一起断路器控制回路异常的处理及分析

陈月卿 虞俊峰

（1.福建省输变电设备检修分公司，福州 350013；2.福建省超高压管理分公司，福州 350003）

西门子3AQ1-EE（EQ）型高压断路器三相共用基架，占地小，灭弧能力强劲，维护量少，经济长寿等众多优点，广泛应用于我省超高压电网。但是，由于运行环境的不断变化，加上断路器自身电气回路及板件存在缺陷和隐患，引起了运行过程的设备障碍。本文通过我局某500kV变电站一起断路器控制回路异常的实例，进行实际处理、故障查找和原因分析，发现了西门子整批次的开关存在隐蔽缺陷，并提出整改措施。

1 断路器两组控制电源空气开关相继发生跳闸的异常处理及原因分析

1.1 发生异常的现象

500kV某变电站220kV系统双母双分段全接线运行，两台500kV联变共带负荷800MW，7月18日上午7点15分，主控楼监控机出现设备异常信号，预告音响动作，一类信号遥信变位记录如下。

07:15:53 220kV I－II母母联28M开关第一组控制回路断线 ON

07:15:53 220kV保护小间＃1直流绝缘降低

07:15:53 220kV保护小间＃2直流绝缘降低

07:15:53 直流主屏1上传 绝缘故障发生

07:15:53 直流主屏2上传 绝缘故障发生

07:15:53 220kV I－II母母联28M开关第二组控制回路断线 ON

07:15:53 220kV I－II母母联28M开关第一组电源断线 ON

07:15:55 220kV I－II母母联28M开关第二组电源断线 ON

07:15:55 220kV保护小间＃1直流绝缘降低故障消除

07:15:55 220kV保护小间＃2直流绝缘降低故障消除

07:15:55 直流主屏1上传 绝缘正常

07:15:55 直流主屏2上传 绝缘正常

根据信号描述，运行人员逐一检查现场发现，220kV保护小间的220kV I－II母母联28M保护屏上第一组控制电源空开4K1和第二组控制电源空开4K2均在断开位置，28M开关CZX-12R1操作箱上的两组“OP”灯熄灭，检查现场28M开关六氟化硫（SF6）气压和油压（OLL）均指示在正常刻度，油泵打压空气开关F1、F2均在合闸位置，28M断路器一次设备正常。因此可以很确定此异常是由于28M断路器二次回路存在问题引起。

1.2 异常原因分析及处理过程

现场二次设备状态与监控后台信号相符，从发出的信号初步分析，28M开关控制回路存在短路，同时伴随有控制回路接地的现象，此时220kV I－II母母联28M开关在运行中，28M开关第一组和第二组控制电源丢失，期间如遇站内系统故障，保护动作将无法跳开28M开关，母联开关的拒动将联切站内220kVⅠ、Ⅱ母母线上的所有支路，迎峰渡夏重载期间大量甩负荷将危及电网安全稳定运行，扩大事故。情况复杂且危急，申请省调将220kV I－II母母联28M开关转冷备用同意后，当务之急就是迅速断开220kV I－II母母联28M 开关，由于控制电源回路异常无法电动操作，只能采取就地机械手动跳闸的方式，再次确认28M开关的SF6气压和油压刻度指示真实正常后，拆开开关连杆外壳，采用就地机械跳闸，脱离系统运行，找出故障点并隔离分析处理。

图1 28M断路器控制电源切换回路示意图

根据28M断路器控制回路电源示意图（图1）：无论是第一组控制电源（K101/K 102）或第二组控制电源（K 201/K 202）带电， 切换后的不间断电源（K301/K302）均带电，若两组输入直流电均丢失，电源监视继电器11JJ和2JJ返回，因此监控机后台报“28M开关第一组电源断线”和“28M开关第二组电源断线”一类遥信信号。查设计图纸和现场实际接线：第一组控制电源（K101/K102）接于KM 1用于断路器合闸和第一组跳闸（图2），第二组控制电源（K201/K202）接于KM 2用于断路器第二组跳闸（图3），切换后不间断电源（K 301/K 302）用于断路器机构内电气闭锁（图4）。为了不影响站内运行直流系统的安全，将28M断路器的两路控制电源（KM 1/KM 2）改由临时移动式直流发生器供电，再次就地机械合上28M断路器，开关状态与发生异常时的位置相符，分别强送28M开关第一组控制电源4K 1和第二组控制电源4K 2，空气开关均快速跳闸，从附图二和三可看出，此时跳闸回路的K10闭锁继电器失电返回，常开接点断开，造成两组控制回路断线，现象与故障时的描述完全相同，因此监控机后台报“28M开关第一组控制回路断线”和“28M开关第二组控制回路断线”一类遥信信号。将切换后不间断电源（K 301/K 302）在28M断路器端子箱隔离后，复送KM 1和KM 2控制电源，第一组控制电源空开4K 1和第二组控制电源空开4K 2合闸成功，未发生空开跳闸现象。由此可见，短路点和接地点均发生在断路器机构箱内的闭锁回路上。

图2 28M断路器合闸和第一组跳闸回路图

断开KM 1和KM 2控制电源，用1000V摇表测试相关控制回路绝缘情况（见表1）。

表1

继续测试几组电源间的直流电阻，判断是否存在短路的情况（见表2）。

表2

结论：三组会引起控制电源空开跳闸的回路不存在短路现象。

回路静态测试所有回路正常，二次回路接线正确，观察机构箱内元器件未发现异常，那什么原因引起两组控制电源空开跳闸呢？调查组一度陷入迷茫。

仔细查看28M断路器机构箱闭锁原理图（图4）：28M断路器一次油压正常为32MPa，则油压（OLL）密度计B2常闭接点断开，OLL低闭锁重动继电器K3和K2不动作，常闭接点闭合；六氟化硫（SF6）气压正常为0.65MPa，则SF6密度计B4常闭接点断开，SF6气压低闭锁重动继电器K5不动作，常闭接点闭合；氮气（N2）正常未泄漏，则N2密度计B1常闭接点断开，N2泄漏闭锁重动继电器K81不动作；经现场监测28M断路器所有油气密度计均处于正常状态。从图4可看出，K301（+）/K302（-）带电后会引起动作的继电器仅有K10，采用不通电模拟K 10继电器动作前后，测试K301（+）/K302（-）之间是否存在短路和失地的办法判断故障点见表3。

图3 28M断路器第二组跳闸回路图

图4 28M断路器机构箱闭锁回路图

表3

可见，K10继电器动作后， 正电源K301(+)通过K81→K5→K10→K2的接点直接与负电源K302(-)导通，导致电源正负极短路，很快就判断出故障点就是在（图4）K10继电器的（31）引脚或K2继电器的7、8引脚和某一个继电器的线圈负极上。由于断路器机构箱后板全封闭安装，嵌有闭锁重动继电器的集成电路控制板背面无法探及，在一次开关班专业人员协助拆下28M开关机构箱和后盖板，集成电路控制板背板完全呈现出来，很清晰看出电路板背板有受潮痕迹且在K2继电器的7引脚和K81继电器的线圈负极（A2）引脚的电路板有短路烧粘现象（图5）。

图5 拆下的集成电路板背面图像

至此，经过分析和实物比对可以得出：由于西门子开关机构箱内集成电路控制板老化，背板受潮，绝缘击穿，焊点裸露太长，与金属背板相碰短路（金属背板有短路弧光烧痕）是造成这起28M断路器运行过程发生两路控制电源空气开关短路跳闸的根本原因。协同西门子高压开关厂家进一步分析后，确定整批次的3AQ1-EE(EQ)系列断路器的集成电路控制板存在隐患，电路板未刷防护漆，焊点管脚太长，裸露部份与机构箱金属后盖板距离仅3mm，太近极易引起焊脚和金属背板相碰造成短路。

事后，我们对相关出厂年限的西门子开关进行普查，上报省调，省公司也随即下文将此批次的西门子开关电路板整改更换做为年度专业的反措项目，限期要求各局协同西门子开关厂家逐间隔停电进行更换符合要求的电路板。

2 防范措施与建议

1）省网内所有西门子高压开关有限公司生产的3AQ1EE和3AQ1EQ系列同批次开关的集成电路控制板更换为加刷防护漆，焊点管脚裸露应符合行业标准，与金属后盖板适当拉开距离（最少10mm）且金属后盖板朝内侧应加贴绝缘板等方式进行更换处理。

2）能满足双跳闸线圈的断路器，其闭锁回路应能提供两套分别独立的回路，两组控制回路之间没有任何电的联系，防止切换后电源回路若发生接地或短路，两组控制电源将同时接地或短路，并造成在短路失去两组控制电源的情况下保护动作开关拒动，电动无法操作开关的严重后果。

3）对开关厂家能满足双跳闸线圈的要求但又只能提供一组闭锁回路的情况时，建议开关厂家是否考虑在回路设计上，将用于跳闸闭锁的相关接点应用为常闭接点，这样在电源丢失的情况下，只要开关压力正常（油气压力情况有单独发信号），至少还可以满足紧急情况时的电动开关跳闸，防止扩大事故，同时也避免了危及现场紧急处理此类异常问题的人员近距离就地机械拉开带负荷的断路器时的人身设备安全。

4）将现有仅提供一组闭锁回路的其他厂家开关列入异动设备，探索改进回路办法，更换仅提供一副闭锁跳闸接点的油气密度计，增加一套跳闸闭锁接点，启动加装的备用继电器，使两组控制电源完全隔离，从而解决使用切换后公用电源的隐患。

5）继电保护能否正确出口还要依托一次断路器的最终动作行为，一次设备的回路设计是否科学规范，元器件质量等因素也直接影响二次设备的可靠运行，继电保护工作者也应重视一次设备的接入情况，保障电网安全稳定运行。

3 结论

这是一起由于断路器机构箱内部闭锁回路异常引发的控制回路短路故障，本文从这起回路异常的应急处理和如何查找故障点方面做了详细的分析，也为如何有效地解决非装置性的二次回路故障提供了方法平台，对于从事现场继电保护检修维护的专业人员具有一定的实际意义。

[1] 西门子3AQ1EE(EQ)型断路器技术说明书.