张春阳
国网福建省电力有限公司检修分公司,福建省 福州市 350000
摘要：本文首先介绍了220kV 3AQ1EE/3AQ1EG西门子开关液压机构，然后对西门子开关的储能控制回路与开关分合闸闭锁回路原理进行分析，在此基础上，重点分析“打压超时”和“N2泄露”两个常见异常信号，为运维人员正确处置西门子开关液压机构问题提供帮助。
关键词：3AQ1EE/3AQ1EG；储能控制回路；分合闸闭锁回路；打压超时；N2泄露
1 引言
220kV 3AQ1EE/3AQ1EG西门子开关是500kV变电站常见断路器类型，其中“E”表示断路器操作机构为液压机构。运维人员进行巡视时，应注意开关频繁打压、液压压力过低、开关打压时间是否过长或过短（一般为3s）、液压油外泄、储能电源空开跳开、电子式压力节点是否正常（正常为绿灯亮）等问题，及时发现这些隐患有利于避免发生事故，减少损失。此外，“打压超时”和“N2泄露”亦是液压机构两个常见异常信号，如果处置不当可能会造成严重后果。本文通过对储能控制回路及开关分合闸闭锁回路原理进行分析，得出打压超时及N2泄露闭锁告警原因，并给予分析思路，提出解决方案。
2 220kV西门子开关液压机构
西门子开关液压机构主要由储能筒、液压缸、油箱、油泵、电机、阀系统、液压开关等组成，如图1所示。每台开关装有一只液压储能筒，操作能量储存在此储能筒内（N2填充）。液压储能筒由一泵管与油泵相连，并由一根高压油管连接着液压操作机构。此液压储能筒是一种活塞储能筒，可自由移动的活塞将氮气与液压油隔离开来。油泵通过打压油进而压缩氮气进行储能。
.png)
1-氮气储能筒 2-合闸线圈 3-分闸线圈 4-主阀 5-活塞 6-过滤器
7-油箱 8-电机 9-油泵 10-安全阀 11-泄压阀 12-压力表
图1 220kV西门子开关液压系统结构图
西门子液压操作系统主要完成以下3个过程：
（1）储能过程，液压开关监测到压力低于32Mpa时，电动机启动储能，压力恢复至正常值（32Mpa）时经一定延时断开油泵电源；
（2）合闸过程，利用活塞两侧高压油油压差驱动活塞移动，完成合闸；
（3）分闸过程，活塞一侧为高压油，一侧为常压油，高压油驱动活塞完成分闸过程。
3 220kV西门子开关二次回路
3.1 关键电器元件介绍
220kV西门子开关储能控制回路及开关分合闸闭锁回路的关键继电器说明如表1所示。
.png)
3.2 开关储能控制回路
220kV西门子开关储能控制回路如图2所示，包括油泵打压回路和打压超时回路。220kV 3AQ1EE/3AQ1EG西门子开关油泵启动压力值及各种闭锁压力值如表2所示。
.png)
图2 220kV西门子开关储能控制回路
.png)
通过图2可以看出，当液压机构压力低于32Mpa时电动机启动打压，压力恢复至32Mpa后，油压控制时间继电器K15延时3s返回。K15采用延时3S主要有两个目的：
（1）使液压机构压力高于32MPa，避免其频繁打压；
（2）利用3S的延时，使液压机构压力进一步升高，检查氮气储气筒是否存在氮气泄漏的情况，如果氮气储气筒存在漏气点，液压机构压力在3S内压力会上升很高，超过35.5MPa，此时氮气泄漏闭锁继电器K81会动作，将切断打压回路。
在打压超时回路中，打压超时继电器K67用于控制油泵启动的时间，与K9并联，当电机控制继电器K9得电时，K67同时得电开始计时，一般出厂设置时间为15min，15min后若K9 仍得电，则K67继电器串在K9回路中的常闭节点断开，切断回路，K9失电，打压停止，防止电机持续运转烧毁。
为更加深刻理解西门子开关打压过程，打压流程图如图3所示。
.png)
图3 220kV西门子开关打压流程图
3.3 开关分合闸闭锁回路
220kV西门子开关分合闸闭锁回路如图4所示，通过图4可以看出分合闸闭锁回路如下几个特点：
（1）“N2泄漏”告警需要满足以下两个条件：电动机控制继电器K9得电，且油压超过35.5MPa。条件满足后，K81得电且自保持，同时切断合闸回路，延时3个小时后切断分闸回路。如图1所示，氮气储能筒是一个活塞筒，由可以移动的活塞将液压油与氮气隔开，两侧压力始终相等，液压机构打压是通过液压油推动活塞，进而压缩氮气储存能量。在氮气持续泄漏的情况下，活塞会持续移向氮气侧，在氮气泄漏的最后阶段，活塞接近止档管一侧。根据3.2节分析可知，当液压机构压力达32MPa时，压力开关B1断开，K15延时3s失电，液压机构会继续打压3s，由于打压时间3s是一定的，当活塞碰到止档管后无法继续向氮气侧移动而电机持续打压，压力会迅速上升到35.5MPa。而当氮气充足的情况下，经3s打压压力值升高约1MPa，考虑环境等因素不能达35.5MPa，故可以根据以上两个条件判定N2泄漏。
（2）K12为合闸闭锁继电器，引起合闸闭锁的因素包括：N2泄漏闭锁功能启动（K81得电）、三相强迫动作（K61得电）、合闸油压低闭锁（K2得电）、总闭锁启动（K10失电）、防跳继电器启动（K7得电）；
（3）K10为总闭锁继电器，引起总闭锁的因素包括：SF6气压低闭锁（K5得电）、油压低闭锁（K3得电）、氮气泄漏闭锁（K14得电，延时3h节点打开）。K10失电后，合闸分闸回路均被闭锁。
.png)
图4 220kV西门子开关分合闸闭锁回路
4 常见问题分析及处置
4.1“打压超时”信号分析及处置
通过分析开关储能控制回路，以下几种故障会报出“打压超时”信号：
（1）压力开关B1节点黏连，导致B1无法返回，持续打压；
（2）油压控制时间继电器K15节点黏连，无法切断打压回路；
（3）打压超时时间继电器K67故障，造成节点误合，信号误报。
（4）油泵电机电源空开跳开或油泵损坏，油泵无法启动；
（5）油路存在漏点或液压油中存在气体，压力无法建立。
出现打压超时信号时，可按图5流程查找故障原因，如果现场检查压力过低，应及时汇报调度，采取防止开关闭锁分闸措施，以免扩大故障范围，造成严重后果。
.png)
图5 打压超时处置流程
4.2 N2泄露信号分析及处置
通过分析开关分合闸闭锁回路可以得出，以下几种故障会报出“N2泄漏”信号：
（1）液压机构氮气储能筒N2泄漏；
（2）时间继电器K15损坏或功能错误，造成压力正常时，打压回路仍频繁启动；
（3）压力开关B1节点黏连；
（4）K9节点黏连，造成打压不停泵。
当“N2泄露”告警时，应首先判断是否为真的氮气泄露还是信号误报。当N2泄漏真的发生时，氮气储能筒的活塞会向氮气侧移动，液压机构压力会降低，所以漏氮往往会伴随频繁打压现象。若经检查开关存在频发打压等现象，极有可能液压机构存在真的N2泄露，此时应慎重使用开关本体的S4复归旋钮，以防在故障原因未明确的情况下操作设备给系统以及设备带来不利影响，应及时汇报调度，并通知检修人员进站处理；若经检查开关无明显异常，且未伴随频繁打压现象，可以使用S4复归旋钮进行一次复归，若复归成功应加强对开关的监视；若使用S4复归旋钮后，开关立即打压，则很可能是B1等节点发生黏连，可利用万用表对相应节点进行检查，进一步验证是否为假漏氮。
4.3案例分析
4.3.1案例分析1
×年×月×日 ，某变电站监控后台报220kV287开关电机打压超时。现场检查开关液压压力32.1MPa（启动打压值32MPa），打压电机微热，已停止打压。现场检查发时间继电器K15、K67动作，无法复归。
分析处理:经检修人员检查为油泵控制时间继电器K15损坏，造成无法切断打压回路，导致打压超时继电器K67动作，现场更换K15、K67继电器后，各启动节点可正常动作，打压时间、打压超时报警回路正常。
4.3.2案例分析2
×年×月×日 ，某变电站监控后台报220kV 29M开关SF6或N2泄露，现场检查液压压力为37Mpa，内部元器件外观无异常。
分析处理：设备停电后将开关泄压至32MPa后自动打压到34MPa，同时检查氮气筒预充压力为20MPa，符合标准，因此排除设备真正漏氮，氮气泄露系误报。结合报出信号时现场气温较高，打压电机启动瞬间就报出漏氮信号，从打压回路判断是打压时间继电器K15或打压启动节点误动导致信号误报出。查询以往29M开关打压记录，发现有多次打压时间不足1秒的情况，而正常打压启动节点引起打压应超过3秒，因此推断是打压时间继电器K15出现故障，误合15-18节点，导致29M开关在高压力的情况下启动打压，引起漏氮信号误报。将K15更换后，恢复正常。
5 结论
本文主要介绍了220kV西门子开关液压机构，对开关储能控制回路和开关分合闸闭锁回路原理进行分析。最后重点介绍了“打压超时”及“N2泄露”信号出现时的处置流程。对打压超时信号，应立刻检查现场压力是否正常，防止开关短时间内压力降低至闭锁分闸，扩大事故范围。N2氮气泄露信号报出时，应首先判断是否为真漏氮，慎用S4钥匙进行复归。
参考文献
[1]钱聪. 西门子断路器液压机构控制回路分析[J].华东科技（综合），2014（8）：198-198
[2]王熠涵，贺雨晴.西门子3AQ1EE型液压机构断路器误发N2泄露信号造成断路器闭锁的问题分析[J].山东工业技术，2015（3）:18-18
[3]王向阳.SF6断路器液压机构故障分析[J].高压电器，2001（05）:61-61