李伟亮
（广东电网有限责任公司惠州供电局 广东惠州 516001）
摘要：广东电网220kV仰天变电站的220kV断路器采用的是西门子（杭州）高压开关有限公司的3AP1-F1断路器，而随着投运年限的不断增加，其储能二次回路的问题也逐渐暴露出来。近年来陆续发生多起220kV断路器储能失败的情况，大大影响了运行人员和专业班组工作的进行。本文针对断路器储能失败的情况进行深入分析，介绍了3AP1-F1断路器储能控制回路原理，分析了断路器储能回路存在的问题，提出了改进措施，并验证了改进措施的有效性。
关键词：3AP1-F1断路器；储能回路；复归闭锁按钮
前言
西门子3AP1-F1断路器是采用SF6气体灭弧、带弹簧储能机构的三相分相断路器，是适用于220kV电压等级的常用断路器，现已普遍使用于广东电网。220kV仰天变电站的220kV设备就是采用的该类型断路器，但随着投运年限的不断增加，二次回路中的不完善部分逐渐暴露出来，特别是储能回路异常的问题。
一、事件概述
2018年4月25日，高试人员对220kV仰天站220kV博仰乙线2621开关进行高压试验，然后继保人员对2621开关进行保护定检。由于在试验前开关处于检修状态，开关控制电源以及储能电机电源都在断开位置，因此高试人员要求运行人员配合其工作给上控制电源和储能电机电源。而高试人员工作结束后，只断开了储能电机电源，并与继保交代时说已恢复工作前状态。然而继保人员在继保室看到开关控制电源在合上位置，误以为储能电机电源也给上了，继保人员对开关进行了一次传动合闸后，断路器弹簧释能，此时断路器处于未储能状态，后台机发合闸弹簧释放信号，继保人员通知运行人员给上储能电机电源以配合其工作后，断路器仍然未储能，后台机显示合闸弹簧释放信号。根据此异常状况，现场人员对储能二次回路进行了检查，发现储能电机超时信号动作闭锁了储能电机控制回路，电机控制继电器失磁，此时即使储能电机电源给上，电机回路也不通，从而使弹簧未储能；另一方面储能电机超时继电器一直处于励磁状态，如果长时间未解决此问题，储能电机超时继电器线圈将会因长期带电而烧毁。现场人员对储能回路存在的问题进行分析，并提出了相应的改进措施。
二、3AP1-F1断路器储能控制回路原理
如图1所示为西门子3AP1-F1断路器储能控制回路图，开关正常运行情况下，开关控制电源以及储能电机电源在合上位置。若开关进行过一次合闸后，需要储能电机对合闸弹簧进行加压储能。以B相为例，储能控制回路的电流走向为：电源正极-开关控制电源空气开关→弹簧行程开关常闭辅助触点S16LB（91-92）→储能电机超时继电器的常闭触点K67（16-15）→弹簧行程开关常闭辅助触点S16LB（51-52）→储能电机控制继电器K9LB（A1-A2）→电源负极。此时，储能电机控制继电器K9LB得电励磁，其对应的常开触点闭合，常闭触点断开；同时，储能电机超时继电器K67开始计时，当过了设定的储能时间阀值，即30s后线圈得电励磁，对应触点动作。而储能电机回路电流走向（如图2所示）为：B相电源→储能电机电源空气开关→电机热偶保护继电器常闭触点F1LB（1-2）→储能电机控制继电器常开触点K9LB（13-14）（得电闭合）→B相储能电机M1LB→零线，此时，储能电机回路接通，储能电机运转为弹簧打压储能。当弹簧打压完成，弹簧行程开关S16LB动作，其常闭辅助触点S16LB（51-52）断开，储能电机控制继电器K9LB失去励磁，其常开触点K9LB（A1-A2）断开，储能电机停止运转；另一方面，储能电机超时继电器K67在达到设定的储能时间阀值30s后得电励磁，其常闭触点动作，这样可以在弹簧行程开关常闭辅助触点S16LB（51-52）失效未动时，避免储能电机控制继电器K9LB长时间励磁而烧毁。
图1 开关储能电机控制回路图（改进前）
图2 开关储能电机回路图
三、储能回路存在的问题
由于仰天站220kV断路器的储能控制回路的控制电源空气开关在继保室，而储能电机电源在场地开关控制箱，因此在送电操作时，往往先在继保室将断路器储能控制回路的控制电源空气开关给上，然后再在开关控制箱合上储能电机电源。然而，如果在送电前，断路器弹簧未储能，断路器控制回路的控制电源空气开关合上后，储能电机超时继电器K67的线圈在达到设定的储能时间阀值30s后得电励磁，其对应触点动作，而从继保室走到场地并合上储能电机电源空气开关所用的时间远不止30s，因此，当电机电源给上后，储能电机超时继电器常闭触点K67（16-15）已经断开，从而，储能电机控制继电器K9LB（A1-A2）失电，其对应的常开触点不闭合，电机回路不通，储能电机不能运转，储能弹簧不能正常储能，开关也不能完成合闸操作；另一方面，储能电机超时继电器K67的线圈也会因为长期带电而烧毁。对于这种情况，一般的做法是，再回到继保室断开断路器储能控制回路的控制电源空气开关，使储能电机超时继电器K67失电，其对应的常闭触点复归重新闭合，再合上断路器储能控制回路的控制电源空气开关，从而让储能电机回路正常运行。但是这种方法大大增加了运行人员来回奔跑次数，浪费时间，且不方便。
四、改进措施
图3 开关储能电机控制回路图（改进后）
针对3AP1-F1断路器储能回路存在的问题，变电站运行人员经过分析，提出两个方案进行改进：
1）、运行人员修改典型操作票，改变操作票操作顺序，即先在开关控制箱合上储能电机电源空气开关，然后再在继保室将断路器储能控制回路的控制电源空气开关给上，这样就不存在储能电机超时继电器K67常闭触点闭锁控制回路的情况。这个方案简单明了，便于实施。但是，一方面中国南方电网电力安全工作规程规定，不能进行无保护状态的操作，因此，应先合上断路器控制电源空气开关，再合上储能电机电源空气开关；另一方面，这样需要运行人员在继保室和场地之间来回多次，增加了运行人员的工作量，且浪费时间。显然此方案不符合规定且不合理，是不可行的。
2）、通过分析储能二次回路图，3AP1-F1断路器储能回路存在的设计缺陷是储能电机超时继电器K67没有复归按钮，因此，要从根本上解决问题，就需要在弹簧行程开关常闭辅助触点S16LB（92）至储能电机超时继电器K67（A1）之间加装一个手动复归闭锁按钮SB，且复归按钮要装在场地的开关控制箱，如图3所示，通过人工复归使储能电机超时继电器K67失电，解除其常闭触点对储能控制回路的闭锁，避免储能电机超时继电器K67的线圈因长时间通电而烧毁。
[结论]
当开关处于检修状态时，开关控制电源以及储能电机电源都在断开位置，如果由于高压试验或者开关机械特性试验对断路器弹簧进行释能后，只将储能电机电源恢复到工作前状态，而忘记断开开关控制电源，断路器处于未储能状态。此时，若要对开关进行送电操作，一般先在继保室合上开关控制电源，然后再到开关控制箱处将开关电机储能电源给上。由于开关控制电源已经合上，储能电机超时继电器K67在开关控制电源合上后开始计时，当达到设定的储能时间阀值30s后，线圈得电励磁，其对应常闭触点断开。因此，当储能电机电源给上后，储能电机超时继电器常闭触点K67（16-15）已经断开，从而，储能电机控制继电器K9LB（A1-A2）失电，其对应的常开触点不闭合，电机回路不通，储能电机不能运转，储能弹簧不能正常储能，开关也不能完成合闸操作；另一方面，储能电机超时继电器K67的线圈也会因为长期带电而烧毁。针对储能电机超时继电器K67不能复归而引起开关储能失败的问题，本文提出了改进措施，即在开关控制箱上的弹簧行程开关常闭辅助触点S16LB（92）至储能电机超时继电器K67（A1）之间加装一个手动复归闭锁按钮SB，当出现储能控制回路被储能电机超时继电器K67常闭触点闭锁时，只要按下储能电机超时继电器的复归闭锁按钮SB，即可使回路再次接通，同时也避免了储能电机超时继电器K67的线圈因长时间通电而烧毁的发生。
参考文献：
[1]张莉，刘海冰，张远. 断路器弹簧机构储能超时故障的分析与改进措施[J]. 产品与技术，2011，12：116-118.
[2]龙跃达. 西门子3AP1-F1断路器控制回路问题分析[J]. 技术改造，2015，17（3）：32-34
论文作者:李伟亮
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/17
标签：储能论文; 电机论文; 回路论文; 断路器论文; 继电器论文; 触点论文; 电源论文; 《河南电力》2018年15期论文;