万能式断路器现场故障分析

用于某加工企业的一台1000A，三极万能式断路器，工作现场环境有较大的灰尘，运行不到三个月，发生了故障。发生故障时，不仅断路器自身发生了跳闸（事后故障查询到故障电流为21.37kA），而且上一级高压开关也引起了跳闸，停电范围进一步扩大。故障现场情况是：断路器电源侧母排、负载侧母排以及它们之间的底板外表面有烧损痕迹。其中，电源侧母排中部极间有拉弧形成的灼痕；负载侧母排根部极间有拉弧形成的小面积灼痕。断路器触头系统有烧损，但仍基本完好。见图一所示。其低压一次系统图见图二所示。其中变压器T额定容量S=750kVA。P为隔离开关。ZK表示万能式断路器。
　　




　　 是什么原因造成故障的发生呢？故障的过程是怎样的呢？我们如果过于简单的推理，可能会得出如下结论：断路器极间因安全距离不足，造成极间短路，万能式断路器无法分断电流，而使得上级高压开关发生了跳闸。但细心分析我们就会发现，这种分析存在明显的遗漏和不足。一是忽视了断路器电源侧母排、负载侧母排不同的烧损情况。二是忽视了断路器触头系统的烧损情况：虽有烧损，但仍基本完好。三是对故障电流缺乏定量的分析，在定性方面也缺乏有力的支持。
　　



　　 那么真正的故障过程是怎样的呢？根据变压器额定容量S=750kVA及图二，查有关电气手册得出：万能式断路器负载侧母排间K1处三相短路电流IK1=22.4 kA，这一值与事后故障查询到的故障电流21.37kA基本吻合。由于万能式断路器的短路整定值不同厂家的不同产品有不同的整定参数，一般是取额定电流In的8～16倍。这里In=1000A，短路整定参数在8 kA～16 kA范围内，低于21.37kA。因此负载侧的短路故障引起了万能式断路器跳闸。根据断路器出线排间短路电流烧损情况，我们可以看出短路故障是从电源侧开始，经底板表面，最后到引起负载侧短路。
　　 结合断路器触头仍基本完好的事实，我们可得出这样的结论：万能式断路器在运行中，由于某种原因造成其进线端相间短路，在这一短路瞬间，因故障点在断路器的电源侧，而不在负载侧。所以按正确、合理的动作特性，万能式断路器没有跳闸。由于上级只有高压开关才能起保护作用，所以高压开关跳闸，分断万能式断路器电源侧的短路故障。在高压开关跳闸分断相间短路电流的过程中，由于万能式断路器电源侧相间短路电流相当大，造成极短时间内很大电弧产生并伴随爆炸，电弧在电斥力的作用下迅速下移并伴随断路器底板、母排的灼烧，下出线负载侧的相间母排的根部首当其冲，从而导致负载侧极间直接短路。这一负载侧的短路给万能式断路器的动作提供了信号而使其跳闸。由于故障短路电流大部份承压在高压开关上，万能式断路器只承担了最后较小的部份，因此触头系统仍很好。
　　 还有两个问题：1.是什么原因造成万能式断路器电源侧相间短路呢？一种可能是偶然性的异物跌落，直接造成电源侧相间短路。一种可能是，由于工作现场环境有较大的灰尘，万能式断路器上进线电源侧极间灰尘淤积严重，下出线负载侧因受上方母排的遮蔽而灰尘淤积量很少。运行前后成套柜以及万能式断路器进出导电排间没有有效清除打扫，以致灰尘日益淤积严重的上进线电源侧极间电气间隙不够，在一定量负载电流下造成电源侧相间电气击穿，从而发生短路。2.是如何避免万能式断路器其一侧发生短路时不引发另一侧的发生短路。本案例中断路器上进线侧和下出线侧间无绝缘隔板分开，再加上灰尘的影响，当一侧发生短路，另一侧也立即引发了短路。我们在试验检测站进行万能式断路器分断型式试验时，往往用1mm～10mm不等的绝缘玻璃布板或一定厚度的橡胶板完全将上下进出线侧隔离开来，以确保不造成多次短路故障的发生。因此增加进出线排的绝缘隔板或将产品进出线排的距离尽可能设计成最大，将有效避免万能式断路器其一侧发生短路引发另一侧发生短路等这一类故障的产生。