介紹了220kV西門子斷路器在運(yùn)行中同時(shí)出現(xiàn)兩組斷路器控制電源相繼短路跳閘的異常情況，對(duì)其應(yīng)急處理和異常原因做了詳細(xì)的分析，指出斷路器廠家由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的不規(guī)范，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重隱患，就此問(wèn)題提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

西門子3AQ1-EE（EQ）型高壓斷路器三相共用基架，占地小，滅弧能力強(qiáng)勁，維護(hù)量少，經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)壽等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于我省超高壓電網(wǎng)。但是，由于運(yùn)行環(huán)境的不斷變化，加上斷路器自身電氣回路及板件存在缺陷和隱患，引起了運(yùn)行過(guò)程的設(shè)備障礙。本文通過(guò)我局某500kV變電站一起斷路器控制回路異常的實(shí)例，進(jìn)行實(shí)際處理、故障查找和原因分析,發(fā)現(xiàn)了西門子整批次的開關(guān)存在隱蔽缺陷，并提出整改措施。

斷路器兩組控制電源空氣開關(guān)相繼發(fā)生跳閘的異常處理及原因分析

1 發(fā)生異常的現(xiàn)象

500kV某變電站220kV系統(tǒng)雙母雙分段全接線運(yùn)行，兩臺(tái)500kV聯(lián)變共帶負(fù)荷800MW，7月18日上午7點(diǎn)15分，主控樓監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)設(shè)備異常信號(hào)，預(yù)告音響動(dòng)作，一類信號(hào)遙信變位記錄如下：

• 07:15:53 220kV I－II母母聯(lián)28M開關(guān)第一組控制回路斷線 ON
• 07:15:53 220kV保護(hù)小間＃1直流絕緣降低
• 07:15:53 220kV保護(hù)小間＃2直流絕緣降低
• 07:15:53 直流主屏1上傳 絕緣故障發(fā)生
• 07:15:53 直流主屏2上傳 絕緣故障發(fā)生
• 07:15:53 220kV I－II母母聯(lián)28M開關(guān)第二組控制回路斷線 ON
• 07:15:53 220kV I－II母母聯(lián)28M開關(guān)第一組電源斷線 ON
• 07:15:55 220kV I－II母母聯(lián)28M開關(guān)第二組電源斷線 ON
• 07:15:55 220kV保護(hù)小間＃1直流絕緣降低故障消除
• 07:15:55 220kV保護(hù)小間＃2直流絕緣降低故障消除
• 07:15:55 直流主屏1上傳 絕緣正常
• 07:15:55 直流主屏2上傳 絕緣正常

根據(jù)信號(hào)描述，運(yùn)行人員逐一檢查現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，220kV保護(hù)小間的220kV I－II母母聯(lián)28M保護(hù)屏上第一組控制電源空開4K1和第二組控制電源空開4K2均在斷開位置，28M開關(guān)CZX-12R1操作箱上的兩組“OP” 燈熄滅，檢查現(xiàn)場(chǎng)28M開關(guān)六氟化硫（SF6）氣壓和油壓（OLL）均指示在正?？潭龋捅么驂嚎諝忾_關(guān)F1、F2均在合閘位置，28M斷路器一次設(shè)備正常。因此可以很確定此異常是由于28M斷路器二次回路存在問(wèn)題引起。

2 異常原因分析及處理過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控后臺(tái)信號(hào)相符，從發(fā)出的信號(hào)初步分析，28M開關(guān)控制回路存在短路，同時(shí)伴隨有控制回路接地的現(xiàn)象，此時(shí)220kV I－II母母聯(lián)28M 開關(guān)在運(yùn)行中，28M開關(guān)第一組和第二組控制電源丟失，期間如遇站內(nèi)系統(tǒng)故障，保護(hù)動(dòng)作將無(wú)法跳開28M開關(guān)，母聯(lián)開關(guān)的拒動(dòng)將聯(lián)切站內(nèi)220kVⅠ、Ⅱ母母線上的所有支路，迎峰渡夏重載期間大量甩負(fù)荷將危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，擴(kuò)大事故。

情況復(fù)雜且危急，申請(qǐng)省調(diào)將220kV I－II母母聯(lián)28M 開關(guān)轉(zhuǎn)冷備用同意后，當(dāng)務(wù)之急就是迅速斷開220kV I－II母母聯(lián)28M 開關(guān)，由于控制電源回路異常無(wú)法電動(dòng)操作,只能采取就地機(jī)械手動(dòng)跳閘的方式，再次確認(rèn)28M開關(guān)的SF6氣壓和油壓刻度指示真實(shí)正常后，拆開開關(guān)連桿外殼,采用就地機(jī)械跳閘,脫離系統(tǒng)運(yùn)行，找出故障點(diǎn)并隔離分析處理。

圖1 28M斷路器控制電源切換回路示意圖

根據(jù)28M斷路器控制回路電源示意圖（圖1）：無(wú)論是第一組控制電源（K101/K102）或第二組控制電源（K201/K202）帶電, 切換后的不間斷電源（K301/K302）均帶電,若兩組輸入直流電均丟失,電源監(jiān)視繼電器11JJ和2JJ返回,因此監(jiān)控機(jī)后臺(tái)報(bào)“28M開關(guān)第一組電源斷線”和“28M開關(guān)第二組電源斷線”一類遙信信號(hào)。

查設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線：第一組控制電源（K101/K102）接于KM1用于斷路器合閘和第一組跳閘(圖2)，第二組控制電源（K201/K202）接于KM2用于斷路器第二組跳閘（圖3），切換后不間斷電源（K301/K302）用于斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)電氣閉鎖（附圖4）。

為了不影響站內(nèi)運(yùn)行直流系統(tǒng)的安全，將28M斷路器的兩路控制電源（KM1/KM2）改由臨時(shí)移動(dòng)式直流發(fā)生器供電，再次就地機(jī)械合上28M斷路器，開關(guān)狀態(tài)與發(fā)生異常時(shí)的位置相符，分別強(qiáng)送28M開關(guān)第一組控制電源4K1和第二組控制電源4K2，空氣開關(guān)均快速跳閘。

從圖2和圖3可看出,此時(shí)跳閘回路的K10閉鎖繼電器失電返回,常開接點(diǎn)斷開，造成兩組控制回路斷線，現(xiàn)象與故障時(shí)的描述完全相同，因此監(jiān)控機(jī)后臺(tái)報(bào)“28M開關(guān)第一組控制回路斷線”和“28M開關(guān)第二組控制回路斷線”一類遙信信號(hào)。

將切換后不間斷電源（K301/K302）在28M斷路器端子箱隔離后，復(fù)送KM1和KM2控制電源，第一組控制電源空開4K1和第二組控制電源空開4K2合閘成功，未發(fā)生空開跳閘現(xiàn)象。由此可見，短路點(diǎn)和接地點(diǎn)均發(fā)生在斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的閉鎖回路上。

圖2 28M斷路器合閘和第一組跳閘回路圖

斷開KM1和KM2控制電源，用1000V搖表測(cè)試相關(guān)控制回路絕緣情況，以及幾組電源間的直流電阻，判斷是否存在短路的情況。結(jié)論是三組會(huì)引起控制電源空開跳閘的回路不存在短路現(xiàn)象。

圖3 28M斷路器第二組跳閘回路圖

回路靜態(tài)測(cè)試所有回路正常，二次回路接線正確，觀察機(jī)構(gòu)箱內(nèi)元器件未發(fā)現(xiàn)異常，那什么原因引起兩組控制電源空開跳閘呢？調(diào)查組一度陷入迷茫。

圖4 28M斷路器機(jī)構(gòu)箱閉鎖回路圖

仔細(xì)查看28M斷路器機(jī)構(gòu)箱閉鎖原理圖（圖4）：28M斷路器一次油壓正常為32MPa，則油壓（OLL）密度計(jì)B2常閉接點(diǎn)斷開，OLL低閉鎖重動(dòng)繼電器K3和K2不動(dòng)作，常閉接點(diǎn)閉合；六氟化硫（SF6）氣壓正常為0.65MPa，則SF6密度計(jì)B4常閉接點(diǎn)斷開，SF6氣壓低閉鎖重動(dòng)繼電器K5不動(dòng)作，常閉接點(diǎn)閉合；

氮?dú)?(N2)正常未泄漏，則N2密度計(jì)B1常閉接點(diǎn)斷開，N2泄漏閉鎖重動(dòng)繼電器K81不動(dòng)作；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)28M斷路器所有油氣密度計(jì)均處于正常狀態(tài)。從圖四可看出，K301（＋）/K302（－）帶電后會(huì)引起動(dòng)作的繼電器僅有K10，采用不通電模擬K10繼電器動(dòng)作前后，測(cè)試K301（＋）/K302（－）之間是否存在短路和失地的辦法判斷故障點(diǎn)（表1）：

表1

可見，K10繼電器動(dòng)作后, 正電源K301(+)通過(guò)K81→K5→K10→K2的接點(diǎn)直接與負(fù)電源K302(-)導(dǎo)通，導(dǎo)致電源正負(fù)極短路,很快就判斷出故障點(diǎn)就是在(圖四)K10繼電器的(31)管腳或K2繼電器的(7)、（9）管腳和某一個(gè)繼電器的線圈負(fù)極上。

由于斷路器機(jī)構(gòu)箱后板全封閉安裝，嵌有閉鎖重動(dòng)繼電器的集成電路控制板背面無(wú)法探及，在一次開關(guān)班專業(yè)人員協(xié)助拆下28M開關(guān)機(jī)構(gòu)箱和后蓋板，集成電路控制板背板完全呈現(xiàn)出來(lái)，很清晰看出電路板背板有受潮痕跡且在K2繼電器的(7)管腳和K81繼電器的線圈負(fù)極（A2）管腳的電路板有短路燒粘現(xiàn)象（見圖5）。

圖5 拆下的集成電路板背面圖像

至此，經(jīng)過(guò)分析和實(shí)物比對(duì)可以得出：由于西門子開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)集成電路控制板老化，背板受潮，絕緣擊穿，焊點(diǎn)裸露太長(zhǎng)，與金屬背板相碰短路（金屬背板有短路弧光燒痕）是造成這起28M斷路器運(yùn)行過(guò)程發(fā)生兩路控制電源空氣開關(guān)短路跳閘的根本原因。

協(xié)同西門子高壓開關(guān)廠家進(jìn)一步分析后，確定整批次的3AQ1-EE(EQ)系列斷路器的集成電路控制板存在隱患，電路板未刷防護(hù)漆，焊點(diǎn)管腳太長(zhǎng)，裸露部份與機(jī)構(gòu)箱金屬后蓋板距離僅3毫米,太近極易引起焊腳和金屬背板相碰造成短路。

事后，我們對(duì)相關(guān)出廠年限的西門子開關(guān)進(jìn)行普查,上報(bào)省調(diào),省公司也隨即下文將此批次的西門子開關(guān)電路板整改更換，限期要求各局協(xié)同西門子開關(guān)廠家逐間隔停電進(jìn)行更換符合要求的電路板。

防范措施與建議

①省網(wǎng)內(nèi)所有西門子高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的3AQ1EE和3AQ1EQ系列同批次開關(guān)的集成電路控制板更換為加刷防護(hù)漆，焊點(diǎn)管腳裸露應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與金屬后蓋板適當(dāng)拉開距離（最少10毫米）且金屬后蓋板朝內(nèi)側(cè)應(yīng)加貼絕緣板等方式進(jìn)行更換處理。

②能滿足雙跳閘線圈的斷路器，其閉鎖回路應(yīng)能提供兩套分別獨(dú)立的回路，兩組控制回路之間沒有任何電的聯(lián)系，防止切換后電源回路若發(fā)生接地或短路，兩組控制電源將同時(shí)接地或短路，并造成在短路失去兩組控制電源的情況下保護(hù)動(dòng)作開關(guān)拒動(dòng)，電動(dòng)無(wú)法操作開關(guān)的嚴(yán)重后果。

③對(duì)開關(guān)廠家能滿足雙跳閘線圈的要求但又只能提供一組閉鎖回路的情況時(shí)，建議開關(guān)廠家是否考慮在回路設(shè)計(jì)上，將用于跳閘閉鎖的相關(guān)接點(diǎn)應(yīng)用為常閉接點(diǎn)，這樣在電源丟失的情況下，只要開關(guān)壓力正常（油氣壓力情況有單獨(dú)發(fā)信號(hào)），至少還可以滿足緊急情況時(shí)的電動(dòng)開關(guān)跳閘，防止擴(kuò)大事故，同時(shí)也避免了危及現(xiàn)場(chǎng)緊急處理此類異常問(wèn)題的人員近距離就地機(jī)械拉開帶負(fù)荷的斷路器時(shí)的人身設(shè)備安全。

④將現(xiàn)有僅提供一組閉鎖回路的其它廠家開關(guān)列入異動(dòng)設(shè)備，探索改進(jìn)回路辦法，更換僅提供一副閉鎖跳閘接點(diǎn)的油氣密度計(jì)，增加一套跳閘閉鎖接點(diǎn)，啟動(dòng)加裝的備用繼電器，使兩組控制電源完全隔離，從而解決使用切換后公用電源的隱患。

⑤繼電保護(hù)能否正確出口還要依托一次斷路器的最終動(dòng)作行為，一次設(shè)備的回路設(shè)計(jì)是否科學(xué)規(guī)范，元器件質(zhì)量等因素也直接影響二次設(shè)備的可靠運(yùn)行，繼電保護(hù)工作者也應(yīng)重視一次設(shè)備的接入情況，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)

這是一起由于斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部閉鎖回路異常引發(fā)的控制回路短路故障，本文從這起回路異常的應(yīng)急處理和如何查找故障點(diǎn)方面做了詳細(xì)的分析，也為如何有效地解決非裝置性的二次回路故障提供了方法平臺(tái)，對(duì)于從事現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)檢修維護(hù)的專業(yè)人員具有一定的實(shí)際意義。