氣體絕緣金屬封閉組合電器（gas insulated switchgear, GIS）設(shè)備內(nèi)部采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，在正常運(yùn)行情況下，必須保持GIS設(shè)備內(nèi)SF6的氣壓在正常范圍內(nèi)（一般為0.4～0.6MPa）。特別是對(duì)于GIS設(shè)備中的斷路器氣室，其氣體壓力值是否滿足要求關(guān)系到斷路器的滅弧和絕緣能力，在斷路器SF6壓力過(guò)低時(shí)分合斷路器會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

為了避免這種情況，在斷路器機(jī)構(gòu)分合閘回路中均設(shè)置低氣壓閉鎖回路，以便在斷路器SF6壓力過(guò)低時(shí)閉鎖分合閘操作。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，低氣壓閉鎖回路均由斷路器本體實(shí)現(xiàn)。

目前各斷路器自身的閉鎖回路尚未考慮密度繼電器的觸點(diǎn)故障情況，所以不能完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需要。因此，根據(jù)運(yùn)行實(shí)際的需求，有必要對(duì)斷路器閉鎖回路進(jìn)行分析，找到一種可靠的改進(jìn)方案，用以消除設(shè)備隱患，更好地為系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)。

1 GIS設(shè)備SF6壓力低閉鎖原理

GIS設(shè)備斷路器SF6壓力低閉鎖方案不完全一致，但其基本工作原理和組成差別不大，主要由密度繼電器及其觸點(diǎn)、中間繼電器及其觸點(diǎn)構(gòu)成，斷路器氣室SF6壓力由密度繼電器監(jiān)視，當(dāng)SF6壓力降低時(shí)，密度繼電器相應(yīng)的報(bào)警或閉鎖觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)對(duì)應(yīng)的中間繼電器，再由中間繼電器開出觸點(diǎn)，切斷操作回路，實(shí)現(xiàn)分合閘閉鎖。

閉鎖回路工作原理示意圖如圖1所示，其密度繼電器分相裝設(shè)，每個(gè)密度繼電器2對(duì)閉鎖觸點(diǎn)，1對(duì)報(bào)警觸點(diǎn)。斷路器SF6壓力降低至報(bào)警值時(shí)，報(bào)警觸點(diǎn)起動(dòng)中間繼電器K3，K3開出動(dòng)合觸點(diǎn)用以向監(jiān)控端和報(bào)警主機(jī)發(fā)信；SF6壓力繼續(xù)降低至閉鎖值時(shí)，2對(duì)閉鎖觸點(diǎn)分別起動(dòng)中間繼電器K1、K2，繼電器K1、K2電源分別由第一組操作電源、第二組操作電源提供，K1、K2繼電器起動(dòng)后，其動(dòng)斷觸點(diǎn)切斷斷路器分合閘回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的分合閘操作閉鎖。

圖1 常規(guī)壓力低閉鎖回路工作原理示意圖

2 當(dāng)前閉鎖回路方案缺陷分析

當(dāng)前閉鎖方案中，要求密度繼電器在斷路器壓力降低時(shí)，能正確輸出報(bào)警或閉鎖觸點(diǎn)，且同時(shí)起動(dòng)兩個(gè)中間繼電器，方能有效閉鎖分合閘回路。該閉鎖回路有以下缺陷：

1）若密度繼電器的閉鎖觸點(diǎn)任意一對(duì)有損壞或接觸不良，將無(wú)法同時(shí)起動(dòng)K1、K2繼電器。若僅有K1繼電器起動(dòng)，則第二組分閘回路未閉鎖，斷路器可能在低氣壓情況下在第二組操作電源進(jìn)行分閘，導(dǎo)致嚴(yán)重事故；反之，若僅K2繼電器起動(dòng)，則第一組分閘和合閘回路未被完整閉鎖。

2）考慮到密度繼電器的輸出觸點(diǎn)很靠近，當(dāng)其銹蝕時(shí)，可能導(dǎo)致觸點(diǎn)短路，這樣的情況在戶外GIS設(shè)備中出現(xiàn)的概率更大，該情況下將導(dǎo)致斷路器誤閉鎖，造成斷路器拒動(dòng)，進(jìn)而擴(kuò)大事故范圍。

事實(shí)上，由于密度繼電器安裝在機(jī)構(gòu)本體，經(jīng)常承受開關(guān)動(dòng)作的振動(dòng)，其內(nèi)部的校正回路也會(huì)隨著外界溫度的變化而波動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)生過(guò)密度繼電器輸出觸點(diǎn)接觸不良、銹蝕等情況導(dǎo)致閉鎖回路的不正確動(dòng)作。

3 斷路器閉鎖回路改進(jìn)方案

為了更好地滿足運(yùn)行實(shí)際，使斷路器的低氣壓閉鎖回路能更真實(shí)地反映一次設(shè)備的情況，達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求：1）SF6壓力正常運(yùn)行時(shí)，斷路器分合閘回路可靠不誤閉鎖，防止開關(guān)拒動(dòng)擴(kuò)大故障范圍；2）SF6壓力降低至閉鎖值時(shí)，可靠閉鎖斷路器分合閘回路并及時(shí)告警。

針對(duì)這兩點(diǎn)要求，提出改進(jìn)方案，改進(jìn)方案包括以下部分：

1）各中間閉鎖繼電器觸點(diǎn)相互閉鎖

根據(jù)前面的分析可知，斷路器閉鎖回路方案中，均是由密度繼電器觸點(diǎn)分別起動(dòng)2個(gè)中間繼電器，兩個(gè)中間繼電器的輸出觸點(diǎn)再去閉鎖分合閘回路。這種方案，未能考慮密度繼電器的輸出觸點(diǎn)可靠性問題，因此采用如圖2所示的相互閉鎖方案。

圖2 兩個(gè)繼電器相互閉鎖

在斷路器的分合閘回路中，均分別串聯(lián)兩個(gè)中間繼電器的觸點(diǎn)。這樣，任意一個(gè)閉鎖繼電器動(dòng)作，均能有效閉鎖分合閘回路，防止出現(xiàn)因某一個(gè)密度繼電器觸點(diǎn)不可靠導(dǎo)致的氣壓降低時(shí)有一組控制回路無(wú)法閉鎖的情況。可以實(shí)現(xiàn)完整的分合閘閉鎖。

2）“一段輸出閉鎖二段”閉鎖

相互閉鎖有效考慮了密度繼電器的輸出觸點(diǎn)可靠性問題，但仍不夠完整，無(wú)法防止因觸點(diǎn)原因產(chǎn)生的誤閉鎖。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)斷路器SF6壓力下降時(shí)，首先應(yīng)報(bào)警提醒運(yùn)行人員補(bǔ)氣，若繼續(xù)下降，方進(jìn)入閉鎖狀態(tài)。為了更可靠地反映實(shí)際運(yùn)行情況，提出增加如圖3所示的“一段輸出閉鎖二段”的閉鎖方案。

圖3 改進(jìn)的壓力低閉鎖回路

將SF6報(bào)警繼電器的常開觸點(diǎn)串入K1和K2繼電器的起動(dòng)回路中，必須要報(bào)警觸點(diǎn)可靠閉合后，才能夠起動(dòng)K1和K2繼電器，操作回路中的分合閘回路才有可能被閉鎖。可最大限度地防止誤閉鎖；同時(shí)，當(dāng)任意一個(gè)閉鎖繼電器動(dòng)作時(shí)，能有效閉鎖分合閘回路。

4 改進(jìn)方案可行性分析及實(shí)行情況

根據(jù)分析，提出的改進(jìn)方案施工簡(jiǎn)單易行，相比原回路，僅需要增加2對(duì)報(bào)警觸點(diǎn)用以串接入閉鎖回路。由于GIS結(jié)構(gòu)斷路器中，報(bào)警觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)中間繼電器重動(dòng)，因此可以提供多個(gè)報(bào)警觸點(diǎn)。不需要增加新的設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)施工量小，在改造工程中易于實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，考慮220kV斷路器有兩組操作電源，閉鎖回路中均采用的是中間繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)，用以切斷操作回路。當(dāng)采用新的改進(jìn)方案時(shí)，若第一組或第二組操作電源消失時(shí)，相應(yīng)的閉鎖繼電器K1或K2將無(wú)法被起動(dòng)，其動(dòng)斷觸點(diǎn)保持閉合，不影響操作回路的正確接通或斷開。在操作回路上，沒有拒動(dòng)或誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

目前已根據(jù)所提出的改進(jìn)方案，對(duì)多個(gè)變電站的高壓斷路器閉鎖回路進(jìn)行了改造，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果顯示，新的閉鎖回路能有效避免原有方案的缺陷，較好地反映運(yùn)行實(shí)際。

5 結(jié)論

本文結(jié)合運(yùn)行生產(chǎn)實(shí)際，提出一種“一段輸出閉鎖二段”的SF6氣壓低閉鎖新方案，能較好地解決密度繼電器的觸點(diǎn)故障導(dǎo)致分合閘回路誤動(dòng)或拒動(dòng)的問題，為實(shí)際生產(chǎn)提供了一種有效的方案，具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義和價(jià)值。但是由于本文提出的方案采用了更多的觸點(diǎn)，在一定程度上增加了回路的復(fù)雜性，這些觸點(diǎn)若是發(fā)生故障又會(huì)帶來(lái)新的問題。對(duì)此可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用設(shè)備選型、改善運(yùn)行工況的方法來(lái)解決。

本文編自2021年第4期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“220kV氣體絕緣金屬封閉組合電器斷路器SF6低氣壓閉鎖回路改進(jìn)方案”，作者為何振宇、袁明哲、卿俊杰、劉鑫、鄒經(jīng)鑫。