一起斷路器控制回路異常的處理及分析

陳月卿 虞俊峰

（1.福建省輸變電設備檢修分公司，福州 350013；2.福建省超高壓管理分公司，福州 350003）

西門子3AQ1-EE（EQ）型高壓斷路器三相共用基架，占地小，滅弧能力強勁，維護量少，經濟長壽等眾多優點，廣泛應用于我省超高壓電網。但是，由于運行環境的不斷變化，加上斷路器自身電氣回路及板件存在缺陷和隱患，引起了運行過程的設備障礙。本文通過我局某500kV變電站一起斷路器控制回路異常的實例，進行實際處理、故障查找和原因分析，發現了西門子整批次的開關存在隱蔽缺陷，并提出整改措施。

1 斷路器兩組控制電源空氣開關相繼發生跳閘的異常處理及原因分析

1.1 發生異常的現象

500kV某變電站220kV系統雙母雙分段全接線運行，兩臺500kV聯變共帶負荷800MW，7月18日上午7點15分，主控樓監控機出現設備異常信號，預告音響動作，一類信號遙信變位記錄如下。

07:15:53 220kV I－II母母聯28M開關第一組控制回路斷線 ON

07:15:53 220kV保護小間＃1直流絕緣降低

07:15:53 220kV保護小間＃2直流絕緣降低

07:15:53 直流主屏1上傳 絕緣故障發生

07:15:53 直流主屏2上傳 絕緣故障發生

07:15:53 220kV I－II母母聯28M開關第二組控制回路斷線 ON

07:15:53 220kV I－II母母聯28M開關第一組電源斷線 ON

07:15:55 220kV I－II母母聯28M開關第二組電源斷線 ON

07:15:55 220kV保護小間＃1直流絕緣降低故障消除

07:15:55 220kV保護小間＃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

根據信號描述，運行人員逐一檢查現場發現，220kV保護小間的220kV I－II母母聯28M保護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CZX-12R1操作箱上的兩組“OP”燈熄滅，檢查現場28M開關六氟化硫（SF6）氣壓和油壓（OLL）均指示在正?？潭?，油泵打壓空氣開關F1、F2均在合閘位置，28M斷路器一次設備正常。因此可以很確定此異常是由于28M斷路器二次回路存在問題引起。

1.2 異常原因分析及處理過程

現場二次設備狀態與監控后臺信號相符，從發出的信號初步分析，28M開關控制回路存在短路，同時伴隨有控制回路接地的現象，此時220kV I－II母母聯28M開關在運行中，28M開關第一組和第二組控制電源丟失，期間如遇站內系統故障，保護動作將無法跳開28M開關，母聯開關的拒動將聯切站內220kVⅠ、Ⅱ母母線上的所有支路，迎峰渡夏重載期間大量甩負荷將危及電網安全穩定運行，擴大事故。情況復雜且危急，申請省調將220kV I－II母母聯28M開關轉冷備用同意后，當務之急就是迅速斷開220kV I－II母母聯28M 開關，由于控制電源回路異常無法電動操作，只能采取就地機械手動跳閘的方式，再次確認28M開關的SF6氣壓和油壓刻度指示真實正常后，拆開開關連桿外殼，采用就地機械跳閘，脫離系統運行，找出故障點并隔離分析處理。

圖1 28M斷路器控制電源切換回路示意圖

根據28M斷路器控制回路電源示意圖（圖1）：無論是第一組控制電源（K101/K 102）或第二組控制電源（K 201/K 202）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，電源監視繼電器11JJ和2JJ返回，因此監控機后臺報“28M開關第一組電源斷線”和“28M開關第二組電源斷線”一類遙信信號。查設計圖紙和現場實際接線：第一組控制電源（K101/K102）接于KM 1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KM 2用于斷路器第二組跳閘（圖3），切換后不間斷電源（K 301/K 302）用于斷路器機構內電氣閉鎖（圖4）。為了不影響站內運行直流系統的安全，將28M斷路器的兩路控制電源（KM 1/KM 2）改由臨時移動式直流發生器供電，再次就地機械合上28M斷路器，開關狀態與發生異常時的位置相符，分別強送28M開關第一組控制電源4K 1和第二組控制電源4K 2，空氣開關均快速跳閘，從附圖二和三可看出，此時跳閘回路的K10閉鎖繼電器失電返回，常開接點斷開，造成兩組控制回路斷線，現象與故障時的描述完全相同，因此監控機后臺報“28M開關第一組控制回路斷線”和“28M開關第二組控制回路斷線”一類遙信信號。將切換后不間斷電源（K 301/K 302）在28M斷路器端子箱隔離后，復送KM 1和KM 2控制電源，第一組控制電源空開4K 1和第二組控制電源空開4K 2合閘成功，未發生空開跳閘現象。由此可見，短路點和接地點均發生在斷路器機構箱內的閉鎖回路上。

圖2 28M斷路器合閘和第一組跳閘回路圖

斷開KM 1和KM 2控制電源，用1000V搖表測試相關控制回路絕緣情況（見表1）。

表1

繼續測試幾組電源間的直流電阻，判斷是否存在短路的情況（見表2）。

表2

結論：三組會引起控制電源空開跳閘的回路不存在短路現象。

回路靜態測試所有回路正常，二次回路接線正確，觀察機構箱內元器件未發現異常，那什么原因引起兩組控制電源空開跳閘呢？調查組一度陷入迷茫。

仔細查看28M斷路器機構箱閉鎖原理圖（圖4）：28M斷路器一次油壓正常為32MPa，則油壓（OLL）密度計B2常閉接點斷開，OLL低閉鎖重動繼電器K3和K2不動作，常閉接點閉合；六氟化硫（SF6）氣壓正常為0.65MPa，則SF6密度計B4常閉接點斷開，SF6氣壓低閉鎖重動繼電器K5不動作，常閉接點閉合；氮氣（N2）正常未泄漏，則N2密度計B1常閉接點斷開，N2泄漏閉鎖重動繼電器K81不動作；經現場監測28M斷路器所有油氣密度計均處于正常狀態。從圖4可看出，K301（+）/K302（-）帶電后會引起動作的繼電器僅有K10，采用不通電模擬K 10繼電器動作前后，測試K301（+）/K302（-）之間是否存在短路和失地的辦法判斷故障點見表3。

圖3 28M斷路器第二組跳閘回路圖

圖4 28M斷路器機構箱閉鎖回路圖

表3

可見，K10繼電器動作后， 正電源K301(+)通過K81→K5→K10→K2的接點直接與負電源K302(-)導通，導致電源正負極短路，很快就判斷出故障點就是在（圖4）K10繼電器的（31）引腳或K2繼電器的7、8引腳和某一個繼電器的線圈負極上。由于斷路器機構箱后板全封閉安裝，嵌有閉鎖重動繼電器的集成電路控制板背面無法探及，在一次開關班專業人員協助拆下28M開關機構箱和后蓋板，集成電路控制板背板完全呈現出來，很清晰看出電路板背板有受潮痕跡且在K2繼電器的7引腳和K81繼電器的線圈負極（A2）引腳的電路板有短路燒粘現象（圖5）。

圖5 拆下的集成電路板背面圖像

至此，經過分析和實物比對可以得出：由于西門子開關機構箱內集成電路控制板老化，背板受潮，絕緣擊穿，焊點裸露太長，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斷路器運行過程發生兩路控制電源空氣開關短路跳閘的根本原因。協同西門子高壓開關廠家進一步分析后，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，電路板未刷防護漆，焊點管腳太長，裸露部份與機構箱金屬后蓋板距離僅3mm，太近極易引起焊腳和金屬背板相碰造成短路。

事后，我們對相關出廠年限的西門子開關進行普查，上報省調，省公司也隨即下文將此批次的西門子開關電路板整改更換做為年度專業的反措項目，限期要求各局協同西門子開關廠家逐間隔停電進行更換符合要求的電路板。

2 防范措施與建議

1）省網內所有西門子高壓開關有限公司生產的3AQ1EE和3AQ1EQ系列同批次開關的集成電路控制板更換為加刷防護漆，焊點管腳裸露應符合行業標準，與金屬后蓋板適當拉開距離（最少10mm）且金屬后蓋板朝內側應加貼絕緣板等方式進行更換處理。

2）能滿足雙跳閘線圈的斷路器，其閉鎖回路應能提供兩套分別獨立的回路，兩組控制回路之間沒有任何電的聯系，防止切換后電源回路若發生接地或短路，兩組控制電源將同時接地或短路，并造成在短路失去兩組控制電源的情況下保護動作開關拒動，電動無法操作開關的嚴重后果。

3）對開關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，建議開關廠家是否考慮在回路設計上，將用于跳閘閉鎖的相關接點應用為常閉接點，這樣在電源丟失的情況下，只要開關壓力正常（油氣壓力情況有單獨發信號），至少還可以滿足緊急情況時的電動開關跳閘，防止擴大事故，同時也避免了危及現場緊急處理此類異常問題的人員近距離就地機械拉開帶負荷的斷路器時的人身設備安全。

4）將現有僅提供一組閉鎖回路的其他廠家開關列入異動設備，探索改進回路辦法，更換僅提供一副閉鎖跳閘接點的油氣密度計，增加一套跳閘閉鎖接點，啟動加裝的備用繼電器，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）繼電保護能否正確出口還要依托一次斷路器的最終動作行為，一次設備的回路設計是否科學規范，元器件質量等因素也直接影響二次設備的可靠運行，繼電保護工作者也應重視一次設備的接入情況，保障電網安全穩定運行。

3 結論

這是一起由于斷路器機構箱內部閉鎖回路異常引發的控制回路短路故障，本文從這起回路異常的應急處理和如何查找故障點方面做了詳細的分析，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，對于從事現場繼電保護檢修維護的專業人員具有一定的實際意義。

[1] 西門子3AQ1EE(EQ)型斷路器技術說明書.