一起核电站直流配电盘蓄电池进线开关跳闸原因分析

一起核电站直流配电盘蓄电池进线开关跳闸原因分析

张伟魏利峰

中广核核电运营有限公司518124

摘要：2016年某日，某核电机组核岛正在换料模式，20：00左右，电气工作人员在完成48V直流配电盘LCB蓄电池放电监测继电器001XI改造后，当合上蓄电池进线开关大约30秒后开关跳闸，并且联跳充电器的进线开关，造成48V直流配电盘停电。本文对该开关跳闸进行根本原因分析，认为电流继电器脱扣机构磨损是造成开关跳闸的根本原因，并制定了反馈检查等一系列纠正性措施。

关键词：蓄电池开关；过流保护；机构磨损；原因分析；经验反馈

一、概述

1.1系统功能简介

1.1.11LCB系统功能简介

LCB系统包括两个充电器（001/002RD），一组蓄电池（001BT），电源分配、检测和控制的配电盘。系统正常运行时为002RD与001BT由充电器向负荷供电，同时充电器又对蓄电池进行浮充电。两台充电器可以在其中一台出现故障时手动切换，蓄电池可以在两台充电器同时不可用时向负荷供电至少一个小时。

LCB主系统的功能是：为核辅助厂房提供控制、监测和保护电源。

1.1.21LCB110开关情况

1LCB110开关型号为AB13，额定工作电流250A。该开关主要由三部分构成，D630型塑壳断路器、DN1型过电流保护装置以及为保护装置配置的分流器和开关操作框架部分。开关的详细信息见下表：

开关的外部信号：开关的辅助接点CA和开关的故障跳闸报警接点。CA的主要功能是为主控模拟盘和KIT提供信号反应开关在闭合或断开状态；CD的主要功能是开关在过电流保护动作跳开开关时向外回路发故障信号。

1.1.31LCB001XI改造情况介绍

由于原型号的1LCB001XI放电检测继电器厂家已不再生产，所以将现场继电器改成TEC的放电监视继电器。为了使改造后的TEC继电器能够正常工作，将原来安装在蓄电池出线正极的分流器移蓄电池出线负极。改造工作不涉及1LCB110开关，1LCB110开关只是改造工作的试验边界。

1.2事件描述

1.2.1事件过程

2016年某日，某核电机组核岛正在换料模式，电气人员执行直流配电盘LCB蓄电池放电监测继电器001XI改造。根据工作指令的要求，9：00许，电气人员拉开蓄电池进线开关，在蓄电池出口端子拆除出线电缆将蓄电池退出，从配电盘蓄电池进线开关进口处将001ZT从正极移向负极进行改造，完成该步工作后，检查蓄电池正、负电缆对地1.5G，正、负电缆间绝缘1.1G，恢复蓄电池出口端子电缆连接。20：00左右，工作负责人将1LCB110闭合投入蓄电池，大约在合闸30秒后开关跳闸。开关的CD接点发故障信号并且联跳002RD的进线开关，造成LCB直流配电盘停电。

事件发生后，工作负责人检查1LCB110蓄电池进线开关发现过电流保护继电器装置处于动作脱扣状态。检查开关出线相关连接无短路放电痕迹，可以确认是开关保护装置误动造成。所以，领取开关备件，检查合格，更换1LCB110开关，系统恢复正常。

1.2.2事件后果

1LCB失电以后对机组的主要影响：1）B列模拟盘设备状态混乱，例如部分阀门、泵等设备的运行指示消失或错误，B列KSC报警电源失去；2）LCB母线失电后由LCB提供控制电源的气动阀关闭；3）部分设备因不能启动记I0；

1.3任务与目标

通过本报告的分析，找出可能导致事件发生的根本原因。提出有效的改进措施，以通过纠正性措施的实施来防止类似事件的重复发生。

二、分析方法及过程

2.1分析过程

应用RCA分析方法，对本次电缆外护套损坏事件的分析过程如下：（1）列举所有可能的故障模式；（2）通过分析和故障推理，最终找出根本原因及影响因素；（3）针对根本原因及涉及到的相关影响因素等分析，制定相应的纠正措施。

2.2可能的故障模式分析

2.2.1可能的故障模式分析

根据事故的现象和所作的调查，对可能存在的故障模式进行罗列和分析，通过逐项分析，对各种故障模式发生的可能性高低程度进行了排列，提出了造成这起设备故障事件的根本原因。其论证结果见表2.2-1所示。

2.3可能故障模式详细分析

2.3.1负荷短路

改造后在蓄电池出口端子回装电缆前，测量电缆相间及相对地绝缘良好。回装电缆后，在合上开关以前，开关出线到蓄电池的回路已经充电，排除开关的下游负荷（蓄电池回路）有短路故障。更换开关，合闸后运行正常，进一步确定开关的负荷没有问题。从当时现场的检查情况看，抽屉开关没有短路放电烧焦现象，无异常气味。

由此可以判断负荷无短路。

2.3.2合闸冲击电流过大且持续时间较长

为了查找事件的根本原因，模拟当时的工况将蓄电池开关在断开后闭合，用记录器录得瞬时蓄电池的冲击电流达到2500A，时间很短，约2毫秒。这样的冲击电流蓄电池的保护动作定时限（25毫秒）完全可以躲过。

由此可以判断正常的合闸冲击电流以及其持续的时间并不能导致开关跳闸。

图1

2.3.3开关保护误跳

为了查找1LCB110开关跳闸的根本原因，工作人员对开关的机械机构进行检查。检查过流继电器，除了发现脱扣触发杆有磨损以外，其它一切正常。模拟试验，发现触发杆有磨损后，继电器过流启动后不能自动复位，而新继电器可以复位。脱扣触发杆的磨损及机构动作原理如下图所示。

图2是开关正常的脱扣触发装置简图。机构动作过程为：当开关合闸时，短时间的大电流冲击使过流保护装置启动，即图中钩状的脱扣触发杆上会作用一反M方向的转矩使其按反M转矩的方向旋转，从而使灰色矩形的脱扣片会在脱扣触发杆的接触平面上相对滑动，两个平面滑动的时间就是过流保护装置从启动到脱扣的延时时间。若有大电流冲击且在开关的延时时间内（定值25毫秒）消失，则脱扣触发杆会在转矩M的作用下滑回而复位；若大电流一直存在，脱扣片会滑离脱扣触发杆而在F力的作用下使开关机构脱扣跳闸。

图3是1LCB110开关的脱扣触发机构简图。因为脱扣触发杆磨损，当短时的大电流冲击后脱扣片会滑到磨损的斜面部分，过电流消失后，不能滑回而复位，而在F力的作用会使脱扣片缓慢下滑而脱扣。

图2图3

经校验，开关过电流保护动作值是1250A，在定值范围内，正常。

为了进一步测得蓄电池进线断路器合闸瞬间的冲击电流，工作人员对闭合蓄电池开关的瞬间的冲击电流进行录波。录得蓄电池开关闭合时充电器对蓄电池的冲击电流达到2500A，时间2毫秒。

这样的冲击电流足以让过电流保护装置启动，2毫秒冲击电流正常情况下可以保护装置是可以复位的，但由于1LCB110开关的过电流保护装置的脱扣触发杆磨损（如图3），保护装置因冲击电流启动后，不能复位，而缓慢的下滑直至脱扣开关跳闸。

三、结论及纠正措施

3.1故障原因逻辑推理

图41LCB110开关跳闸原因因素及屏障分析图

3.2根本原因陈述

蓄电池开关闭合时充电器对蓄电池的冲击电流达到2500A，时间2毫秒，过电流保护装置启动，由于因为脱扣触发杆磨损，机构不能滑回而复位，脱扣片缓慢下滑而脱扣导致开关跳闸。

直接原因：LCB110过电流保护装置脱扣触发杆磨损。

根本原因：当合蓄电池开关（LCB110）时，瞬间产生大电流，继电器启动，并在继电器延时时间内电流恢复正常。但是由于脱扣触发杆磨损，当电流恢复正常后触发杆仍不能复位，而是继续滑动，并在大约30秒后完成脱扣，造成误跳闸。

3.3纠正措施

1）检查一号机其它同类型的直流系统蓄电池进线开关；

2）计划在下次机组停机窗口检查其他机组同类型的直流系统蓄电池进线开关；

3）升版此类型的蓄电池进线开关定期检修规程，将脱扣触发杆的磨损检查列入规程中，定期检查脱扣触发杆的磨损情况。

参考文献

[1]900MW压水堆核电站系统与设备，原子能出版社.

[2]大亚湾核电站系统与运行，原子能出版社.