摘要：民航空管供电系统主要服务于重要的通信导航设备，但其与航管建筑中的消防暖通等附属机电系统负荷的配合不当，将导致关键断路器误动作，从而威胁供配电系统稳定运行。本文结合运维实际，从断路器级间配合，不平衡电流，RCD整定和中性线谐波电流等方面分析了导致断路器误动作原因，并提出相应的解决措施。
关键词：断路器，误动作、谐波
0引言
以往，民航空管对供电系统的关注点集中在前端结构冗余设计，强调双路供电、配备发电机组、UPS并机等。实际情况是，机房的供电事故往往发生在终端低压配电柜至负载间，由于空管建筑的附属机电系统一般功率远大于重要空管设备，且启动电流数倍于工作电流，因而其对供电系统影响也远大于后者，一旦因为航管建筑中的通风空调消防电梯等附属机电设备与供电系统配合不当，将导致关键断路器误动作，甚至引发越级跳闸使影响范围扩大，更多关键负载失电，进而威胁重要空管设备的供电安全。
1空管供电系统关键断路器越级跳闸问题
近年来因供电系统与附属机电系统配合不当影响空管供电安全的事件屡见不鲜。2013年9月，武汉航管楼UPS馈线断路器因零序保护设置不当导致误动作，造成后端重要空管负载失电。2015年1月，西双版纳塔台因大电流机电施工设备，导致UPS前端断路器误跳闸。2015年12月，成都新塔台消防值班人员进不按规程连续错误启泵，导致新塔台两段进线相继越级跳闸，空管供电系统完全失去市电的事故。
虽然此类故障发生概率较低，但也提醒我们必须重视空管供电系统与附属机电系统的配合不当的危害。其可靠性和稳定性，直接关系着空管供电系统的安全运行，对飞行安全具有至关重要的作用。因此，有必要对两系统配合不当导致关键断路器的误动作原因进行深入分析，并制定切实可行的针对性措施，防患于未然。
2.供电系统与机电系统的配合不当原因分析和解决策略
2.1 机电设备故障，选型调试错误
消防电梯、通风空调等机电设备，其额定功率远大于常规空管设备，且设备电机启动电流大大超过其额定工作电流引发启动短时过载。如其参数调试错误或发生故障都将导致其上端断路器跳闸。如配电系统整定时，未考虑躲过启动冲击电流，极易导致越级跳闸。另外，断路器操作机构、测量回路、脱扣线圈、逻辑控制器等机械电气元件故障也会导致断路器误动作。
在设计选型阶段，充分与设计单位沟通协调，就供配电系统容量、冗余设计、结构配置，断路器选择性和级间配合等问题深入探讨，制定出适合当前和未来发展的供配电方案，从设计上减小两系统不匹配引发的误跳闸的因素。施工前认真做好设计图纸会审，及时发现设计缺陷错误，督促设计单位设计变更。运维阶段，密切关注机电设备的安装调试，做足做细预防维护工作。加强对老化装置的日常维护和定期年检预试，关注部件异常温升，装置间接触，设备积尘等问题，重点监测断路器端子接头变色发热，有无跳火、异响、漏电流过大、绝缘不良、接地电阻变大等故障，做到有针对性地维护，及时发现断路器机械和电气中存在的隐患。
2.2断路器设计整定有误，上下级间选择性配合不当
空管低压配电系统由配电机房的总配电柜，楼层中分配电箱和用户端的终端箱构成三级配电，三级断路器相互配合完成线路和重要设备的保护工作。过载故障一般由电流选择性保护，短路故障则由电流或时间选择性保护。机电系统和配电系统间的上下级断路器选择性配合不当，则可能导致断路器误动作。级间整定值应根据保护特性曲线校验，同时注意考虑特性曲线偏差范围。上下级特性曲线间不重叠也不交叉，且上级的曲线位于下级之上，呈完全的包络关系。反时限曲线间应存在明显时间级差，则上下级保护可获得完全的选择性配合，时间差越大，动作的选择性越有保证。断路器级间配合须同时满足完全的电流选择性和时间选择性。
同时高低压断路器间的配合整定也不容忽视。高压过流保护的作用主要是躲过最大负荷电流，保护变压器。因变压器允许过载范围远小于线路允许过载范围，应将高压馈线断路器脱扣曲线折算后同下级低压进线断路器脱扣曲线对比校核，排除低压线路发生过载或短路导致高压馈线断路器越级跳闸的风险。
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2.2不平衡电流造成零序电流保护误动作
配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。空管设备中大量的附属机电设备都是导致的三相不平衡的潜在因素，即使在设计时将机电设备的平均分布于三项线路中，但实际运行中由于机电设备存数倍于额定电流的启动电流，将导致三相配电系统中短时间出现某相过载，致使零序电流产生，如零序电流保护整定不当，也将引发断路器误动作。
加强用电管理，合理规划三相负载，均衡配置每相负载，减小由于系统中负荷分布不均三相负荷不平衡度。在设备停机维护等适当时机对不平衡的机电负荷转移，调整功率分配，科学分配三相负荷，使三相所带负荷功率基本相等，负荷类型基本相同；采用各级三相轮换的方法保持负荷平衡；加大负荷接入点的短路容量，将不对称负荷分散接在不同的供电点；采用限制或减小机电设备启动电流的措施，以减少集中连接造成不平衡度严重超标的问题。合理整定零序电流保护整定值，满足时动作灵敏性和关键负载供电连续性需求。
2.3剩余动作电流保护装置设置不当
空管供电系统为TN-S系统，大多重要负载都未装设漏电保护器RCD。而UPS设备及通信导航设备，其电源为了满足电磁兼容性（EMC）的需要，在相地、零地间增加了电容。在实际运行中会有漏电流的存在，一台中大容量的UPS漏电流可达1A，远大于一般RCD的漏电30mA的动作电流，IT设备漏电电流也可能达到几毫安。因此，为防止误动作，UPS输入端和IT设备输入端不允许配置漏电保护断路器。在保护距离范围内，能利用断路器短路电流切断危险负荷的线路长度情况下，杜绝装设RCD漏电保护器；超过断路器保护线路长度的地方，必须充分权衡设备供电连续性和保证人身安全的矛盾，慎用RCD。
机电设备额定电压高，一旦发生外壳漏电对操作人员威胁大，易引发火灾，因此在设备前级的配电系统中装设有RCD，以更快切除故障，保障人身安全。其整定电流和动作时间均应满足应用场所动作灵敏度的要求。
2.4 谐波污染的影响
目前航管建筑中配置的消防泵等机电设备软启动装置，大功率工频UPS的三相全桥6脉冲晶闸管相控整流器和大量设备使用的开关电源在完成整流过程中，输入电流波已发生畸变成了“马鞍形”脉动的非正弦波形，势必向输入电源反馈大量的谐波污染，造成较高的总谐波畸变THD，降低输入功率因素。高次谐波将在中性线叠加，导致中性线谐波电流过大，从而降低断路器的开断能力，延缓甚至阻碍熄弧，引起保护装置误跳闸，拒动、损坏等事故。
采用集中治理和分散补偿相结合的方式，改善系统的运行：在电源进线侧安装有源滤波器集中补偿系统谐波，UPS等重大谐波源采用就地加装无源滤波器附件等方式。在设备选型上UPS选用12脉冲整流器或高频机，考虑使用变频器等性能更优的启动装置，机电设备软启动装置和开关电源选择转换效率高，从源头上减小谐波。
3 结语
空管机电系统与供电系统的配合对于供电可靠性和连续起着至关重要的作用。从设计施工，到运维管理的设备生命周期的每一阶段，技术人员都更应对空管重要设备和附属机电设备引起同样的重视。本文通过对断路器级间配合，不平衡电流，RCD整定不当和中性线谐波电流等方面分析了导致断路器误跳闸原因，提出了相应对策。对后期深入落实隐患整改，提升运维质量，提高供配电管理水平，具有一定现实指导意义。
参考文献：
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[2]杨朝君，微型断路器选择及整定计算[J].电气技术，2014，8.
[3]何川，徐丽杰.谐波对漏电保护装置的误动影响研究[J].华北电力大学学报，2011，4.
作者简介：
陈建（1988-）四川成都人，硕士研究生。研究方向为供配电技术，不间断电源技术工作单位：民航西南空管局技术保障中心
论文作者:陈建
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：断路器论文; 电流论文; 供电系统论文; 谐波论文; 设备论文; 系统论文; 空管论文; 《电力设备》2018年第26期论文;