劉積慧

（酒鋼集團宏興股份公司動力廠，甘肅嘉峪關 735100）

引言

框架式低壓斷路器普遍使用于冶金、化工、工農業(yè)生產、生活配電系統(tǒng)中，用于保護和控制低壓配電網絡，安裝在電網低壓配電柜中，如進線單元、一次側及二次側出線部分，框架式低壓斷路器是固定式安裝的一種，為抽屜式接線，斷路器本體的進入和退出是由外置式搖桿順時針或逆時針旋轉而達到連接的目的，在一次主回路和二次控制回路中均采用進出插入式結構，提高了使用的經濟性，同時給安全操作與檢修維護帶來了很大的便利，增加了安全性、可靠性，綜合了保護、測量和通信功能，是智能、安全、簡便和經濟的配置。

1 低壓配電系統(tǒng)中框架式低壓斷路器的配置

在冶金企業(yè)、各種發(fā)電廠、低壓配電站中，當380 V 母線發(fā)生故障，將導致母線失壓停電，影響范圍大；采用380 V 單母線分段或不分段的雙母線接線方式時，當其中某一段母線發(fā)生故障時將造成約一半的電氣回路停電或短時停電及晃電，因此在電力變配電系統(tǒng)中對配電系統(tǒng)的靈活性和可靠性就有了很高的要求，一定要避免380 V 低壓母線發(fā)生故障、以及限制母線故障影響全站停電或短時停電事故的發(fā)生，為此冶金工礦企業(yè)的低壓配電系統(tǒng)多采用雙電源單母線分段或雙電源單母線不分段、電源為備自投的運行方式進行配置。見圖1。

圖1 母線分段運行示意圖

框架式低壓斷路器作為雙電源單母線分段運行方式或雙電源單母線不分段加備自投運行方式，安裝于母線的進線電源側起保護作用。

2 斷路器控制器故障及原因分析

某二高線水系統(tǒng)泵站供電系統(tǒng)采用雙電源單母線分段的供電方式，斷路器型號為梅蘭日蘭公司Masterpact M 系列M20H1，保護控制單元為STR38S，已運行有23 年，斷路器本體運行狀態(tài)良好，但保護控制單元多次發(fā)生誤動跳閘事故，基本原因分析如下：

斷路器的保護控制單元為STR38S，超出了電氣設備的正常運行周期，元器件老化、工作性能不穩(wěn)定是原因之一。原因之二［1］是該芯片的工作電源為斷路器本身電流互感器進行自供電，當斷路器實際負載電流低于額定負載電流的20%時，會導致自供電電源不穩(wěn)定，加上檢測回路穩(wěn)定性的下降，電流檢測嚴重漂移，在運行過程中保護開關誤動作就會發(fā)生。

斷路器的控制單元（STR38S）屬于精密器件，需要定期檢測。通過查閱資料要求在使用過程中［2］，每年對STR 系列控制單元進行性能測試，獲取設備的性能指標數據，之后每年要對累計的性能指標數據進行綜合技術分析，結合專業(yè)的技術支持，指導制定檢修策略，保證斷路器長期穩(wěn)定運行，避免誤動作事故的發(fā)生。但此次故障的保護裝置已在線運行23年，也從未進行過相應的預防性維護和性能測試，日常忽略了對斷路器的各項性能試驗，也是導致故障的次要原因。

3 解決方案

3.1 方案1：更換控制單元

斷路器的控制單元（STR38S）屬于易損件，而Masterpact M 系列框架式斷路器已于2003年停產退出了市場。施耐德供貨廠家的零部件儲備保障周期截止到2015年底，也就意味著控制單元也已退出市場。即便廠家有配件也多為維修件或拆機件，不能保證質量，備件的停產直接導致此方案無法實施。

3.2 方案2：升級改造全套斷路器

Masterpact M 系列型號的框架式斷路器生產于2000年以前，新一代Masterpact MT 系列框架式斷路器不管是在框架尺寸上還是整體構造上均小于原有M 系列斷路器，因此無法直接更換MT 系列斷路器本體，需要整柜更換，同時受生產連續(xù)性影響，低壓受電柜不能長期離線檢修，其二，采用合母聯(lián)二段帶一段運行方式存在極大的供電安全風險。同時拆遷規(guī)劃中的配電系統(tǒng)一次性投資較大，也導致此方案實施的可能性較小。

3.3 方案3：改造控制單元

考慮到方案1 中更換控制器已經停產，方案2中的投資又較大，性價比不高。因此綜合考慮，在滿足原有基本功能的基礎上，同時實現故障記錄情況，追溯故障時間及原因，顯示運行電流及開關狀態(tài)，通過聯(lián)網功能可實現遠程操作和監(jiān)控。故決定采用DEP-821 系列微機保護裝置進行升級改造以實現保護、記錄、顯示、聯(lián)網、遠程操控、實時監(jiān)控等方面的要求，也為后期的拆遷節(jié)省了費用。

4 方案實施及運行效果

DEP-821 系列微機保護監(jiān)控裝置是10 kV 開關柜上保護監(jiān)控裝置（也可采用其他型號的線路保護裝置）。此次改造中我們選用備件為DEP-821 系列線路保護裝置來改造原有STR38S控制單元。

4.1 方案實施

在380 V 一受電開關柜下部隔室內加裝DEP-821 系列線路保護裝置塊一套，利用原有母線保護用電流互感器，逐相將電流接入保護裝置測量回路，微機保護裝置直流電源利用原有直流屏單獨設置1A空開配至保護裝置。保護裝置跳閘出口，接入斷路器跳閘回路。同時對過流一段、二段、三段的保護定值及時間進行重新核算和整定，最后利用繼電保護試驗臺，進行跳閘保護試驗，進行實施后方案的驗證。此方案同時解決了低壓斷路器在日常運行過程中無法進行保護試驗的問題。電氣原理圖如圖2所示。

圖2 改造方案電氣原理圖

4.2 保護定值核算

變壓器基本參數：S9-M-1250/6，一次電流：120 A，二次電流：1 804 A；380 V 低壓框架式斷路器基本參數：In=2 000 A，電壓400 V。

其中：低壓配電線路的計算電流：Ijs=1 550 A，配電線路中最大的一臺負載，功率為200 kW，額定電流350 A，啟動方式：軟啟。

（1）長延時保護

斷路器保護單元的長延時動作電流（Ir）主要是用來保護設備過負荷，一般情況下按照線路計算電流的1.1倍進行計算［3］：

即Ir≥1.1×Ijs

Ir≥1.1×1 550=1 705 A

也可以按照變壓器二次額定電流進行整定（1 804 A）。

也可按照上下級配差按照1.2 倍進行核算整定：2 160/1.2=1 800 A。

綜上所述：長延時動作電流整定為1 800 A。斷路器長延時整定時間分為：0.5 s、1 s、2 s、4 s、8 s、12 s、16 s、20 s、24 s。按照級差2～4 s的原則，延時整定為8 s。

（2）短延時保護

短延時動作電流（Izd）應躲過線路的尖峰電流Izd，通常按以下原則進行確定：

式中：Izd——線路中最大電機的起動電流。

此次低壓配電線路中部分負載為軟啟動方式啟動，考慮到線路中安裝有防晃電重合控制器，晃電瞬間2 臺設備同時啟動，按照385 A×3 倍×2 臺=2 310 A進行核算。

Ijs為除起動電流最大的1 臺電機以外的線路計算電流：

按照1 550 A-350×2=850 A進行核算。

即：Izd≥1.2×（Izd+Ijs）=1.2×（2 310+850）=3 160 A

也可按照上下級配差按照1.2 倍進行核算整定：4 950/1.2=4 125 A。

綜上所述：短延時動作電流整定為4 000 A。斷路器短延時整定時間分為：0.1 s、0.2 s、0.3 s、0.4 s，分正時限和反時限兩種。上下級斷路器的級差0.1～0.2 s的原則，低壓側整定為0.2 s反時限。

圖3 改造前實物照片

圖4 改造后實物照片

（3）瞬時速斷保護

斷路器瞬時動作電流應滿足Ii≥3×（Izd+Ijs）的要求。因此Ii≥3×（Izd+Ijs）=3×3 060=9 480。線路保護中也可按照斷路器額定電流的4～5 倍進行整定，即2 000 A×5=10 000 A。綜上所述：瞬時速斷動作電流整定為10 000 A。瞬時速斷時間為0 s。見表1所列。

表1 保護定值表

5 結語

項目實施后，采用繼電保護測試儀進行了保護試驗，動作可靠。此次改造以較低的成本消除了隱患，實現了斷路器原有保護功能。通過一段時間的運行，未發(fā)生誤跳閘的情況，達到了此次保護改造的目的，為今后的設備改造及隱患消缺提供了一種全新的思路，后期我們還可以將該保護裝置通過網絡接入到電力后臺管控系統(tǒng)，實現遠程微機監(jiān)控和控制。