西门子3AQ1-EE型断路器“N2泄漏”故障分析及处理

西门子 3AQ1-EE型断路器“ N2泄漏”故障分析及处理

时光

国网福建省电力有限公司检修分公司 , 福建省 福州市 350011

摘要：液压机构因输出功率高、速度特性稳定等优势，广泛使用于220kV及以上断路器机构上。西门子3AQ1型断路器使用氮气筒作为储能装置，在运行中时常发出N2泄露报警信号，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。本文将对西门子3AQ1型断路器液压机构N2泄露报警缺陷进行分析，并提出相应地缺陷处理措施。

关键词：3AQ型断路器；N2泄漏；延时闭锁；接点粘死

1 引言

西门子厂液压机构在系统内运行多年以其稳定可靠赢得市场的良好口碑，西门子公司生产的3AQ1EE/EG型断路器在厂站运行数量众多，其中常见的缺陷是液压机构发出N2报警信号。因为液压油不可压缩的特点，液压机构常使用N2和碟簧作为储能介质^[2]，上述断路器机构使用N2作为储能装置，N2的压缩量和油压值在出厂时已按设计值设定好。液压机构N2泄露量过大，将影响断路器液压机构正常储能。当氮气发生泄漏后，储能的能力下降，每次分合闸后压力下降程度增大，影响分合闸速度，若断路器在带负荷情况下发生慢分将造成断路器无法熄弧，所以当出现氮气泄漏的信号后应引起足够的重视，排查是误发信号还是真泄漏，采取不同的处理措施，避免引发电网事故。

2 3AQ1EE断路器介绍

2.1 3AQ1EE断路器参数介绍

正确处理断路器油压力低闭锁分合闸这种常见的电力设备故障，首先要了解断路器液压机构具体的闭锁压力值，以500kV仿真站的220kV等级的断路器为例，它的制造厂家是西门子(杭州)高压开关有限公司，型号为3AQ1EE。采用液压操作机构。具体的闭锁压力值为：厂家:杭州西门子开关有限公司；额定电压：252kV；额定电流：4000A；20℃时SF6额定压力：0.7Mpa（表压）；启动油泵打压压力值：32.0Mpa；启动N2泄露压力报警值：35.5Mpa液压合闸闭锁压力值：27.3Mpa；液压分闸闭锁压力值：25.3Mpa。

2.2 3AQ1EE断路器电气动作介绍

现场采用的西门子3AQ1EE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

2.3 3AQ1EE断路器储压筒N2泄漏设计原理

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32Mpa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32Mpa到35.5Mpa根本用不了3秒^{[3] [4]}。氮气泄漏的机械过程体现为油泵在打压的过程中压力达到35.5Mpa。

图1 氮气储能筒结构图

3 3AQ1EE断路器故障定位与分析

3.1 3AQ1EE断路器机械分析

机械分析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机械分析包括下列两种：

第一种：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

^[5]。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19.5~20Mpa。如不符合则说明氮气真正泄漏。

第二种：如打压时间在30～50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。

3.2 3AQ1-EE断路器控制及闭锁、信号回路分析

氮气泄漏故障信号的电气回路分析涉及油泵控制回路、氮气泄漏报警触发自保持回路及分闸闭锁三个部分^[6]。为了直观起见，图2即为油泵控制及氮气泄漏报警触发自保持及分闸闭锁电气回路的合并图示。

图2 油泵控制回路、氮气泄漏报警触发自保持及分闸闭锁回路

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 K3油压总闭锁 K5 SF6气体压力低闭锁 K61、K63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

3.3 3AQ1EE断路器油泵控制回路

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。

3.4 3AQ1EE断路器氮气泄漏报警触发自保持及分闸闭锁回路回路

当油泵运转（即K9/43-44接点闭合）的过程中，如果油压达到了35.5Mpa（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。

3.5 3AQ1EE断路器回路故障分析

回路故障分析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35.5Mpa。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32Mpa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 结论

西门子液压机构断路器的机械压力接点B1的故障率较高，电气回路较为复杂，从国网反措的角度来说还不符合要求，对于跳闸回路应该使用两路无电气联系的回路，还可以对回路做出改进。同时运维人员需要在平时多积累对设备的认识和掌握常规的检查方法，在遇到问题时能清楚描述问题的关键，能准确判断是真N2泄漏还是信号误发，这样才能运维人员“全科医生”的综合素养。

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].2008.

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[R].2002.

3、郑雷.液压机构油泵频繁启动原因分析及对策[J].高压电器，2010，46（7）：85-89.

4、陈步生，罗建军.开关氮气储能液压机构的漏氮问题探讨[J].电力安全技术，2007，8：31-33.

5、陈历.液压型断路器漏氮检测方法的比较与改进[J].广西电力，2008，3：31-33.

6、李扬.西门子高压断路器二次控制回路比较分析[J].电工技术，2010，2：15-19.