孫立國(guó) 梁修華 朱小燦

【摘? 要】針對(duì)某核電廠3號(hào)機(jī)組6.6 kV配電系統(tǒng)斷路器無法分閘的問題，對(duì)斷路器的扭簧位置、油脂干枯情況等進(jìn)行分析，結(jié)果表明斷路器分閘驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀是故障的根本原因，據(jù)此制定了針對(duì)性的處理措施并優(yōu)化維修策略。

【Abstract】In view of the problem that the circuit breaker of 6.6 kV distribution system of unit 3 in a nuclear power plant cannot be opened， the position of the torsion spring of the circuit breaker and the situation of grease drying are analyzed. The results show that the jamming of the opening driving mechanism of the circuit breaker is the root cause of the fault. Based on this， targeted treatment measures and maintenance strategy are formulated.

【關(guān)鍵詞】斷路器;分閘;卡澀;扭簧

【Keywords】circuit breaker; opening; jam; torsional spring

【中圖分類號(hào)】TM561? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）06-0153-02

1 引言

某核電廠3號(hào)機(jī)組大修期間，在執(zhí)行6.6 kV配電盤（LGB）從廠用變壓器A（簡(jiǎn)稱廠變）供電切換至輔助變壓器（簡(jiǎn)稱輔變）供電試驗(yàn)（T3LGB001）時(shí)，其斷路器（LGB001JA）未按預(yù)期自動(dòng)分閘，導(dǎo)致廠用配電盤（LGB）失電，A列應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（LHP）自動(dòng)啟動(dòng)并帶載廠用應(yīng)急配電盤（LHA）?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，LGB001JA分閘線圈短路，直流供電開關(guān)跳閘。

本文通過對(duì)LGB001JA的分閘原理、機(jī)械機(jī)構(gòu)、分閘線圈及受力情況等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該核電廠1～6號(hào)機(jī)組約150臺(tái)同型號(hào)斷路器均存在類似的故障模式。

2? LGB001JA倒電過程與分閘原理簡(jiǎn)介

2.1 倒電過程

LGB001JA為母線正常進(jìn)線斷路器，在LGB母線失壓的情況下（電壓低于70%額定電壓）存在倒電邏輯，以確保迅速恢復(fù)廠用電源，保障機(jī)組的正常運(yùn)行。廠用電源向輔助電源切換邏輯有以下3種：①快速倒電（0s）：由汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)觸發(fā)且500kV高壓出口斷路器全部斷開。②一級(jí)慢速倒電（1.2s）：由LGB/LGC母線低電壓保護(hù)觸發(fā)，且同步并網(wǎng)系統(tǒng)斷路器（GSY001JA）（或LGA001JA）斷開，斷路器LGB001JA合閘，延時(shí)1.2 s發(fā)出LGB001JA斷開指令，LGB001JA成功斷開0.5 s后，LGB102JA合閘。③二級(jí)慢速倒電（5s）：由LGB/LGC母線低電壓保護(hù)觸發(fā)，延時(shí)5s發(fā)出LGB102JA合閘指令。T3LGB001試驗(yàn)是檢查L(zhǎng)GB配電盤從廠變供電自動(dòng)切換到輔變供電的性能的操作，為一級(jí)慢速倒電，分為以下4步：①主控?cái)嚅_來自廠變A的進(jìn)線斷路器LGA001JA;②LGB正常進(jìn)線斷路器LGB001JA延時(shí)1.2 s自動(dòng)斷開;③LGB輔變進(jìn)線斷路器LGB102JA延時(shí)0.5 s自動(dòng)合閘;④合上LGB001JA，LGA/LGB由廠變供電切換至輔變供電。

2.2 分閘原理

如圖1所示，斷開LGA001JA后，LGB001JA接收到分閘命令，分閘繼電器002XR勵(lì)磁，由于此時(shí)未插入試驗(yàn)盒，繼電器099XR未勵(lì)磁，且此時(shí)斷路器為合閘狀態(tài)，所以分閘回路中常閉接點(diǎn)099XR.21-22閉合、常開接點(diǎn)002XR.3-4閉合、合閘輔助觸點(diǎn)S4.13-14閉合。110V直流電源通過插針001PJ.31-30供電給整流橋V2，V2輸出110 V直流電供給分閘線圈Y2。Y2受電磁力旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)分閘半軸轉(zhuǎn)動(dòng)，瞬間釋放分閘彈簧能量，完成分閘。

從分閘原理可看出，如果分閘回路中002XR、099XR和V2發(fā)生故障，S4接點(diǎn)接觸不良，Y2和操作機(jī)構(gòu)卡澀，都會(huì)導(dǎo)致LGB001JA無法分閘。

3 故障原因分析

3.1 直接原因

LGB001JA于2018年5月29日23：14：39正常接收到分閘命令，監(jiān)控系統(tǒng)記錄顯示LGB001JA分閘命令已正常觸發(fā)，測(cè)量Y2兩端直流電壓為115.6 V，LGB001JA未分閘，Y2帶電27 s后過熱短路并產(chǎn)生焦糊味，導(dǎo)致110V直流供電空開跳閘，故障燈亮。測(cè)量LGB001JA的Y2直阻為0.6 Ω，已短路損壞。

打開斷路器前面板檢查發(fā)現(xiàn)其分閘半軸復(fù)位扭簧位置偏移，與正常扭簧位置偏差約60°，該偏差會(huì)影響復(fù)位扭簧的反作用力，增加分閘線圈驅(qū)動(dòng)分閘半軸旋轉(zhuǎn)的阻力。如圖2所示，手動(dòng)按鈕或分閘線圈動(dòng)作驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)半軸A，脫扣機(jī)構(gòu)B迅速與A脫開，分閘能量瞬間釋放完成分閘。

通過對(duì)故障情況分析，確認(rèn)本次故障的直接原因?yàn)榉珠l線圈Y2過熱燒壞。

3.2? 根本原因

3.2.1 Y2內(nèi)部匝間短路

對(duì)Y2外觀檢查，發(fā)現(xiàn)存在較明顯的焦糊味，但整體外觀、引線等無異?，F(xiàn)象。測(cè)量其直阻為0.6 Ω（正常情況下阻值應(yīng)為45 Ω），確認(rèn)Y2已短路。解體后發(fā)現(xiàn)表層絕緣膠帶已有明顯高溫熔化的跡象，外層漆包線的漆包層均已熔化，將漆包線層層剝開，發(fā)現(xiàn)在線圈表層、中間及底部均存在相同程度的漆包層過熱熔化現(xiàn)象，由此判斷Y2是整體過熱而燒毀短路。

3.2.2 扭簧位置偏差導(dǎo)致機(jī)械卡澀

針對(duì)扭簧位置偏差可能導(dǎo)致機(jī)械卡澀的原因，進(jìn)行斷路器手動(dòng)/電動(dòng)合、分閘測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

手動(dòng)分閘力值測(cè)試：將分閘扭簧處在正常和異常位置，測(cè)試其分閘推力值，發(fā)現(xiàn)扭簧在異常位置下會(huì)比在正常位置的推力大6 N左右。

電動(dòng)分閘測(cè)試：將分閘扭簧處在正常及異常位置，測(cè)試最低脫扣電壓，發(fā)現(xiàn)扭簧在異常位置下會(huì)比在正常位置的電壓大13 V左右。

將分閘扭簧處在異常位置，在65%額定電壓下（71.5 V）進(jìn)行100次電動(dòng)合/分閘操作，未發(fā)現(xiàn)任何異常。經(jīng)過100次電動(dòng)分合閘操作后，重新進(jìn)行手動(dòng)分閘力值及最低脫扣電壓測(cè)試，其手動(dòng)分閘力值較磨合前下降2 N左右，最低脫扣電壓較磨合前下降5 V左右。

根據(jù)以上分析可看出，分閘扭簧位置存在偏差會(huì)導(dǎo)致阻力變大，最低脫扣電壓增大。

3.2.3 機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油脂干枯

將分合閘半軸、脫扣板重新采用NB52潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑，測(cè)量其分閘力值比未潤(rùn)滑前下降1～2 N。

將分合閘半軸、脫扣板拆下擦干NB52油脂后重新回裝，并將分閘扭簧處于異常位置，且合閘機(jī)械閉鎖連接件調(diào)整至極限位置，測(cè)量其分閘推力為20.6 N，其最低脫扣電壓為93.9 V，即85.4%額定電壓下才能分閘;100%額定電壓下均可靠分閘。

根據(jù)以上分析可看出，油脂干枯會(huì)導(dǎo)致阻力增大，但是阻力增大并不足以導(dǎo)致斷路器無法分閘。

3.3 分析小結(jié)

通過上述分析確認(rèn)造成LGB001JA無法分閘的直接原因?yàn)閅2過熱燒毀。Y2燒毀的根本原因是外部機(jī)械阻力過大導(dǎo)致線圈無法驅(qū)動(dòng)分閘半軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈長(zhǎng)時(shí)間通電導(dǎo)致過熱燒毀。LGB001JA經(jīng)過多種模擬并未重現(xiàn)故障現(xiàn)象，扭簧裝配位置裝配錯(cuò)誤和機(jī)構(gòu)阻力過大為導(dǎo)致故障的原因。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)可以判斷該故障為偶發(fā)故障。

4 措施與建議

綜上所述，在當(dāng)次大修期間制定處理措施，完成了某核電廠3號(hào)機(jī)組24臺(tái)同型號(hào)斷路器的反饋檢查：測(cè)量分/合閘線圈直阻、對(duì)地絕緣電阻均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;檢查分/合閘復(fù)位扭簧位置均無偏差;檢查操作機(jī)構(gòu)油脂均無干枯、變色現(xiàn)象，操作機(jī)構(gòu)靈活無卡澀;對(duì)斷路器各進(jìn)行5次電動(dòng)分/合閘，均正常動(dòng)作。表明此24臺(tái)斷路器功能正常。

建議在這類型號(hào)的斷路器檢修程序中增加對(duì)應(yīng)例行檢查項(xiàng)目，確認(rèn)油脂無干枯、復(fù)位扭簧位置無偏差、分合閘線圈直阻及絕緣正常，以確保斷路器功能正常。