西门子断路器液压机构控制回路分析

西门子断路器液压机构控制回路分析

【摘要】本文以西门子3AQ1EE型SF6断路器为例，重点介绍了其操动机构电气回路的防跳和漏氮闭锁回路两方面的内容，明确其动作逻辑和原理。

【关键词】3AQ1EE型断路器；防跳回路分析；N2总闭锁回路分析

220KV西门子3AQ1EE型SF6断路器广泛应用于我公司220KV变电站，该开关属西门子高压开关系列中的成熟产品，其操作性能稳定，长期运行安全可靠。该开关在操作类型上属分相操动式，配有液压操动机构。3AQ1EE型开关的控制回路源自西门子高压开关的典型设计，相比较弹簧机构或其他品牌开关的控制回路而言，其控制回路中的防跳及闭锁回路设计较为特殊和复杂，厂家所提供的说明书和图纸资料中也未对这部分进行详细说明，造成现场人员对这部分的理解不是十分透彻，影响了工作的正确性。为此，本文将从原理上对上述两个回路进行分析。

1 防跳回路分析

综所周知，保护防跳的设计原则是跳闸回路利用瞬间电流启动，合闸回路实现防跳的自保持。而断路器机构中的电气防跳的设计原则是利用合闸回路的合闸脉冲启动，合闸回路实现防跳的自保持。两者的设计原理不同，3AQ1EE电气防跳原理属后者，其原理如图1：

图1中右边部分是机构合闸回路图，其防跳逻辑是：当“07”回路发出合闸脉冲瞬间，SLA常开闭合，启动防跳继电器K7，此时若合闸脉冲不消失则K7通过自己的常开接点实现保持，其串在K12线圈回路上的常闭接点打开，使K12继电器返回，从而断开合闸回路，实现防跳功能。图中由保护屏操作箱来的合闸命令端和TWJ启动端至机构箱的接线方式有两种。

施工现场常采用第一种接线方式（如图1），该方式下操作保护屏控制把手SA合闸后TWJ线圈会通过K7及其接点自保持接通，造成合闸后分合闸指示灯（红绿灯）均亮现象，此时开关合闸回路已断开（机构内防跳已起作用K12接点断开），开关分闸后不可再重合。因上述原因的存在，在开关安装调试时由继保人员将K7线圈连线拆除，即控制回路中只启用保护防跳功能。

针对上述缺陷，图中的第二种接线方式由所改进。该方式将操作箱来的合闸命令端和TWJ启动端分别引线至机构箱，TWJ启动回路串接开关常闭接点SLA （这是西门子开关控制回路有别于其他开关的部分），这样当开关正常合闸后SLA断开，TWJ线圈及K7均不会误启动。

近年来的继电保护反措中对防跳回路的要求不断更新，最新反措要求新建变电站110KV及以上断路器的防跳功能均采用断路器本体的防跳回路，其原因是防止合闸命令端在保护屏至开关机构箱的长距离电缆及接线上误带正电而造成

开关跳跃的事故。上述的第二种接线方式虽然具备了机构防跳功能，但该功能仅对“07”回路误带正电起作用，当同样是长距离的电缆连线TWJ启动端（TWJ线圈至SLA的连线）误带正电时，机构中的防跳仍然起不了作用。

2 N2总闭锁回路分析

（1）漏氮保持回路。K81是漏氮继电器，可看出一旦K9常开接点及B14-6接点接通将启动K81，电源会经其自身接点再通过S4（复归按钮）常闭接点实现自保持；同时K81接点断开K12线圈回路，实现合闸总闭锁；另外，K81接点接通K14时间继电器线圈，K14常闭接点延时断开K10线圈回路，实现分闸总闭锁。

（2）油泵启动回路。当油压下降至320 bar以下时B11-2接通，启动K15继电器，K15常开接点瞬时闭合，启动K9继电器使油泵打压，当油压超过320 bar 时B11-2断开，K15常开接点延时3S断开，即油压超过320 bar后油泵会继续打压3S。上述两个回路动作过程一目了然，关键是图中B14-6（压力继电器接点）接通压力为≥355 bar，而B11-2接通压力为≤320 bar，B14-6接点与K9继电器的动作配合难以理解，以下将从储压桶的工作性能上对此进行分析。

（3）漏氮及氮气温度对储压桶工作能力的影响。

曲线1、2、3是正常、漏氮、氮气温度高三种情况下的压力-体积曲线。因为由时间继电器K15控制的供油量（即油压超过320 bar后，油泵继续打压3S 时间内所供的油量）在三种情况下是相同的，即V1=V2=V3，因此在不同的曲线上得到不同的PX压力值。曲线2上的PX2值远大于P2值，即在漏氮情况下，由K15延时返回的三秒时间内，油压能瞬时高于氮气泄漏闭锁（报警）压力（P2）值使B1（4、6）接通，从而启动K81继电器，K81继电器自保持，在闭锁操作回路的同时，其接点瞬时断开K15主线圈回路，停止打压，另外，K81继电器还提供一对常开接点以上传漏氮信号。相比较国产CY5、CY3液压机构由现场人员综合判断漏氮情况定性分析而言，西门子的设计理念进步为定量分析。

南通地区的220KV变电站曾出现过该型号开关在油泵打压后无法操作的情况，现场人员很难理解“油压打上去了，怎么反而闭锁操作回路了？”上述分析给出了明确的答案。

断路器的操作控制是电力系统的执行环节，属于变电检修和继保专业的技术交圈地带，因其相对简单，比起保护回路得到较少的关注，各厂家所提供的资料或说明书也是参差不齐，对一些原理的讲解不十分详尽，以致造成施工人员在实际施工中的做法多种多样，这对电力设备的安全运行带来隐患。为此各级开关管理机构应多给予关注，需要加强现场运检人员在这方面的培训，也需要相关的各方如断路器厂家、设计院、运行、施工、检修等单位的专业人员加强交流进一步完善。

参考文献：

[1]《SIEMENS-3AQ1EE高压断路器操作手册》西门子（杭州）高压开关有限公司，2003.

[2]《3AQ1-EE/3AQ2-EE断路器线路图》西门子（杭州）高压开关有限公司，2003.

[3]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》实施细则，2012.