近年空管系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)解列；拒合閘則會在母聯(lián)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(tǒng)發(fā)生的兩起單母線分段接線中斷路器拒動故障，結(jié)合供電系統(tǒng)二次控制投切動作邏輯原理進行分析和查找，發(fā)現(xiàn)航管樓供電系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)斷路器（3QF）的位置來驗證：

①將3QF分合閘操作調(diào)至手動狀態(tài)，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(tài)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(tài)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(fā)出“砰”聲后航管樓“Ⅰ”段和“Ⅱ”段均停電，經(jīng)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(fā)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(lián)斷路器在自動狀態(tài)和手動狀態(tài)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(qū)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(lián)自動投入，另一路市電通過母聯(lián)帶全部負荷。當兩路市電均發(fā)生故障時，兩路進線斷路器和母聯(lián)斷路器均斷開，柴油發(fā)電機在15s內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)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(lián)段二次控制回路內(nèi)，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(tài)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(jīng)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(lián)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(xiàn)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(lián)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(lián)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(lián)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(tài)，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(jīng)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(tài)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(tài)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(jīng)過與分析

3.1 故障一查找經(jīng)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(tài)下2QF與3QF分合閘操作及順序均正常，自動操作狀態(tài)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(tài)下，分合閘均正常，自動操作狀態(tài)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(fā)生短路故障。由此說明，航管樓供電系統(tǒng)二次回路存在設計缺陷。

3.2 故障二查找經(jīng)過與分析

“Ⅰ”段市電正常，“Ⅱ”段市電停電，母聯(lián)斷路器在自動狀態(tài)和手動狀態(tài)下均不能合閘。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，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(tài)和手動狀態(tài)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(fā)現(xiàn)，“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(jīng)過可知，航管樓供電系統(tǒng)二次回路存在設計缺陷，當3QF失壓脫扣器線圈Q出現(xiàn)故障時，“Ⅰ”段市電或“Ⅱ”段市電其中一路由停電轉(zhuǎn)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(tài)，“Ⅰ”段市電或“Ⅱ”段市電其中任意一路由停電轉(zhuǎn)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(tǒng)二次回路現(xiàn)在的設計，即使3QF失壓脫扣器線圈Q故障，也不會發(fā)生“Ⅰ”段市電和“Ⅱ”段市電短路的現(xiàn)象。但不足之處是，3QF常閉輔助觸點不可靠時將出現(xiàn)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(lián)后與3QF分閘回路上SB2分閘按鈕并聯(lián)，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(zhuǎn)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(yōu)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(fā)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(jié)論

近年來，民航空管對供配電系統(tǒng)可靠性提出了更高的要求。本文針對航管樓供電系統(tǒng)發(fā)生的兩起斷路器拒動故障，結(jié)合供電系統(tǒng)二次控制自動投切裝置動作邏輯進行了深入分析，根據(jù)故障現(xiàn)象層層遞推，透過現(xiàn)象查找出了兩起故障存在問題的本質(zhì)。排查故障的同時，還發(fā)現(xiàn)了航管樓供電系統(tǒng)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(lián)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(fā)生短路故障的可能。已將改進方案在航管樓供電系s統(tǒng)中實際應用。實踐證明，改進方案提高了航管樓供電系統(tǒng)的可靠性。