刘 洋，范旭庚，李昕洋

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼铁作业部，河北唐山 063299）

0 引言

某钢铁厂烧结机3#主抽风机运行过程中故障停机。再次启动该设备发现：3#风机电机软启动完成，即将并网运行时，电机运行柜断路器合闸瞬间又跳闸，启动失败，3#电机控制柜报出运行柜合闸返回故障；启动4#主抽风机，4#风机运行柜合闸瞬间跳闸，启动失败，报4#风机运行柜合闸返回故障，现象与3#风机相同。现场人员对变频设备、电机控制柜、风机启动备妥条件、PLC 控制逻辑、分闸条件及高压柜断路器的分闸回路等进行了细致检查，均未发现异常，最后排查为断路器欠压脱扣装置（图1）故障，将欠压脱扣器屏蔽后风机正常启动。

1 欠压脱扣器的作用及技术标准

欠压脱扣器是断路器的一种保护性附件。当线路发生短路、接地故障时，线路电压会在短时间内出现大幅度降低甚至消失，造成负载设备故障。例如：电机输出力矩降低甚至堵转，从而产生数倍于额定电流的过电流，导致电机烧毁；当电压恢复时，大量电机的自起动又会使系统电压大幅度下降，造成二次故障。再如医院、科研等单位，电网欠压造成的设备异常运行可能会导致非常严重的后果。欠压脱扣器工作时，其线圈连接于电路相间，当电网电压降低到某一规定值时，失压脱扣器的电磁铁的吸力变小，内部杠杆转动作用于断路器脱扣机构，使断路器断开。现在大多数成套配电设备上，尤其是低压断路器上都使用了欠压脱扣线圈，实现配电系统的欠压保护功能。

图1 断路器欠压脱扣器实物

案例所述的欠压脱扣器连接于10 kV 开关柜直流控制电源的正负极之间（图2）。根据GB/T 11022—2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中规定：当电源电压低于欠电压脱扣器额定电的35%时，欠电压脱扣器应动作使开关装置分闸且断路器应不能合闸；当电源电压高于欠电压脱扣器额定电压的85%时，欠电压脱扣器能保证断路器正常工作；当电源电压超过欠电压脱扣器额定电压的65%时，它不该动作来操作开关装置。而上述故障发生时，现场人员测量主抽高压配电系统控制电源电压为DC 218 V，而额定工作电压为DC 220 V，仅仅低于额定电压0.9%，故这起故障中涉及的断路器欠压脱扣器是有故障的。

2 10 kV 配电系统二次回路欠压脱扣器的使用分析

案例中主抽风机10 kV 配电系统控制电源上加设欠压脱扣器，其设计意图是为了监测10 kV 配电系统二次回路供电的电源状态。10 kV 配电系统二次回路控制电源非常重要，它肩负着系统安全的重大使命，要求控制电源必须可靠，以保证自动装置、继电保护设备或人能在任何时候切断回路，限制事故、故障的发展。如果配电柜在合闸运行状态时，控制电源意外掉电未被及时发现，而带病运行是非常危险的。一旦系统出现故障需要及时切断故障回路，控制回路因电源丢失无法动作，势必会影响整个电网的安全运行。故在10 kV 配电系统控制电源上加设欠压脱扣器是有道理的。

图2 欠压脱扣器原理

基于10 kV 配电系统二次回路控制电源的重要性，一般设计中10 kV 配电系统的二次回路普遍采用直流屏供电。目前直流电源屏已广泛运用于中小型发电厂、水电站、各类变电站、开闭所和其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等）中。它已成为保证电网及发电厂安全运行的重要设备，为各类断路器（电磁操动式、弹簧储能式）提供分、合闸电源，以及给二次回路中的仪表、控制回路、继电保护和事故照明等各类高低压设备用电提供直流电源。特别是在故障发生时，它是整个变电站内部各种控制装置、保护装置的备用电源，在整个变电、配电自动化系统中起着十分重要的作用。配电室直流供电技术发展至今已非常完备，其制作工艺、系统性能具有较高的可靠性。部分开放式接口设计的直流屏，还具有强大的通信功能，方便地实现与变电站RTU 装置或电厂计算机监控系统（DCS）相连，并根据用户需要传递相应的实时数据和告警信息，故采用可靠厂商制作的直流供电装置是可以满足10 kV 配电系统正常运行的。案例中钢铁厂10 kV 配电系统运行10 a 以来，各个区域的直流电源从未出现过断电问题，运行非常可靠。欠压脱扣器仅仅依靠电磁线圈的吸附力来判定系统电压合格与否，而欠压线圈长期带电，一旦老化容易造成吸力不足导致误动。且对于电网暂态故障导致的电压波动，欠压脱扣器因无法设置脱扣延时，只能作用于跳闸。故通过欠压脱扣器来实现欠压保护存在诸多不可靠因素。案例的欠压脱扣器安装工艺繁杂，脱扣动作杠杆与断路器机构同轴连接，现场无法更换、修复，必须返厂处理，耽误现场供电恢复。这样用一种高故障率的装置来保证一个相对可靠系统的运行安全是不合理的，因此应将此处安装的欠压脱扣器拆除。

配电柜直流电源屏虽具有较高的可靠性，但是其造价昂贵。普通100 AH 的直流供电装置造价在10 万元左右。对于配电柜数量较少，负荷等级不高，无人值守的小型10 kV 供电系统，单独设置直流装置是非常不划算的。系统设计时通常采用交流电源直接供电或者自距离较远的直流电源柜引入二次回路电源，其供电可靠性大大降低，为防止该系统控制电源故障对主干电网产生不良后果，可考虑在该系统10 kV 配电柜控制电源上加设欠压脱扣器。

3 结束语

10 kV 配电系统二次回路应根据现场实际情况来选择是否配置欠压脱扣器。负载等级较高、对停电影响较大的10 kV 配电站应选用质量好、可靠性高的直流供电屏作为其二次回路的控制电源。负载等级低的微小型配电系统可考虑选用控制电源欠压脱扣器。控制电源欠压脱扣器对直流屏用户意义不大。另外对于工程技术人员在审核技术方案时，应关注此类技术细节。尤其在进口设备方面，因技术交流中语言不通，交流不畅，易要求外方“高配”、“全配”供货，可能会将一些不必要的选配装置也纳入采购中，既增加了成本对现场使用也是无益的。