传经送典—如何破解10KV及以下高低压供配电系统发生的非常规故障（第一期）
我国的10KV及以下高低压供配电系统一般由10KV高压柜（包括真空断路器）、直流屏、变压器、低压柜（包括框架断路器）、无功补偿柜、有源滤波器、ATS、不间断电源（UPS）、高压直流（HVDC）、母线槽、各种电力电缆、二次线路控制系统、发电机组等组成，其在智算中心、超算中心、数据中心、数据机房、通信机房、工业厂房、商业建筑、居住建筑等等的电力用户中应用非常广泛。10KV及以下高低压供配电系统的安全稳定运行是各种电力用户包括算力保障、数据存储、工业生产、工商业办公、各种业务运作和市民生活等活动的可靠保障。然而现实运行中的10KV及以下高低压供配电系统因为设施本身质量问题、使用年限长、安装遗留的隐患、使用维护不到位等各种原因，经常容易发生各种各样的故障而导致供电异常或停电故障的发生，这严重影响了如智算中心、超算中心、数据中心的核心业务、工厂的生产制造、商业的业务运作和市民的正常生活等用电需要,同时还会给相关电力用户和市民造成因电力供应问题而带来安全问题和经济损失。为了预防供配电系统的故障发生、为了使供配电系统在出现故障时可以快速得到解决，减少供配电系统在出现故障时对各种电力用户的数据运算、数据存储、网络通信、工业生产、商业办公、其他业务运作和市民生活等的影响，提高整个国民经济的经济效益。我们作为电力技术专业人员有必要加强理论技术能力的学习和故障处理实践经验的分享和交流。
10KV及以下高低压供配电系统在实际运行中经常出现的故障主要有：控制系统的故障、接地系统故障、母线槽的故障、电缆线路的故障、断路器等硬件设施的故障、保护系统的故障等，其中每一类故障里又分为多种不一样的细分故障，引起这些故障的原因也是多种多样。本文通过列举很多故障案例中的4个比较特殊的（非常规的）故障案例给大家分享，其中的每个故障案例通过详细的从故障现象、故障原因分析、故障处理办法、故障思考总结四个方面进行了总结分析，希望可以供大家在日后工作中用来作参考。
故障案例一：为什么配供电系统的导电铜排上会出现“锡须”现象？出现后有何隐患？如何处理？
（注：此节内容已经在上一期发布过，有兴趣的朋友可查看第一期的内容，点击👆上方蓝字可跳转查看）
故障案例二
为什么预防性维护（PM）后某10KV高压计量表液晶屏无参数显示？
某大型电力用户的10KV高压配电系统预防性维护检修后重新转运行时发现高压智能计量表（见图三）无参数显示的故障（注：此计量表仅为内部计量用可以停电自主进行维修，但如果是电力部门计量用的计量表在出现故障时应该申请供电部门来维修，其他单位和人员不得擅自维修）。
▲ 图三：10KV高压智能计量表显示屏（非故障现场实物图）
10KV高压智能计量表在系统检修前显示、计量均正常，但在检修后即出现智能计量表无相关参数显示的故障，因此分析可能的故障原因是：
第一：智能计量表的电压、电流等采样硬件故障或采样回路出现了问题
第二：智能计量表本身出现了问题
第三：PT柜与PT抽屉的连接航空插头接触不良
（注：本次非常规问题很难想到航空插头（见图四）竟然会插反）。
按照电业安全管理相关的规范和流程需要填写第二种工作票，经相关人员审批完成后开展故障查找工作进行故障排查和处理，详细的处理办法如下：
第一：排查智能计量表本身是否有问题。
具体方法：用万用表检查智能计量表的供电电源，经过检查发现智能计量表供电电源电压正常；再用万用表检查智能计量表的采样电压回路，经过检查发现智能计量表采样电压回路无电压，但PT二次侧熔断器和线路接线接触正常。为此初步可以推断为是智能计量表采样电路出现了问题，同时可以排除是智能计量表本身的问题了。
第二：接第一步继续检查智能计量表的所有PT、CT输入信号是否正常。
具体方法：接第一步继续检查智能计量表的所有PT、CT输入信号是否正常，具体方法：用万用表检查测量计量表的所有PT、CT输入信号，发现CT输入信号正常，而PT二次侧电压输入信号无电压，因此初步确定是因为PT的二次侧信号回路出现问题了，由于PT柜此时正常带电（10Kv）工作中，如需要检修必须停电后才能进行，因此择期对PT柜进行停电检修（注：后续通过走第一种工作票审批流程对PT柜进行停电检修，在打开柜门后对PT与柜体连接的航空插头检查时很快便发现PT柜体与PT抽屉开关连接的航空插头好像不对劲，拔下来检查发现竟然是插反了，于是调整连接航空插头的方向重新插接好，收尾检查并恢复送电后故障得到了解决）。
▲ 图四：10KV高压柜航空插头（注：非故障现场实物图）
一般情况下设备故障大多因为设备的设计考虑不周、设备构件选型不够科学、设备的相关部件制造质量不良、设备使用时间过长、设备安装不到位、设备日常维护不够等原因引起，但是通过本案例可知我们电气技术人员在专业检修（专业维保）工作时不细致、不规范工作的情况下也会导致设备的故障出现。本案例假如在检修完成后能够仔细检查所有的细节地方就会第一时间发现高压计量表无参数显示的问题并及时处理，不至于把检修引起的故障问题遗留到后期影响配电系统正常工作，再后面导致需要停电进行维修而影响配电系统的供电可用性，因此我们作为电力工作人员除了需要加强对使用中的电力设备进行预防性维护检修外，同时也需要我们电力工作人员在预防性维护检修时做到计划周密、方案科学、监管到位、安全至上、标准操作等，减少在进行设备的预防性维护检修工作时给设备本身带来非常规的故障。
故障案例三
为什么在市电突然停电后进行市电电源转发电电源馈电时，某低压抽屉式断路器手动/电动合闸均不成功？
某大型工厂的某工作日下午16点10分外市电突然停电，为了保障工厂的办公和生产等正常进行，工厂设施管理部门的技术人员紧急启动相关应急预案，技术人员迅速启动发电机（低压发电机）准备临时紧急供电，在检查并确认低压发电机运行平稳符合供电要求条件后，技术人员通过市电转发电转换机构（注：由二个断路器通过二选一逻辑转换，非ATS转换）进行市电转发电电源供电的操作过程中发生了如下问题：即市电电源馈电断路器分闸正常，并通过专用摇杆已经正常摇出至隔离位置。但在接下来进行发电电源（额定电流：3200A，见图五）馈电抽屉式断路器合闸时出现三次合闸无法成功合闸，从而导致发电电源无法成功供电的严重供电故障事件。
▲ 图五：低压抽屉式断路器配电柜图（非故障现场实物图）
本案例的市电转发电电源供电系统架构（见图六）中牵涉到二个输出电源断路器和一个市电输入总电源断路器之间的转换逻辑，其相互之间的所处位置、开关状态、控制回路等存在密切的关系，市电转发电转换一般是通过二个电源输出断路器之间的电气互锁和机械互锁来保证（注：二个输出断路器安装在同一低压配电柜的上下部）。我们现在先来了解一下断路器的机械互锁，一般框架式断路器实现二选一功能首选的就是：电气互锁基础上增加机械互锁，也就是在选断路器品牌厂家基础上再订购一套机械互锁装置（一般选钢缆的，因为安装相对简单一点）。此外还有就是：采用防合锁（二锁一钥匙）也很实用方便。
根据现场检查和故障现象的综合情况进行分析，此套市电转发电电源机构的断路器之间是采用的钢缆型的机械互锁，因此初步可知本次故障可能的故障原因有：
第一：发电电源3200A抽屉式断路器本身出现了问题
第二：发电电源断路器合闸二次线路出现问题
第三：市电电源断路器和发电电源断路器的逻辑控制（包括电气互锁和机械互锁）二次回路出现了问题导致发电电源输入断路器的合闸回路无法接通。
▲ 图六：低压配电系统图截图（非故障现场实物图）
按照电业安全管理相关的规范和流程需要填写第二种工作票，经相关人员审批完成后开展故障查找工作进行故障排查和处理，详细的处理办法如下：
第一：检查发电电源断路器本身及其合闸二次线路是否正常。
具体方法：用摇把重新摇出发电电源断路器到试验位置，手动合闸发电电源断路器发现能够正常合闸，这就说明发电电源断路器本身正常和发电电源断路器合闸二次线路也正常，因此排除发电电源断路器本身和发电电源断路器的合闸二次线路存在问题的原因。
第二：检查转换机构有关的二个断路器进行电气和机械互锁是否正常。
具体方法：用摇把将发电电源断路器摇到工作位置，手动合闸断路器仍然无法合闸成功。由于此类转换机构为了确保安全用电会强制对二个断路器进行电气和机械互锁，即发电电源断路器的工作位合闸回路与市电电源断路器所处的位置和状态有关（一般是要求市电电源断路器所处位置为断开隔离位置，状态为分闸状态），因此接下来我们先检查电气互锁，通过目视检查确认市电电源断路器是否处在断开隔离位置（也可以通过重复将断路器摇进摇出并对照二次原理图检查该断路器的隔离位置开关的接通信号是否良好来确认），然后检查机械互锁，通过上下来回拉动机械互锁软钢缆几次，然后用万用表检测机械互锁的辅助触头是否接通，接通后再尝试合闸，如果合闸不成功，还可以采用一边拉动机械互锁软钢缆一边按合闸按钮的方法来检查机械互锁回路是否接通，直到断路器合闸成功为止，之后再试验合闸三次正常后可以收尾，按照相关流程恢复电力。最后故障原因定性为市电断路器和发电断路器之间的机械互锁故障导致。
此类故障很多情况是因为机械互锁软钢缆连接的机械部件长时间没有操作引起机构卡涩，加上平时停电机会少疏于维护导致在发电电源转市电电源过程中机械互锁机构无法顺利到位接通断路器辅助触头而引起合闸不成功。因此为了更好的提高供电的可用性，我们作为电气技术人员应该吸取教训、举一反三严格按照维护标准和规范对电气设备做好预防性维护保养工作，预防电气设备的故障发生，更好的为我们单位的生产保驾护航。
故障案例四
为什么某台10KV高压真空断路器在运行中突然跳闸后多次手动 / 电动合闸送电均不成功？
某大型电力用户10#10KV馈线柜的某真空断路器（见图一）运行过程中突然跳闸停电，某真空断路器跳闸后运行值班人员通过查看高压柜微机保护装置的报警和异常信息，在没有发现任何导致跳闸的异常告警信息情况下，运行值班人员尝试通过电动/手动对某真空断路器进行重合闸时，每次都能够听到断路器合闸的巨大响声，“貌似”合闸成功，且某真空断路器的储能机构也正常储能到位，但是断路器在每次巨响后断路器工作位置状态就是始终处在分闸位置，通过高压验电器检查输出线路也没有电压（即真空断路器合闸不成功）。
▲ 图七：110KV高压真空断路器内部结构图（非故障现场实物图）
10KV真空断路器由于拥有良好的灭弧性能、简便的操作和维护体验、可靠的接通和断开电路的能力，因此在10KV的配电系统上使用非常广泛，其核心部件分合动静触头安装在一个抽成“真空”的特制的圆筒内，在真空状态下有助于电弧弧光的快速熄灭而更好的保护动静触头从而延长真空断路器的使用寿命。根据真空断路器的主回路和二次回路原理图（见图二）进行分析可知，真空断路器的动作信号只能来自微机保护装置和其他二次控制线路，但根据故障现象我们基本可以排除是外围主线路故障引起保护控制电路而动作的，因为故障后通过查找微机保护装置时没有查询到保护跳闸信号的输出记录。于是故障抢修人员分析可能的故障原因可能是以下几种：
第一：某真空断路器的其他二次控制线路出现了问题
第二：真空断路器本身机械或电气系统出现了问题
第三：微机保护装置本身出现了问题
▲ 图八：10KV高压柜高压真空断路器二次控制原理图（非故障现场实物图）
按照电业安全管理相关的规范和流程需本次维修需要填写第二种工作票，经相关人员审批完成后开展故障查找工作进行故障排查和处理，详细的处理办法如下：
第一：查找真空断路器有关的二次控制线路，如分闸回路、合闸回路、闭锁回路等是否正常，首先关闭微机继电保护装置电源，由于本次故障是非人力操作的跳闸故障，因此我们优先检查分闸回路。
具体方法：用万用表检测分闸线路上的远程/就地转换旋钮、分闸按钮以及合闸回路，检查结果均正常。这说明二次线路没有问题，排除是手动/电动二次线路的问题。
第二：检查真空断路器本身是否有问题。
具体方法：将该真空断路器用专用摇杆摇到试验位后，对其进行合闸操作同样是巨响后合闸不成功，于是又通过更换备用真空断路器来排查是否为该真空断路器本身存在的问题，紧急抢修人员用专用断路器小车将某真空断路器从馈电柜里拉出，替换为备用真空断路器后手段合闸发现上述的问题同样的出现，紧急抢修人员再次对拉出后的真空断路器安放在小车上固定好，通过对不连接二次回路的“悬空”真空断路器进行手动储能并进行分合闸试验，结果试验正常。这说明真空断路器本身没有问题，因此可以排除真空断路器本身的问题。
第三：检查分闸信号回路是否有异常。
具体方法：经过前面二种常见引起真空断路器故障的根源检查后均无异常，那么我们将要抛开正常思维转向检查微机保护装置的输出环节（包括微机保护装置的内部硬件和外部输出线路）的问题，常见的微机保护装置控制信号输出多采用继电器输出（包括固态继电器输出、晶闸管输出、光电隔离器输出等）。首先接通微机继电保护装置的电源，用手拔开真空断路器航空插头并找到与高压开关柜上连接的分闸信号线，使用万用表电压档检测分闸信号线对零或对地电压，结果为-220V，这时候就真相大白了：原来导致真空断路器电动/手动重合闸均失败的故障（即真空断路器无法合闸成功）原因为微机保护装置输出分闸信号线无故一直是处于接通带电状态的，所以真空断路器在合闸过程中会出现即将合闸到位时但由于随时在“线”保护分闸信号马上启动分闸，因此真空断路器有合闸的响声但是始终处在分闸位置，无法合闸成功。随着分闸信号线深入检查，我们发现微机保护装置的输出继电器常开触头变成常闭触头了，更换该输出继电器或更换微机保护装置后问题得到解决。
通过本案例我们电气技术人员可以了解到常规的故障查找方法有时候是找不出问题所在的，而且本案例这种故障发生时，由于高压真空断路器出现故障后往往影响面很大，后端大量负载等着用电，因此电气维修技术人员处在高度紧张情况下，如果没有扎实的‘技术功底并不断的学习总结经验，没有另辟蹊径的去思考、去关注不寻常的线索和环节此类故障很难快速有效排除。
通过对以上四个非典型故障案例发生和处理过程的详细思考分析，相信我们电气技术人员对10KV及以下高低压供配电系统出现的一些非典型故障会有更加清晰的了解，在日后工作中遇到类似故障或现象时可以借鉴以上处理方法使类似故障或现象能够更快的得到解决。同时通过了解以上四个非常规故障或现象案例中有关非常规的故障或现象原因，还可以帮助我们电气技术人员形成在查找常规故障原因遇到困难时，可借鉴上述的原因分析和处理方法并知道如何转变思路关注非常规的地方和方法，帮助我们电气技术人员更有效的去预防和处理相关类似的故障。
注：本文的有关高压、低压等名词是参照《G B / T 2 9 0 0 . 5 0-2 0 0 8电工术语 发电、输电及配电 通用术语》中有关电压等级等术语的划分标准：低压low voltage ;LV配电的交流电力系统中1000 V及其以下的交流电压等级。高压 high voltage; HV配电的交流电力系统中高于1 kV、低于330 kV的交流电压等级。超高压 extra high voltage; ERV配电的交流电力系统中330 kV及以上，并低于1000 kV的交流电压等级。）
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