摘要：本文介绍了进线断路器断路器Micrologic 6.0和柜内MerlinGerin NS400N的基本原理、应用比较以及AB公司的150-SMC-Flex型软启动器接地故障保护功能应用，分析电机接地故障导致越级跳闸的原因。通过增加零序电流互感器，在电机供电系统产生零序接地电流时与软启动器装置配合使用，实现软启动器接地故障保护动作，解决了供电系统接地故障时越级跳闸的问题，确保轧线稳定运行，减少故障，提高产量，为公司赢得了一定的经济效益。
关键词：断路器；软启动器；零序电流互感器；零序电流
一、引言：
粗轧区域介质系统包括轧机的液压系统、稀油润滑系统、干油润滑系统、气动系统、高压水除鳞系统。为满足工艺设备控制要求，对液压执行机构进行方向、位置、速度、输出力或力矩的控制，主要控制方式有开/关控制、比例控制、伺服控制。而液压执行机构由液压站电机提供动力，电机控制系统结构图如下：
Ⅱ段常用电源经进线断路器QF1给粗轧介质系统供电，介质系统又分为粗轧高压液压站 、粗轧低压液压站、稀油润滑站及甘油润滑站。其中粗轧高、低压液压站电机额定功率较高，电机启动由软启动器控制，稀油和甘油润滑站电机额定功率较低电机为直接启动控制。每个站又有5-8台电机不等，整个介质系统共有30多台电机，若由于某台电机故障引起断路器越级跳闸，会给故障排查处理带来困难。本文通过一次断路器越级跳闸故障现象，分析出供电系统保护设置存在缺陷，并给出解决方案。
图一故障显示
二、断路器越级跳闸故障现象
某日，粗轧高、低压液压站液压泵及稀油、甘油润滑站液压泵突然跳泵，轧线停轧。故障发生后专业人员立即赶到现场，逐一排查一级通信网络、液压站电机、控制柜内元器件及液压装置。低压专业排查时发现液压站控制柜总进线断路器Micrologic 6.0 QF1跳闸并报有接地故障，初步判断故障原因来自现场电机或进线电缆。由于现场电机较多，若逐一排查耗时会较长，为快速锁定故障源，复位进线断路器并合闸。通知液压专业逐一起泵，当启动粗轧高压液压站8#泵时，进线断路器再次跳闸且小断路器也跳闸，锁定故障源为8#电机。通知液压专业启动备用泵，其他泵站陆续启泵恢复生产。
三、断路器越级跳闸故障原因分析
检查电机接线盒内动力电缆，防护良好，螺栓无松动，可排除接线不良和电缆防护不到位的原因；故障时进线断路器Micrologic 6.0 QF1复位按钮弹出并报有接地故，如图一所示
由于介质系统共用Ⅱ段进线电源，进线断路器QF1跳闸会导致整个液压站停泵。
3.1进线断路器QF1跳闸而电机控制柜内断路器QF2未跳闸的原因分析
进线断路器第二次跳闸时，锁定故障源为8#电机，检查控制柜发现小断路器也跳闸，可判断进线断路器第一次跳闸时，8#电机控制柜内小断路器未跳闸。处于系统的稳定性设计，理应只有8#故障电机柜内小断路器跳闸切断故障源而进线断路器不受影响，以保障液压系统进线电源的稳定性。实际情况却相反，原因分析如下：
通过查询断路器使用手册及现场断路器实际保护设置可知：
（1）进线断路器Micrologic 6.0A QF1较控制柜内断路器MerlinGerin NS400N QF2保护功能齐全，断路器QF1带有接地故障保护功能，接地故障脱扣值为C挡即Ig=720A,跳闸延时tg=0.1s，如图二所示；而断路器QF2无接地故障保护功能，电机绕组接法为三角形接法，无中性线，接地故障脱扣值为所测零序电流值。[1,2]
图二Micrologic 6.0A断路器的接地故障设置
（2）Micrologic 6.0A进线断路器不仅有短路保护功能而且可设置短路短延时的时间，短路脱扣值Isd=6lr=6*0.95ln=6*0.95*2500=14250A，短路短延时时间tsd=0.1s；而MerlinGerin NS400N断路器仅有短路保护功能且短路短延时时间不可调，Isd=6lr=6*0.98Io=6*0.98*0.8ln=6*0.98*0.8*400=1881.6A
通过上述分析，可知
（1）引起进线断路器QF1跳闸的原因为系统有接地故障而非相与相间的短路故障；
（2）进线断路器QF1跳闸而控制柜内断路器QF2未跳闸的原因为断路器QF1有接地故障保护功能，而断路器QF2没有此功能。
（3）排查故障源时断路器QF2也跳闸的原因分析为：8#电机在已有接地故障的基础上再次受到合闸冲击，造成相间短路故障，由于断路器QF2短路脱扣值为1881.6A远远小于进线断路器QF1的短路脱扣值14250A，所以小断路器跳闸,此时接地故障仍然存在，进线断路器QF1亦跳闸。
3.2进线断路器跳闸QF1而控制柜内软启动器未起保护作用的分析
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图三接地故障功能接线图
在绝缘或高阻抗系统中，通常用磁芯平衡电流传感器检测等级较低的接地故障，这些故障通常由绝缘击穿或者异物进入造成。检测出接地故障能够中断系统运行，防止设备进一步收到损坏，或者发出警报让专业人员及时维修。通过查询软起动器使用手册可知，要使软启动器具备接地故障保护功能，需用户安装零序电流互感器以提供1-5A中心平衡接地故障保护，带有接地故障调整使能、接地故障报警，或者同时提供两种功能选项。三线制零序电流互感器信号线分别接在14、27和28端子上[3]，其接线如图三所示
检查端子接线发现现场软启动器端子27、28实际未接线，也未安装零序电流互感器，说明软启动器起不到接地故障保护作用。
综上可知，8#电机接地故障导致断路器越级跳闸原因是：
（1）进线断路器Micrologic 6.0A QF1有接地故障保护功能，而控制柜内断路器QF2没有此功能；
（2）控制柜内未安装零序电流互感器，软启动器起不到接地故障保护作用。
四、解决措施
根据以上故障原因分析，可将控制柜内断路器QF2更换为带接地保护故障共能的类型或在控制柜内安装零序电流互感器将零序电流信号传输给软启动器，由软启动器实现接地保护功能。现实中采取软启动器实现接地保护功能，具体实施步骤如下：
（1）控制柜内安装一个时序图号为Cat.No.825-CBCT的零序电流互感器以提供1-5A接地故障零序保护；将三线制零序电流互感器信号线分别接在14、27和28端子上
（2）将接地故障等级参数73设置为3A,其为允许确定SMC-Flex控制器调整的接地故障电流值；
（3）将接地故障延时参数74设置为5S,其为允许确定发生调整之前的接地故障报警状态的持续时间；
（4）将接地故障禁止时间参数75设置为10S,其为允许确定在电机起动时序图内阻止接地故障调整的时间。
五、结束语
本文通过断路器越级跳闸故障，详细分析其原因并给出解决方案。软启动器作为一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置，应充分利用以实现接地故障保护功能。
参考文献
【1】施耐德Micrologic用户手册[Z].20011(6):12-18
【2】施耐德 MerlinGerin用户手册[Z].2007(3):20-25
【3】AB 5SMC-Flex软启动器用户手册[Z].2009(8):27-28
【作者简介】祁红波（1984-）,男，山东省，硕士研究生，中级机电工程师，
论文作者:祁红波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
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