一起500kV西門子斷路器合閘故障分析

黃杰

摘? 要：本文主要針對一起因電子元件損壞導致的500kV西門子3AT3EI型高壓斷路器合閘故障進行分析研究。根據現場故障現象，本文通過對該斷路器的合閘控制回路和相應的閉鎖控制回路進行仔細分析推導，尋找出故障發生真正原因，并根據故障原因提出相應的防范措施，為避免同類斷路器設備此類故障再次發生提供借鑒，切實提高超高壓電網設備的運行可靠性。

關鍵詞：500kV斷路器? 控制回路? 拒合? 故障分析

中圖分類號：TM561? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0119-03

Abstract： This paper mainly analyzes a closing fault of 500kV Siemens 3AT3EI high voltage circuit breaker caused by electronic component damage. According to the on-site fault phenomenon， this paper analyzes and deduces the closing control circuit and the corresponding locking control circuit of the circuit breaker， finds out the real cause of the fault， and puts forward corresponding preventive measures according to the fault causes， so as to provide reference for avoiding similar circuit breaker equipment from happening again， and effectively improve the operation reliability of ultra-high voltage power grid equipment.

Key Words： 550 kV circuit breaker;Control circuit; Refuse to close;Fault analysis

西門子3AT3EI型高壓斷路器采用了定開距、石墨雙噴嘴設計，雙運動壓氣式滅弧方式，液壓氮氣儲能操動機構，滅弧能力強，控制性能優異，因此在我省500kV電網中有著廣泛應用。但由于運行環境不斷變化以及斷路器自身元器件缺陷或老化，設備在運行過程中會引發各種故障。本文通過本公司一起500kV西門子3AT3EI型高壓斷路器合閘故障處理過程實例進行分析，并根據故障原因提出相應的防范措施。

1? 故障簡述

某500kV變電站運行人員進行送電倒閘操作，遙控合上某500kV斷路器后，發現測控屏上斷路器分、合閘位置指示燈都亮起，經向調度部門匯報后進行一次試分合操作，指示燈顯示依舊異常，于是向調度部門申請將該斷路器轉為冷備用狀態，準備進行位置指示燈顯示異常消缺。

隨后，檢修人員趕到該變電站現場，進行位置指示燈顯示異常消缺處理。但在對該斷路器傳動回路進行檢查處理過程中，信號突然消失，指示燈恢復正常，并未發現相關回路異常。于是，將該臺斷路器進行現場手動分合閘操作三次，后臺遠動分合閘操作三次，均無異常現象。

運行人員向調度部門申請將斷路器投入運行，但在送電過程中斷路器突然合閘不成功，三相不一致繼電器動作，三相全跳至分位。檢修人員檢查故障錄波器，發現A相合閘過程沒有電流通過，A相合閘不成功，因此導致三相不一致繼電器動作，斷路器三相全跳至分閘位置。

該臺高壓斷路器型號為3AT3EI，德國西門子生產，于1997年10月15日出廠，1999年12月5日投入運行，最近一次的修試日期為2017年5月20日。

2? 現場檢查

經調度部門批準將該臺斷路器轉為檢修狀態，進行故障檢查處理。檢修人員現場測量正電源1101端子、負電源1102端子、遠控合閘回路端子7a、7b、7c電位全部正常，未發現異常現象。

隨后進行就地試操作，現場手動合閘，斷路器合閘成功，未發生異常現象，故障再次消失。再進行兩次操作均未發生異常。但在進行第三次操作時，故障終于再現，斷路器A相合閘失敗，三相不一致動作，三相跳閘。由于三相不一致繼電器K61得電動作，導致合閘總閉鎖繼電器K12失電動作，合閘回路斷開。

現場將復位按鈕S3復位，再次對斷路器控制回路進行檢查測量，未發現回路異常。檢修人員再次嘗試進行就地手動合閘，三相都合閘成功，但是合閘總閉鎖繼電器K12卻未吸合，合閘回路總閉鎖，但是三相不一致出口繼電器K61、K63未吸合，這次三相不一致未動作。

合閘總閉鎖K12繼電器的斷電條件包括：K81漏氮告警繼電器、K2合閘油壓低閉鎖繼電器、K7防跳繼電器、K61三相不一致繼電器、K10分閘總閉鎖。現場分閘總閉鎖繼電器K10吸合，分閘回路未閉鎖，可以排除。三相不一致繼電器K61未動，可以排除。通過電壓法測量，將故障范圍縮小到到K7、K2、k81三個繼電器這段回路，這三個繼電器裝設在集成電路板上，測量電位比較困難。通過間接法測量繼電器K2、K81端子未動作，基本確定K7繼電器動作了。

再次對合閘回路進行測量，測量端子排1002上監視回路5a端子+10V，而5b，5c端子都是+55V，電位不正常。將5a線頭拔出檢查，測量5a線端子上+55V，1002剩下端子-55V，有負電傳過來，但此時合閘回路S1LA常閉節點應該是打開狀態，負電過不來。

于是懷疑輔助開關節點可能發生粘連，測量合閘控制回路輔助開關節點S1LA31、32，都是-55V，再將31線頭拔掉，31線上-55v，31節點上沒電，而32節點上也是-55V，輔助開關節點沒有粘連。

若控制回路中各元器件均正常，在分閘狀態下，S1LA輔助開關常開節點打開，常閉節點閉合，如圖所示。在合閘狀態下，S1LA輔助開關切換，常開節點閉合，常閉節點打開，且二極管無法反向導通，因此二極管正端電壓為-55V，而二極管負端1002端子上電壓應該約為55V，而非-55V，因此懷疑該斷路器V12LA的二極管性能異常。由于二極管性能異常，發生反向導通，監視回路5a端子上正電從二極管負端串到二極管正端，導致K7繼電器動作。

隨后將該二極管找出，將其拆解后對V12LA二極管的電阻進行測試，用萬用表歐姆檔測量發現該二極管正向導電時電阻達3933Ω，反向導電電阻為3547Ω，用萬用表二極管檔測量正向電壓0.517V，反向電壓1.172V。

對該斷路器B相（可正常分合閘）的相同的二極管進行電阻測量，用萬用表歐姆檔測量二極管正向導電時電阻達4.86MΩ，反向導電電阻為無窮，用萬用表二極管檔測量V12LB正向0.528V，反向導電電阻為無窮，因此確定V12LA二極管異常。

3? 故障分析與處理

3.1 合閘控制回路原理

斷路器在分閘位置時，跳位監視繼電器TWJ正電，經過1002端子，經過斷路器輔助開關常閉節點S1LA31、32，經過合閘線圈Y1LA，再經過合閘總閉鎖繼電器K12常開節點（正常狀態吸合）到負電，分閘位置指示燈亮，實現分位監視。

斷路器遠控A相合閘操作時，正電從測控端子7a過來，經過遠近控切換開關，經過二極管V12LA，經過1002端子，經過斷路器輔助開關常閉節點S1LA31、32，經過合閘線圈Y1LA，再經過合閘總閉鎖繼電器K12常開節點到負電，合閘線圈動作，實現合閘。

斷路器合閘后，輔助開關S1LA常開常閉節點進行切換，合閘回路中常閉節點S1LA31、32打開，防跳回路中防跳繼電器K7前面串聯的S1LA常開節點閉合。此時，如果合閘回路還有正電過來，合閘回路中常閉節點S1LA31、32已經打開，合閘回路不通，但是可以經過S1LA常開節點（此時閉合），經過防跳繼電器K7到達負電，防跳繼電器K7吸合，防跳功能啟動。此時雖然合閘命令存在，合閘回路有正電過來，但是合閘回路不通，不會再進行合閘動作。

3.2 合閘總閉鎖回路原理

合閘總閉鎖K12繼電器的斷電條件包括：K81漏氮告警繼電器、K2合閘油壓低閉鎖繼電器、K7防跳繼電器、K61三相不一致繼電器、K10分閘總閉鎖。而K10分閘總閉鎖的斷電條件又包括：K3分閘油壓低閉鎖繼電器、K5 SF6低閉鎖分合閘繼電器、K14漏氮延時閉鎖分閘。

當油泵打壓至355bar且油泵繼續打壓時，K81漏氮告警繼電器啟動閉鎖合閘，3小時后K14漏氮延時繼電器啟動閉鎖分閘;

當油壓低至278bar時，K2合閘油壓低閉鎖繼電器啟動閉鎖合閘，油壓低至263bar時K3分閘油壓低閉鎖繼電器啟動閉鎖分閘;

當SF6氣壓低至閉鎖值K5繼電器啟動閉鎖分合閘;

當斷路器三相狀態不一致時，K61三相不一致繼電器啟動，斷路器三相跳至分位同時閉鎖合閘;

當合閘命令節點粘連或合閘按鈕卡死，合閘回路持續給電，防跳繼電器K7啟動閉鎖合閘回路。

正常情況下，K12和K10繼電器都是吸合狀態，一旦有一個控制條件不滿足，都會導致合閘閉鎖繼電器K12斷電，合閘回路總閉鎖。

3.3 故障現象分析

綜合斷路器分合位位置指示燈同時亮、A相無法合閘、防跳繼電器K7動作三個故障現象進行分析：

當斷路器全部合位時，合閘位置指示燈應該正常亮起，而跳閘位置指示燈亮是由于跳位監視繼電器TWJ通過劣化的二極管反向導通和防跳回路形成導通回路，因此造成了斷路器合閘后分、合閘指示燈都亮的現象。

由于二極管性能異常，當進行合閘操作時，回路電阻變大，流過合閘線圈電流減小，達不到合閘線圈動作條件，導致A相合閘線圈不動作，A相合閘失敗。

由于二極管發生反向導通，監視回路5a端子上正電從二極管負端串到二極管正端，導致防跳繼電器K7繼電器動作，從而合閘總閉鎖K12繼電器動作，閉鎖合閘回路。

該二極管的性能劣化處于一個動態變化的過程，因此造成了多個故障現象，具有很強的迷惑性，給快速排除故障帶來了不少麻煩。

3.4 故障處理

經過對現場一系列故障現象的診斷分析，最終將故障原因確定為二極管元件性能異常。隨后，檢修人員立即尋找備品，將故障的二極管進行了更換處理。更換二極管后，合閘回路檢查正常，現場進行五次就地分合閘測試和五次遠控分合閘測試，現場三相分合閘正常，后臺顯示的分合閘狀態正常，分合閘位置指示燈顯示正常，最終故障成功消除。

4? 防范措施

目前老式德國西門子斷路器產品使用此種結構的二極管，在運行過程中可能存在劣化失效的情況，因此提出以下建議：

（1）在例行停電檢修時，針對西門子斷路器二次回路中使用的二極管進行重點排查，確保控制回路中二極管性能正常;

（2）目前西門子斷路器老式產品使用此種結構的二極管，且該公司不再提供此類備品，一旦發生損壞可能無備品備件替換，因此需要考慮進行此種類型二極管的同類產品性能替代;

（3）對各類斷路器跳閘位置監視繼電器TWJ接入合閘回路的方式、TWJ與防跳繼電器K7線圈的匹配情況進行分析排查，對可能存在的K7通過TWJ持續得電風險的情況應進行回路技術改造，例如在跳閘位置監視回路中多加一副斷路器輔助開關常開節點從而避免串電可能，進一步提高產品運行可靠性。

5? 結語

通過對一起500kV西門子斷路器合閘故障檢查處理過程進行仔細分析，找出了該型號斷路器的拒合故障原因，并提出了相關防范措施和改進建議，從而避免此類故障再次發生，影響電網運行安全。

參考文獻

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