李實 欒寶紅

【摘 要】為了分析并解決工業(yè)計算機(jī)電源故障導(dǎo)致上游空氣開關(guān)越級跳閘問題，通過研究空氣開關(guān)的設(shè)計合理性，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計的開關(guān)級聯(lián)匹配存在缺陷，即兩級開關(guān)不具備保護(hù)選擇性。根據(jù)研究的結(jié)論確定方案，對原有設(shè)計進(jìn)行變更，使用新型號的開關(guān)進(jìn)行匹配，從而實現(xiàn)短路故障情況下的級聯(lián)開關(guān)保護(hù)。

【Abstract】In order to analyze and solve the problem of override trip of upstream air switch caused by the power failure of the industrial computer， through studying the rationality of the design of the air switch， it finds that the switch cascade matching of the original design is defective， that is， the two stage switch has no protection selectivity. According to the conclusion of the study， we decide to change the original design and match it with the new type of switch， so as to realize the cascade switch protection under the condition of short circuit fault.

【關(guān)鍵詞】工控計算機(jī)；電源短路；級聯(lián)開關(guān)；跳閘；保護(hù)選擇性

【Keywords】industrial control computer； power supply short circuit； cascading switch； tripping； protection selectivity

【中圖分類號】TD611 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0175-02

1 研究內(nèi)容及分析過程

1.1 研究背景

電廠某監(jiān)視系統(tǒng)機(jī)柜006AR整體失電，導(dǎo)致該系統(tǒng)上位機(jī)、記錄儀不可用，盤臺上的軸向功率偏差無法監(jiān)視。檢查發(fā)現(xiàn)601/605JA開關(guān)跳閘，LNE411（006AR機(jī)柜供電開關(guān)）開關(guān)顯示合閘狀態(tài)但是下游無輸出電壓。設(shè)備接線示意圖如圖1。

初步分析認(rèn)為605JA下游負(fù)荷（002HD工控計算機(jī)，為主控LOCA監(jiān)視系統(tǒng)的備用冗余設(shè)備）偶發(fā)故障，導(dǎo)致LNE-411和601JA（定值均為16A）跳閘。重新送電后（605JA下游負(fù)荷未送電），恢復(fù)LOCA監(jiān)視系統(tǒng)可用，期間短時閉鎖保護(hù)信號。此故障的影響是導(dǎo)致部分監(jiān)測功能的臨時失去。

1.2 研究方法

1.2.1 研究思路

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，導(dǎo)致002HD上游開關(guān)605JA、006AR機(jī)柜電源總開關(guān)601JA和上游開關(guān)LNE411同時跳閘的原因如下：

①主要故障： 002HD工作站電源內(nèi)部短路，產(chǎn)生的短路電流導(dǎo)致上游開關(guān)過載動作。

②開關(guān)設(shè)計問題：上級開關(guān)設(shè)計不合理，導(dǎo)致上、下游開關(guān)同時跳閘，下游開關(guān)沒有起到保護(hù)上游開關(guān)的作用。

1.2.2 研究方法

通過研究級聯(lián)短路器之間的保護(hù)選擇性，分析開關(guān)設(shè)計的合理性。

保護(hù)選擇性，以下簡稱選擇性，是指自動保護(hù)裝置之間的協(xié)調(diào)配合，使電網(wǎng)任意點的故障可以僅由故障直接上一級的開關(guān)排除。

完全選擇性，故障點的所有故障電流值，從過載到非電阻性短路電流，分開關(guān)打開，上級保持閉合。

部分選擇性，如果全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性，但是可能在某一較低故障值時（選擇性極限值）上、下級具有選擇性，稱為部分選擇性。

無選擇性，故障發(fā)生時，兩級開關(guān)都打開。

1.3 問題剖析

601JA及下游分開關(guān)都是施耐德IC65N型號，其中601JA是IC65NB16，其他分開關(guān)是IC65NB6，B16是指脫扣特性曲線為B曲線，最大負(fù)載為16A，以此類推。

以分開關(guān)605JA為例，額定電流是6A，上級開關(guān)601JA，額定電流16A，查詢保護(hù)選擇性表格（見圖2），選擇性限值為64A，含義是超過64A的負(fù)載電流，則上下級開關(guān)失去選擇性，即605JA/601JA同時脫扣。

601JA與上游LNE-411內(nèi)直流開關(guān)001JA（型號為EP102-B20，脫扣曲線為B曲線，額定電流為20A），同樣是B曲線，可以參考保護(hù)選擇性表格（見圖3，查詢表格選擇性限值為空，即無選擇性，含義是如果601JA脫扣，則LNE-411開關(guān)同時脫扣。也就是說當(dāng)短路電流大于選擇限值，三級開關(guān)同時跳閘，選擇性保護(hù)配合不當(dāng)，增大了失電范圍。

1.4 結(jié)論驗證與實踐

1.4.1 總體思路

①根據(jù)短路電流保守估計最大值來選擇上下級開關(guān)的保護(hù)特性曲線。

②在滿足開關(guān)下游負(fù)荷電流的前提下，選擇額定電流較小的開關(guān)，增大開關(guān)的內(nèi)阻，減小短路電流。

1.4.2 技術(shù)方案

①將605JA的額定電流改成3A，脫扣特性曲線改為C曲線。更換開關(guān)后開關(guān)躲沖擊電流能力和原來相當(dāng)，開關(guān)額定電流大于負(fù)荷額定電流，滿足現(xiàn)場需求。

②為避免006AR中其他電流為6A的分開關(guān)發(fā)生同樣的故障，將這些開關(guān)全部更換為型號是C60N C3A 2P的開關(guān)，后其躲避沖擊電流能力和原來相當(dāng)，額定電流均大于負(fù)荷額定電流，能滿足現(xiàn)場需求。

③電源開關(guān)601JA和LNE-411跳閘的影響范圍相同，是同一級別的開關(guān)，沒有選擇性要求，都換成20A，脫扣特性曲線改為D曲線的開關(guān)。

更換開關(guān)后，短路電流由原來的606A降低至235A（短路電流估算值）。實際由于系統(tǒng)運行非無窮大系統(tǒng)以及斷路器自身的限流能力，因此短路電流將會比計算值有所降低。從保護(hù)選擇性表知，理論上在250A以內(nèi)在設(shè)計變更改造后的配置可滿足選擇性要求。

1.4.3 實施效果

現(xiàn)場實施前在試驗室進(jìn)行短路電流驗證，只有605JA跳閘，601JA和LNE-411均正常運行。設(shè)計變更后，006AR相關(guān)設(shè)備運行一年，沒有出現(xiàn)開關(guān)越級跳閘的問題。

2 結(jié)論

通過對601JA、605JA、LNE-411開關(guān)之間保護(hù)選擇性的研究，得出如下結(jié)論：

①電源開關(guān)級聯(lián)配合設(shè)計不合理，導(dǎo)致上下游開關(guān)同時跳閘，下游開關(guān)沒有起到保護(hù)上游開關(guān)作用。006AR工控機(jī)故障，導(dǎo)致其電源開關(guān)605JA和上游電源開關(guān)601JA/LNE-411同時跳閘，006AR失去工作電源。

②605JA、601JA、LNE-411的開關(guān)容量分別為6A、16A、20A，跳閘曲線都是B型脫扣曲線，上下游開關(guān)的級聯(lián)配合不合理，導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。

③通過重新設(shè)計空開級聯(lián)匹配，改進(jìn)此監(jiān)視系統(tǒng)空開和LNE空開之間的保護(hù)選擇性，通過兩輪大修實施更換實現(xiàn)了上述設(shè)計內(nèi)容。006AR相關(guān)設(shè)備運行1年無越級跳閘故障再現(xiàn)。