西门子3AQ型断路器“N2泄漏”故障的定位及处理

西门子3AQ型断路器“N2泄漏”故障的定位及处理邱生苏州供电公司，苏州215004The Orientation and Treatment to The “Loss of nitrogen” Failure of Siemens 3AQ Circuit-BreakerQIU ShengSuzhou Electric Power Company, Suzhou 215128, China摘要:西门子3AQ型断路器在电力系统中有大量采用。由于采用液压操作机构，“氮气泄漏”是其最常见的故障信号。为了尽量降低在事故处理中的停电次数以提高供电可靠性，正确的分析及处理故障尤为重要。文章从物理定位和电气定位两个方面对故障进行分析，给出两个方面的故障处理方法，最后通过三个实际发生的故障实例的处理过程进行了方法验证。关键词: 3AQ型断路器；故障；物理定位；电气定位Abstract: The 3AQ circuit-breaker is widely used in electric power system. The breaker has a hydraulic operating mechanism, so the signal of “Loss of nitrogen” is the most ordinary failure. In order to raise the power supply reliability, how to correctly analyze and deal with the failure to reduce the outage frequency is very important. This paper analyzes the failure from the electric orientation and physical orientation, gives the treatment methods in above two aspects, finally the treatment methods are verified by three practical fault diagnoses.Key words: the 3AQ circuit-breaker；failure；physical orientation；electric orientation0前言西门子3AQ型断路器是采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的压气式高压断路器，使用固定在断路器本体上的液压操作机构1。该型断路器具有安装方便、操作简单、运行稳定、维护工作量少等优点，所以在电网有大量使用。现场使用的统计数据表明：氮气泄漏闭锁是该型断路器经常出现的故障信号2，停电检修虽然是合适的处理方式，但由于目前对于电网可靠性考察的日益重视，断路器故障停运造成的经济、社会影响日益加剧，停电对断路器进行检查和故障定位的可能性越发降低3 4，因此正确进行故障后断路器故障原因的准确定位，同时判定是否需要停电来进行故障消除5 7，是变电检修工作需要解决的问题。1 该型断路器的常规说明现场采用的西门子3AQ型断路器大都是杭州西门子生产的合资产品，在长时间的运行中，该型断路器表现出了良好的稳定性，表1给出了该型断路器液压油的节点压力值及对应继电器的电气动作状况1。表1液压油的节点压力值及对应继电器的电气动作状况表Tab.1Hydraulic pressure spot and the operating status of the corresponding values信号名称压力值对应动作继电器备注油泵起动3204bar K9得电油压下降， B1/1-2接点动作吸合氮气泄漏3554barK12LA、LB、LC失电，K14得电油压上升， B1/4-6接点动作吸合自动重合闸闭锁3084barK4小继电器得电油压下降， B1/7-8接点动作吸合分闸闭锁2534barK10失电油压下降， B2/1-2接点动作吸合合闸闭锁2734barK12LA、LB、LC失电油压下降， B2/4-5接点动作吸合1.1 氮气泄漏故障过程液压机构压力降低后，油泵启动，在电机打压过程中，液压系统压力升高至355bar后，机构箱内K81漏氮闭锁继电器动作，系统发氮气泄漏闭锁信号。K14漏氮延时闭锁继电器延时3小时后闭锁分闸回路8，致使断路器无法操作，不能正常使用。2 该故障的物理分析及定位2.1 物理分析图1给出了该型断路器的氮气筒的结构剖面图。在正常情况下，储能筒突出的底板是不会碰到活塞的，但是当氮气泄漏到一定的程度时，高压油320bar左右的压力就有可能使得活塞碰到了储能筒突出的底板。厂方实验表明，由于液压油不可压缩的特性，当活塞无法再向氮气方向运动时，高压油压力从320bar到355bar根本用不了3秒9 10。氮气泄漏的物理过程体现为油泵在打压的过程中压力达到355bar。图1 氮气储能筒结构图Fig.1Construction diagram of hydraulic storage cylinder2.2 故障物理定位物理定位的关键点是补压开始到氮气泄漏报警信号发出的时间间隔。因此，根据时间间隔进行的物理定位包括下列两种：2.2.1 从补压开始到氮气泄漏报警信号发出时间间隔如果在正常补压的时间范围内（大部分在8-10秒左右），才有可能是真正的氮气泄漏。是否是真正的泄漏可以在停电后通过检验氮气的预充压力来判断11。断路器停电后检查氮气预充压力是否符合厂家说明书要求: 20时额定预充压力为195200bar。如不符合则说明氮气真正泄漏。2.2.2 如打压时间在3050秒钟后才发氮气泄漏报警信号的，则很有可能出现的故障部位是压力接点受潮锈蚀不能及时复归或时间继电器功能紊乱等。3 该故障的电气分析及电气定位氮气泄漏故障信号的电气回路分析涉及油泵控制回路、氮气泄漏报警触发及自保持回路两个部分12。为了直观起见，图2即为油泵控制及氮气泄漏报警触发及自保持电气回路的合并图示。图2 油泵控制回路、氮气泄漏报警触发及自保持回路Fig.2Pump control circuit、trigger and self-holding circuit of the “loss of nitrogen” failure图示继电器及节点用途说明：B1、液压油压力节点S4、复位旋钮K14、漏氮延时闭锁继电器，A1触发得电延时（3h）K15、打压时间继电器，B1触发失电延时（3m）K81、漏氮闭锁继电器K9、打压电机控制继电器K67、电机打压超时继电器，A1触发得电延时（15m）K12LA、LB、LC、合闸继电器K7 LA、LB、LC、防跳继电器K2油压低合闸闭锁中间继电器K61非全相运行强迫跳闸继电器K10总闭锁继电器，SF6气体压力低闭锁、油压低闭锁、氮气泄漏闭锁3.1 油泵控制回路当油压下降到油泵启动值时，B1/1-2接点闭合， K15时间继电器B1端得电触发，K15/15-18接点速动闭合，K9得电，油泵启动。当压力回升到B1/1-2接点打开，此时油泵并没有马上停止工作，K15的B1端失电触发延时开始（出厂设置一般为3秒），3秒后K15/15-18接点打开，K9失电，油泵停止工作。至此，一个补压过程结束。3.2 氮气泄漏报警触发及自保持回路当油泵运转（即K9/43-44接点闭合）的过程中，如果油压达到了355bar（即B1/4-6接点闭合），氮气泄漏报警回路被触发，K81动作，触发回路电流流向在图2中用实线粗体箭头表示，自保持回路的电流流向在图2中用虚线粗体箭头所示。由于K81动作后使K81/4-6接点断开，强停了打压回路，K14漏氮延时闭锁继电器得电，延时3小时后闭锁分闸回路。根据图2进行电气分析，出现氮气泄漏报警故障的可能枚举是很多的，这里主要从元件的现场故障率出发，结合实际案例的检修经验，得出如下的电气定位处理方法：3.3 故障的电气定位电气定位的关键点是时间继电器K15的A2、B1触发端。根据物理过程分析，氮气泄漏报警在电气实现上对应需要两个条件：油泵打压的同时液压油压力达到355bar。由于液压油压力是否达到报警条件可以很容易通过压力表观察到，所以电气故障归结到油泵应停而未停。从图2的电气回路分析可以得出，停泵过程有两种，一种是正常的补压结束停泵，第二种是在氮气泄漏报警信号发出后的强制停泵。对于正常的打压结束未停泵，则可以通过S4复位旋钮复归信号，手动泄压至油泵打压，压力达到320bar后，拆除时间继电器K15的B1端子，即人为对K15给予失电触发信号，3秒延时后，如果停止打压，则故障定位到液压油压力节点B1/1-2节点实效未打开；如继续打压，则故障定位到时间继电器K15/15-18节点失效未打开。氮气泄漏报警后，如果打压不停，拆除时间继电器K15的A2端子，若停止打压，则判断K81/4-6节点粘合，更换漏氮闭锁继电器K81；若继续打压，则判断时间继电器K15故障。4 事故案例及现场处理4.1 事故案例12008年10月10日上午10时，接到500kVXX变值班员故障报修电话，220kV2501开关在运行过程中相继发出氮气泄漏报警、合闸闭锁、氮气泄漏总闭锁、分闸闭锁信号的情况。4.1.1 故障定位及处理现场通过S4复位旋钮复归上述信号，手动泄压至315bar左右油泵打压，大约10秒后，氮气泄漏报警、合闸闭锁、氮气泄漏总闭锁信号再次发出，现场进行断路器氮气筒外观检查发现，氮气筒的固定抱箍因质量问题发生断裂，因此初步断定发生氮气泄漏，由于该型断路器的氮气筒中也混合了六氟化硫气体，现场通过六氟化硫泄漏报警仪对氮气筒密封处检查，发现六氟化硫微量泄漏，至此，现场协调运行人员停电进行最后确认。停电后，手动泄压进行氮气预充压力检查，发现预充压力达到155bar，小于标准值200bar，最终确认为氮气筒物理泄漏，由于现场不具备氮气筒处理条件，通知厂家更换。4.1.2 故障处理后分析故障处理后，联合厂家对同期出厂的存在故障隐患的断路器进行了排查处理；由于氮气筒中预充了六氟化硫气体，所以在处理类似故障前，需要携带六氟化硫泄漏报警仪进行现场确认。4.2 事故案例22008年2月10日下午3时，220kVXX变值班员上报事故情况，220kV2524开关在运行过程中发出氮气泄漏报警、氮气总闭锁、分、合闸闭锁信号的情况。4.2.1 故障定位及处理到达现场后，检查系统液压发现已到350bar，已超过正常的系统压力值，通过S4复位旋钮可以复归以上信号，手动泄压至油泵打压，油压到达325bar停泵节点后，打压不停，大约55秒后液压压力达到355bar，至此氮气泄漏报警信号发出。再次手动泄压至油泵打压，压力到达320bar后，拆除时间继电器K15的B1触发端，人为对K15施加一个停电触发信号，3秒后，系统不停泵继续打压，至此判断时间继电器K15功能紊乱损坏，带电更换同型号的时间继电器后故障排除。4.2.2 故障处理后分析时间继电器K15的时间参数及功能键设定较为复杂13，所以需要熟练掌握时间继电器K15的使用及时间设定方法，确保更换后的正常运行；时间继电器K15所在油泵控制回路电源有交直流两种，同时有110V和220V之分。在实际更换过程中，出现将直流继电器使用在交流回路中导致短时间内故障再次发生的情况，所以为保险起见，推荐采用交直流两用的宽电压继电器；实际运行经验表明：早期使用的OMORN型号的时间继电器K15故障率较高，而启动频率相似的、使用在油泵控制回路的电机打压超时继电器K67故障率很低（型号为MOELLER），所以推荐结合停电检修时，将OMORN型号的时间继电器改为可靠性高的MOELLER型号；为了保证供电可靠性，事故处理为带电处理，所以端子拆除后应使用绝缘封套对端子进行绝缘隔离并标示，防止人身触电和接错二次线。4.3 事故案例32009年5月27日下午2时，接到220kVXX变值班员故障报修电话，220kV2571开关在运行过程中相继发出氮气泄漏报警、合闸闭锁、氮气泄漏总闭锁、分闸闭锁信号的情况。4.3.1 故障定位及处理通过S4复位旋钮复归以上信号，手动通过泄压阀将压力慢慢放至315bar左右开始打压后立即关闭泄压阀。大约35秒后液压压力达到325bar未停，从时间上进行初步物理判断氮气筒无泄漏，现场进行的六氟化硫泄漏报警仪也证明了判断，至此，带电拆除时间继电器K15的B1触发端，人为对K15施加一个停电触发信号，3秒后，系统停泵，得到电气故障点：机械压力接点B1的1-2端子失效。将机械压力接点B1/1-2微动开关拆下后发现，由于运行时间较长使得微动开关的顶杆卡涩造成动作后不复归。将B1/1-2微动开关顶杆加点润滑油并反复快速按动微动开关顶杆，直到顶杆活动自如。将处理过的B1/1-2微动开关复装后，需要校验B1压力值。通过泄压阀将液压油压力释放至320bar后关闭泄压阀，把控制电源和电机电源合上，再使用工具调节压力值调整螺丝往里压，慢慢使微动开关的顶杆露出来，当电机一启动时立刻停止，则电机启动打压值设定为320bar，在电机运转过程中观察压力表，当压力到325bar时电机停止，说明B1/1-2接点动作正确。4.3.2 故障处理后分析检修经验表明：机械压力接点B1的故障率较高，但在常规检修中，对于机械压力接点顶杆的润滑一般流于形式，有时甚至没有进行，所以在实际检修中要严格按照标准化作业执行，确保节点的正确切换；机械压力接点维护后，必须进行压力节点值的对应校验；采用电子式压力接点更换原有的机械压力接点后，在长期运行情况统计中，尚未出现电子式压力接点故障的情况，接点的可靠性有了较大提高14；该型断路器的失效设备更换后，一定要逐一进行相关的节点校验，确保断路器设备运行正常。5 结论西门子公司3AQ型液压机构断路器在运行中由于一次设备故障发生率低，可靠性较高，在现场有了大量的应用。由于该型液压机构集成化高的特殊性，传统的“望”、“闻”、“摸”、“试”的方法15在处理该型断路器故障的过程中显得不足，同时，该型断路器机构中的电气回路及二次配线较为复杂，而上述设备目前已经划属变电检修一次班组来维护，所以需要认真掌握断路器机构的物理运动过程及其对应的电气回路实现，从而把握常规故障情况的定位、处理方法。这样才能提高自身的技能水平，并对今后应对不同类型的复杂断路器的故障处理起到有效的帮助。参考文献：1、 西门子（杭州）高压开关有限公司.西门子断路器3AQ1EE操作手册R.1999.2、 西门子（杭州）高压开关有限公司.西门子3AQ1EE型断路器维护手册