220kV气体绝缘金属封闭组合电器断路器SF6低气压闭锁回路改进方案

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当气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）断路器中SF6气体压力过低时应通过密度继电器及其触点闭锁断路器分合闸操作。国网成都供电公司的研究人员何振宇、袁明哲、卿俊杰、刘鑫、邹经鑫，在2021年第4期《电气技术》上撰文，针对目前闭锁方案中未考虑密度继电器触点不可靠的问题，提出一种新的SF6气压低闭锁回路改进方案，能简单有效地解决原闭锁回路中的隐患，且具有现场施工简便、改造难度小的优点，对生产运维具有一定实用价值。

气体绝缘金属封闭组合电器（gas insulated switchgear, GIS）设备内部采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，在正常运行情况下，必须保持GIS设备内SF6的气压在正常范围内（一般为0.4～0.6MPa）。特别是对于GIS设备中的断路器气室，其气体压力值是否满足要求关系到断路器的灭弧和绝缘能力，在断路器SF6压力过低时分合断路器会导致严重后果。

为了避免这种情况，在断路器机构分合闸回路中均设置低气压闭锁回路，以便在断路器SF6压力过低时闭锁分合闸操作。根据相关规定，低气压闭锁回路均由断路器本体实现。

目前各断路器自身的闭锁回路尚未考虑密度继电器的触点故障情况，所以不能完全适应现场运行需要。因此，根据运行实际的需求，有必要对断路器闭锁回路进行分析，找到一种可靠的改进方案，用以消除设备隐患，更好地为系统运行服务。

1  GIS设备SF6压力低闭锁原理

GIS设备断路器SF6压力低闭锁方案不完全一致，但其基本工作原理和组成差别不大，主要由密度继电器及其触点、中间继电器及其触点构成，断路器气室SF6压力由密度继电器监视，当SF6压力降低时，密度继电器相应的报警或闭锁触点闭合，起动对应的中间继电器，再由中间继电器开出触点，切断操作回路，实现分合闸闭锁。

闭锁回路工作原理示意图如图1所示，其密度继电器分相装设，每个密度继电器2对闭锁触点，1对报警触点。断路器SF6压力降低至报警值时，报警触点起动中间继电器K3，K3开出动合触点用以向监控端和报警主机发信；SF6压力继续降低至闭锁值时，2对闭锁触点分别起动中间继电器K1、K2，继电器K1、K2电源分别由第一组操作电源、第二组操作电源提供，K1、K2继电器起动后，其动断触点切断断路器分合闸回路，实现对断路器的分合闸操作闭锁。

图1  常规压力低闭锁回路工作原理示意图

2  当前闭锁回路方案缺陷分析

当前闭锁方案中，要求密度继电器在断路器压力降低时，能正确输出报警或闭锁触点，且同时起动两个中间继电器，方能有效闭锁分合闸回路。该闭锁回路有以下缺陷：

1）若密度继电器的闭锁触点任意一对有损坏或接触不良，将无法同时起动K1、K2继电器。若仅有K1继电器起动，则第二组分闸回路未闭锁，断路器可能在低气压情况下在第二组操作电源进行分闸，导致严重事故；反之，若仅K2继电器起动，则第一组分闸和合闸回路未被完整闭锁。

2）考虑到密度继电器的输出触点很靠近，当其锈蚀时，可能导致触点短路，这样的情况在户外GIS设备中出现的概率更大，该情况下将导致断路器误闭锁，造成断路器拒动，进而扩大事故范围。

事实上，由于密度继电器安装在机构本体，经常承受开关动作的振动，其内部的校正回路也会随着外界温度的变化而波动，实际运行中也发生过密度继电器输出触点接触不良、锈蚀等情况导致闭锁回路的不正确动作。

3  断路器闭锁回路改进方案

为了更好地满足运行实际，使断路器的低气压闭锁回路能更真实地反映一次设备的情况，达到系统安全稳定运行的要求：1）SF6压力正常运行时，断路器分合闸回路可靠不误闭锁，防止开关拒动扩大故障范围；2）SF6压力降低至闭锁值时，可靠闭锁断路器分合闸回路并及时告警。

针对这两点要求，提出改进方案，改进方案包括以下部分：

1）各中间闭锁继电器触点相互闭锁

根据前面的分析可知，断路器闭锁回路方案中，均是由密度继电器触点分别起动2个中间继电器，两个中间继电器的输出触点再去闭锁分合闸回路。这种方案，未能考虑密度继电器的输出触点可靠性问题，因此采用如图2所示的相互闭锁方案。

图2  两个继电器相互闭锁

在断路器的分合闸回路中，均分别串联两个中间继电器的触点。这样，任意一个闭锁继电器动作，均能有效闭锁分合闸回路，防止出现因某一个密度继电器触点不可靠导致的气压降低时有一组控制回路无法闭锁的情况。可以实现完整的分合闸闭锁。

2）“一段输出闭锁二段”闭锁

相互闭锁有效考虑了密度继电器的输出触点可靠性问题，但仍不够完整，无法防止因触点原因产生的误闭锁。根据规定，当断路器SF6压力下降时，首先应报警提醒运行人员补气，若继续下降，方进入闭锁状态。为了更可靠地反映实际运行情况，提出增加如图3所示的“一段输出闭锁二段”的闭锁方案。

图3  改进的压力低闭锁回路

将SF6报警继电器的常开触点串入K1和K2继电器的起动回路中，必须要报警触点可靠闭合后，才能够起动K1和K2继电器，操作回路中的分合闸回路才有可能被闭锁。可最大限度地防止误闭锁；同时，当任意一个闭锁继电器动作时，能有效闭锁分合闸回路。

4  改进方案可行性分析及实行情况

根据分析，提出的改进方案施工简单易行，相比原回路，仅需要增加2对报警触点用以串接入闭锁回路。由于GIS结构断路器中，报警触点经过中间继电器重动，因此可以提供多个报警触点。不需要增加新的设备，现场施工量小，在改造工程中易于实现。

同时，考虑220kV断路器有两组操作电源，闭锁回路中均采用的是中间继电器的动断触点，用以切断操作回路。当采用新的改进方案时，若第一组或第二组操作电源消失时，相应的闭锁继电器K1或K2将无法被起动，其动断触点保持闭合，不影响操作回路的正确接通或断开。在操作回路上，没有拒动或误动的风险。

目前已根据所提出的改进方案，对多个变电站的高压断路器闭锁回路进行了改造，现场运行效果显示，新的闭锁回路能有效避免原有方案的缺陷，较好地反映运行实际。

5  结论

本文结合运行生产实际，提出一种“一段输出闭锁二段”的SF6气压低闭锁新方案，能较好地解决密度继电器的触点故障导致分合闸回路误动或拒动的问题，为实际生产提供了一种有效的方案，具有生产指导意义和价值。但是由于本文提出的方案采用了更多的触点，在一定程度上增加了回路的复杂性，这些触点若是发生故障又会带来新的问题。对此可结合现场实际情况，采用设备选型、改善运行工况的方法来解决。

本文编自2021年第4期《电气技术》，论文标题为“220kV气体绝缘金属封闭组合电器断路器SF6低气压闭锁回路改进方案”，作者为何振宇、袁明哲、卿俊杰、刘鑫、邹经鑫。