配电所低压智能断路器跳闸原因分析及解决措施

配电所低压智能断路器跳闸原因分析及解决措施

发表时间：2018-06-11T15:09:11.863Z 来源：《河南电力》2018年2期作者：王文俊

[导读] 本文对曾经出现的典型异常跳闸情况进行汇总和分析，并提出相关解决措施。

（国网山西省电力公司太原供电公司山西太原 030012）

摘要：随着我国电力事业的发展，智能化断路器在电力系统中的应用也逐渐广泛。其不仅能够有效地提高电力系统的运行效率，还能让电力运行的安全性得到全面的提升。但是配电低压智能断路器在运行过程中会出现异常跳闸的情况，本文对曾经出现的典型异常跳闸情况进行汇总和分析，并提出相关解决措施。

关键词：低压智能断路器；异常跳闸；解决措施

前言：

随着中国经济高速发展，配电网供电容量不断增大，同时由于自动化程度较高的高端制造业、终端用户越来越多，这就不仅需要供电容量要保证，同时对供电的可靠性与供电的质量方面也提出了很高的需求，要求供电企业提供安全、经济、可靠、高质量的电能。因此，供电部门对配电网建设的重视程度也越来越高，资金投入量越来越大，对配电网开关设备的自动化、智能化也提出了较高要求，对配电网系统的升级提高十分紧要。

配电网与用户是最紧密的，是体现用户用电满意度的重要环节。当前输电网在自动化、智能化的程度上都远远高于配电网，自愈性的优劣直接影响到用户对用电的满意度，所以选择高智能、高自动化的配电系统显得尤其重要。

配电低压开关是保障可靠供电的一个关键部件，正常跳闸能将故障点迅速隔离，而异常跳闸则会给居民生活带来不便，不仅影响社会和谐，而且也对供电可靠性带来负面影响。

本文根据现场实际工作经验，通过总结、分析配电低压智能开关异常跳闸现象，提出解决方法，使居民生活用电可靠性得以提高。

一、低压智能断路器的异常跳闸现象

微处理器引入低压断路器，使断路器的保护功能大大增强，但在实际应用中却出现一些问题。其中较典型的是异常跳闸现象，有时这些非正常跳闸对用户持续可靠用电带来不少影响。

以某小区二期1#配电所为例，步入夏季后，居民用电负荷上升，该配电所智能断路器出现了多次异常跳闸情况，间隔时间在半月和一个月不等，在检查确认无开关以下故障后，采取了频繁的试送工作。夏季过后断路器运行回复正常，随后该开关又多次出现异常跳闸情况，同厂家与配电人员对该开关进行了会诊。出现异常跳闸的断路器是施耐德公司M系列智能断路器，采用的是STR 28D脱扣控制单元。

二、M系列断路器异常跳闸原因分析

脱扣器工作原理

图中：L1-1，L2-1，L3-1 ——采样电流互感器；L1-2，L2-2，L3-2 ——供电电流互感器；U A ——A 点工作电压；U B ——外接电源；U C ——CPU 工作电源；L1 ——脱扣器；T3 ——驱动管；B1 ——脱扣器供电电源；K1 ——RESET 电路；B2 ——采样信号处理电路；K2 ——CPU 稳压电路；B3 ——CPU 及脱扣器驱动电路。

起初分析认为，虽然断路器的一次电流在工作范围内，但由于断路器的一次电流中存在由非线性负载引起的高次谐波干扰及传导干扰，影响断路器的CPU 正常工作，发生非正常跳闸现象。进一步分析发现，断路器在运行多年未出现异常跳闸现象，但在近两年频繁出现跳闸，说明谐波并不是导致断路器误跳的直接原因。断路器的CPU及其脱扣器的工作电源均来自断路器的互感器二次电流，这样初步认定当断路器电流在某一范围时，该断路器的CPU 及脱扣器工作电源不稳定引起误动作。下面对脱扣器的工作原理简要叙述，如下图所示。脱扣器的工作电源是由断路器负载电流产生的，当断路器通过工作电流时，通过速饱和电流互感器（供电互感器）再经过整流电路供电。T1、T2组成并联稳压电源，当电流增加到一定程度时，场效应管导通，速饱和电流互感器不向A点供电；当A点电压减少时，场效应管截止，互感器向A点供电，使A点保持电压稳定。采样电流互感器用于主电路电流值的采样，并将电流信号转换成电压信号，经放大和A/D 转换后由CPU分析、判断断路器工作处在正常或故障状态，然后再作相应处理。L1为脱扣线圈，是极化型电磁线圈。A点电压UA正常时为20V左右，而L1线圈在3V左右时就会动作，把工作电压提高到20V是为了减少L1的动作时间，达到快速动作。L1的动作由CPU通过T3三极管进行控制。K1为复归（即RESET）电路，用于突加复归信号；K2为CPU突加稳压电路，以突加形式给CPU供电，使CPU工作可靠。突加稳压电路参考电压为A 点，一般UA达到约15V时，突加稳压电路开始动作；如果UA在15V左右波动过大，使CPU的UC电源反复施加，会引起CPU工作不稳定，误发命令使L1脱扣线圈动作。我们发现工作电压A点可以分为三个部分：

a1不工作区。负载电流大约在0.1In以下。由于负载电流很小，没有足够能量使CPU及L1脱扣线圈工作。

b1稳定工作区。负载电流大约在0.3In以上。由于负载电流较大，有足够能量使A点电源正常工作（三相和单相有区别，三相供给能量较大）。

c1不稳定区。负载电流大约在（0.1～0.3）In之间。由于在此电流范围内产生的工作电压不稳定，致使放大部分、A/D转换部分和CPU 部分在工作电压不稳定情况下工作，但此时使L1线圈动作的能量是足够的，所以这是由于CPU和模拟电路工作不稳定使T3误动作，致使L1线圈动作，而这时候通过断路器的电流远小于整定值。

进一步分析，季节性差异负荷电流大小不同，采样电流互感器、脱扣器内部电子元器件长期是在轻负荷状态下工作的，进入夏季负荷

上升很快，电子元器件在一种几近满负荷状况下运作，夏季一过，负荷下降很快，又进入平稳期，冬季负荷又有所变化，电子元器件在这样反复的不稳定状态下工作，老化损坏很快，很可能出现采集不准，放大不准而引起断路器误跳。苏州地区发现的异常跳闸情况，多是出现在断路器运行6、7年之后。

以上是从脱扣器设计原理硬件部分上分析的产生异常跳闸的原因，根据实际情况，异常跳闸还可能存在软件自身问题。智能脱扣器带自检功能用来监测环境、元器件状况，往往在监测到脱扣器电子元器件过热、过潮或者元器件本身出现老化故障情况时，CPU也会发出指令迫使L1线圈动作来断开断路器。此外一旦出现误跳情况也可能造成脱扣器自身软件程序的出错和混乱，从而造成断路器异常跳闸。

三、解决异常跳闸的方法

两种原因产生的跳闸情况不能完全隔离开来，但是可以通过相关测试来判断电子脱扣器的异常并做相关处理，施耐德M系列适用于STR28D、STR58U电子脱扣器的专项测试仪可以给脱扣器加上模拟电流信号来检测其动作的可靠性。

对断路器脱扣器进行参数重新设置后，异常跳闸现象没有了，参数重置工作使脱扣器CPU自身程序恢复正常，同时屏蔽了CPU自检功能，由于元器件过热、过潮出现异常跳闸现象被屏蔽了。同样的情况该智能断路器经过参数重置后也恢复正常运行。

要从根本上解决异常跳闸问题，减少电压、电流波动对脱扣器元器件的影响，就是在B点加上外接辅助24V直流电源UB，此时脱扣器以及CPU的工作电压与断路器所通电流的大小无关。外接辅助24V直流电源UB办法可以在断路器连接母排处引入400V交流电源，通过小型的整流系统转换成直流后就可以提供直流电源了。

四、结论

综上所述，配网智能化断路器发展应用是一种必然趋势，新技术应用同时同样也会出现新的问题。由于施耐德M系列断路器的脱扣器工作电源是由负载电流决定，当负载在某一值时，由于工作电压不稳定，断路器产生误动作，而这一工作盲区在设计上亦较难克服，尤其是负载变化比较大的场合，负载很可能进入盲区，使断路器产生误动作，此外自检功能同样会因为外在的原因成为异常跳闸的因素之一，这类情况可能在大部分智能脱扣器上都有存在。小区配电站所设计时候，可以将外部24V稳定直流电源的设计投入，给智能断路器一个稳定的外部电压控制，或者是断路器制造厂家内部先设置镇流装置直接提供直流电源，从而减少甚至消除智能断路器的异常跳闸情况。参考文献：

【1】陈文革.智能永磁真空断路器在配电网中的应用.2017.9