220kV 氣體絕緣金屬封閉組合電器斷路器SF6 低氣壓閉鎖回路改進方案

何振宇 袁明哲 卿俊杰 劉 鑫 鄒經(jīng)鑫

（國網(wǎng)成都供電公司，成都 610065）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉組合電器（gas insulated switchgear, GIS）設(shè)備內(nèi)部采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，在正常運行情況下，必須保持GIS 設(shè)備內(nèi)SF6的氣壓在正常范圍內(nèi)（一般為0.4～0.6MPa）。特別是對于GIS 設(shè)備中的斷路器氣室，其氣體壓力值是否滿足要求關(guān)系到斷路器的滅弧和絕緣能力，在斷路器SF6壓力過低時分合斷路器會導(dǎo)致嚴重后果[1-4]。

為了避免這種情況，在斷路器機構(gòu)分合閘回路中均設(shè)置低氣壓閉鎖回路，以便在斷路器SF6壓力過低時閉鎖分合閘操作。根據(jù)相關(guān)規(guī)定[5]，低氣壓閉鎖回路均由斷路器本體實現(xiàn)。

目前各斷路器自身的閉鎖回路尚未考慮密度繼電器的觸點故障情況，所以不能完全適應(yīng)現(xiàn)場運行需要。因此，根據(jù)運行實際的需求，有必要對斷路器閉鎖回路進行分析，找到一種可靠的改進方案，用以消除設(shè)備隱患，更好地為系統(tǒng)運行服務(wù)[6-12]。

1 GIS 設(shè)備SF6 壓力低閉鎖原理

GIS 設(shè)備斷路器SF6壓力低閉鎖方案不完全一致，但其基本工作原理和組成差別不大，主要由密度繼電器及其觸點、中間繼電器及其觸點構(gòu)成，斷路器氣室SF6壓力由密度繼電器監(jiān)視，當(dāng)SF6壓力降低時，密度繼電器相應(yīng)的報警或閉鎖觸點閉合，起動對應(yīng)的中間繼電器，再由中間繼電器開出觸點，切斷操作回路，實現(xiàn)分合閘閉鎖。

閉鎖回路工作原理示意圖如圖1 所示，其密度繼電器分相裝設(shè)，每個密度繼電器2 對閉鎖觸點，1對報警觸點。斷路器SF6壓力降低至報警值時，報警觸點起動中間繼電器K3，K3開出動合觸點用以向監(jiān)控端和報警主機發(fā)信；SF6壓力繼續(xù)降低至閉鎖值時，2 對閉鎖觸點分別起動中間繼電器K1、K2，繼電器K1、K2電源分別由第一組操作電源、第二組操作電源提供，K1、K2繼電器起動后，其動斷觸點切斷斷路器分合閘回路，實現(xiàn)對斷路器的分合閘操作閉鎖。

圖1 常規(guī)壓力低閉鎖回路工作原理示意圖

2 當(dāng)前閉鎖回路方案缺陷分析

當(dāng)前閉鎖方案中，要求密度繼電器在斷路器壓力降低時，能正確輸出報警或閉鎖觸點，且同時起動兩個中間繼電器，方能有效閉鎖分合閘回路。該閉鎖回路有以下缺陷：

1）若密度繼電器的閉鎖觸點任意一對有損壞或接觸不良，將無法同時起動K1、K2繼電器。若僅有K1繼電器起動，則第二組分閘回路未閉鎖，斷路器可能在低氣壓情況下在第二組操作電源進行分閘，導(dǎo)致嚴重事故；反之，若僅K2繼電器起動，則第一組分閘和合閘回路未被完整閉鎖。

2）考慮到密度繼電器的輸出觸點很靠近，當(dāng)其銹蝕時，可能導(dǎo)致觸點短路，這樣的情況在戶外GIS設(shè)備中出現(xiàn)的概率更大，該情況下將導(dǎo)致斷路器誤閉鎖，造成斷路器拒動，進而擴大事故范圍。

事實上，由于密度繼電器安裝在機構(gòu)本體，經(jīng)常承受開關(guān)動作的振動，其內(nèi)部的校正回路也會隨著外界溫度的變化而波動，實際運行中也發(fā)生過密度繼電器輸出觸點接觸不良、銹蝕等情況導(dǎo)致閉鎖回路的不正確動作。

3 斷路器閉鎖回路改進方案

為了更好地滿足運行實際，使斷路器的低氣壓閉鎖回路能更真實地反映一次設(shè)備的情況，達到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求[13-16]：

1）SF6壓力正常運行時，斷路器分合閘回路可靠不誤閉鎖，防止開關(guān)拒動擴大故障范圍。

2）SF6壓力降低至閉鎖值時，可靠閉鎖斷路器分合閘回路并及時告警。

針對這兩點要求，提出改進方案，改進方案包括以下部分：

1）各中間閉鎖繼電器觸點相互閉鎖

根據(jù)前面的分析可知，斷路器閉鎖回路方案中，均是由密度繼電器觸點分別起動2 個中間繼電器，兩個中間繼電器的輸出觸點再去閉鎖分合閘回路。這種方案，未能考慮密度繼電器的輸出觸點可靠性問題，因此采用如圖2 所示的相互閉鎖方案。

圖2 兩個繼電器相互閉鎖

在斷路器的分合閘回路中，均分別串聯(lián)兩個中間繼電器的觸點。這樣，任意一個閉鎖繼電器動作，均能有效閉鎖分合閘回路，防止出現(xiàn)因某一個密度繼電器觸點不可靠導(dǎo)致的氣壓降低時有一組控制回路無法閉鎖的情況。可以實現(xiàn)完整的分合閘閉鎖。

2）“一段輸出閉鎖二段”閉鎖

相互閉鎖有效考慮了密度繼電器的輸出觸點可靠性問題，但仍不夠完整，無法防止因觸點原因產(chǎn)生的誤閉鎖。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)斷路器SF6壓力下降時，首先應(yīng)報警提醒運行人員補氣，若繼續(xù)下降，方進入閉鎖狀態(tài)。為了更可靠地反映實際運行情況，提出增加如圖3 所示的“一段輸出閉鎖二段”的閉鎖方案。

圖3 改進的壓力低閉鎖回路

將SF6報警繼電器的常開觸點串入K1和K2繼電器的起動回路中，必須要報警觸點可靠閉合后，才能夠起動K1和K2繼電器，操作回路中的分合閘回路才有可能被閉鎖。可最大限度地防止誤閉鎖；同時，當(dāng)任意一個閉鎖繼電器動作時，能有效閉鎖分合閘回路。

4 改進方案可行性分析及實行情況

根據(jù)分析，提出的改進方案施工簡單易行，相比原回路，僅需要增加2 對報警觸點用以串接入閉鎖回路。由于GIS 結(jié)構(gòu)斷路器中，報警觸點經(jīng)過中間繼電器重動，因此可以提供多個報警觸點。不需要增加新的設(shè)備，現(xiàn)場施工量小，在改造工程中易于實現(xiàn)。

同時，考慮220kV 斷路器有兩組操作電源，閉鎖回路中均采用的是中間繼電器的動斷觸點，用以切斷操作回路。當(dāng)采用新的改進方案時，若第一組或第二組操作電源消失時，相應(yīng)的閉鎖繼電器K1或K2將無法被起動，其動斷觸點保持閉合，不影響操作回路的正確接通或斷開。在操作回路上，沒有拒動或誤動的風(fēng)險。

目前已根據(jù)所提出的改進方案，對多個變電站的高壓斷路器閉鎖回路進行了改造，現(xiàn)場運行效果顯示，新的閉鎖回路能有效避免原有方案的缺陷，較好地反映運行實際。

5 結(jié)論

本文結(jié)合運行生產(chǎn)實際，提出一種“一段輸出閉鎖二段”的SF6氣壓低閉鎖新方案，能較好地解決密度繼電器的觸點故障導(dǎo)致分合閘回路誤動或拒動的問題，為實際生產(chǎn)提供了一種有效的方案，具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義和價值。但是由于本文提出的方案采用了更多的觸點，在一定程度上增加了回路的復(fù)雜性，這些觸點若是發(fā)生故障又會帶來新的問題。對此可結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采用設(shè)備選型、改善運行工況的方法來解決。