余 浩，黃葉友，江 姍

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

0 引言

在電力系統(tǒng)中，高壓斷路器對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。液壓機(jī)構(gòu)是高壓斷路器常用的一種操作機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)正常儲能是實(shí)現(xiàn)高壓斷路器動作的前提條件。N2作為惰性雙原子氣體，因其熱膨脹系數(shù)低且熱傳導(dǎo)性低，被廣泛應(yīng)用于高壓斷路器液壓機(jī)構(gòu)的儲能。在高壓斷路器實(shí)際運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生N2泄漏，將會影響斷路器動作和斷路器狀態(tài)保持，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響。

1 液壓儲能筒的工作原理

在高壓斷路器正常投運(yùn)時(shí)，液壓儲能筒活塞一側(cè)預(yù)充N2，另一側(cè)連高壓油路。當(dāng)液壓儲能筒儲能時(shí)，油泵將油打入液壓儲能筒的高壓油一側(cè)，預(yù)充N2被壓縮，直至達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)停止，使液壓儲能筒活塞兩側(cè)的壓力保持動態(tài)平衡。當(dāng)預(yù)充N2側(cè)壓力因操作、內(nèi)漏、環(huán)境溫度下降等因素下降至壓力監(jiān)控器的動作壓力設(shè)定值時(shí)，油泵啟動，將油重新從油箱打入液壓儲能筒，并通過壓力開關(guān)B1及一只連著的時(shí)間繼電器控制油泵停止。另外，為防止液壓儲能筒出現(xiàn)過高的壓力，在液壓儲能筒的高壓油側(cè)安裝了1只安全閥，在壓力達(dá)到極限壓力值時(shí)動作，將油經(jīng)一旁路從液壓儲能筒導(dǎo)向無壓側(cè)(油箱)。

合閘時(shí)，當(dāng)高壓斷路器接到合閘指令后，合閘電磁線圈帶電，液壓儲能筒中的高壓油經(jīng)控制閥驅(qū)動液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)斷路器合閘。同理，分閘時(shí)，分閘電磁線圈帶電，液壓儲能筒中的高壓油經(jīng)控制閥驅(qū)動液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)斷路器分閘。

2 N2泄漏過程分析

N2泄漏及較低的環(huán)境溫度會降低液壓儲能筒的工作能力。一方面，當(dāng)斷路器分、合閘時(shí)，由于由時(shí)間繼電器或流量開關(guān)控制的供油量受N2泄漏及環(huán)境溫度的影響不同，因此液壓儲能筒動作后會得到不一樣高的壓力值。另一方面，由于液壓儲能筒油管路系統(tǒng)一直存在或多或少的內(nèi)漏現(xiàn)象，因此斷路器在無狀態(tài)改變情況時(shí)，油壓也會隨著時(shí)間逐漸下降。隨著N2的泄漏，液壓儲能筒活塞工作行程將發(fā)生變化。假設(shè)一段時(shí)期液壓儲能筒油管路系統(tǒng)內(nèi)漏一定，則不同N2泄漏量下的儲能筒工作行程如圖1所示。其中A，B，C 3種狀態(tài)分別對應(yīng)于正常無N2泄漏、輕微N2泄漏、全部N2泄漏3個(gè)工作行程狀態(tài)。

在N2泄漏過程中，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程分析可知：

(1) 活塞的工作行程極限一直向止擋管的方向靠近，即圖1中L1>L2>L3=0；

圖1 不同N2泄漏量下的儲能筒工作行程

(2) 活塞的總工作行程不斷減小(L1>L2>L3)，壓力在越來越短的時(shí)間內(nèi)降至啟泵壓力，致使每時(shí)間單元中泵打壓次數(shù)增加；

(3) 假設(shè)油泵打油過程中容積效率一定，則對應(yīng)每次打油的時(shí)間逐漸縮短，并且打油的壓力升高曲線越來越陡峭；

(4) 全部N2泄漏后的狀態(tài)是油泵啟動時(shí)液壓儲能筒的活塞撞在止擋管上，由于油的不可壓縮性，當(dāng)活塞無法向N2方向運(yùn)動時(shí)，高壓油在短時(shí)間內(nèi)由停泵壓力升到N2泄漏報(bào)警壓力。此時(shí)斷路器控制回路閉鎖液壓機(jī)構(gòu)，斷路器不能立即合閘?？紤]到在N2泄漏時(shí)液壓儲能筒在內(nèi)漏的情況下，其工作能力一般能保持3 h，因此可在此后再閉鎖斷路器分閘。

3 斷路器控制回路分析

西門子3AQ1-EE型高壓開關(guān)的部分控制回路如圖2所示。為便于分析，圖2僅保留了控制回路中N2泄漏閉鎖及油泵控制相關(guān)部分。該型號斷路器整定的油泵啟動壓力為32 MPa，停泵壓力為33 MPa，N2泄漏報(bào)警壓力35.5 MPa，安全閥動作壓力為37.5 MPa。

3.1 油泵控制回路分析

圖2 西門子3AQ1-EE斷路器簡化控制回路

當(dāng)油壓下降到油泵啟動值32 MPa時(shí)，B1/16-17接點(diǎn)閉合，K 15時(shí)間繼電器A 2-A 3端得電觸發(fā)（A 1-A 2可視為繼電器工作電源），K 15/15-18接點(diǎn)速動閉合，K 9得電，油泵啟動。當(dāng)壓力回升到33 MPa時(shí)，B1/16-17接點(diǎn)打開，此時(shí)油泵并沒有馬上停止工作，而是從K 15的A 1-A 3端失電觸發(fā)延時(shí)開始(出廠設(shè)置一般為3 s)，3 s后K 15/15-18接點(diǎn)打開，K 9失電，油泵停止工作。至此，一個(gè)補(bǔ)壓過程結(jié)束。

3.2 N2泄漏報(bào)警觸發(fā)及自保持回路分析

在油泵打油(即K 9/13-14，53-54接點(diǎn)閉合)過程中，如果油壓達(dá)到了35.5 MPa(即B1/20-21接點(diǎn)閉合)，N2泄漏報(bào)警回路被觸發(fā)，K 81動作，可實(shí)現(xiàn)如下功能。

(1) 切斷K 15油泵打壓時(shí)間繼電器的電源，K 15失磁，K 9失磁，油泵停止。

(2) K 81/10-12接點(diǎn)打開，10-11接點(diǎn)閉合，切斷合閘總閉鎖接觸器K 12(三相為K 12LA，K 12LB，K 12LC)電源，立即閉鎖合閘，同時(shí)發(fā)出“N2泄漏”信號。第Ⅰ組N2分閘閉鎖時(shí)間繼電器K 14勵磁(延時(shí)3 h，出廠設(shè)定)延時(shí)出口后，使第Ⅰ組分閘總閉鎖接觸器K 10失電，閉鎖第Ⅰ組分閘，并發(fā)出“N2總閉鎖”信號。K 81/7-9接點(diǎn)打開，7-8接點(diǎn)閉合，K 182得電(23-24接點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自保持)，第Ⅰ組N2分閘閉鎖時(shí)間繼電器K 14勵磁(延時(shí)3 h，出廠設(shè)定)延時(shí)出口后，使第Ⅱ組分閘總閉鎖接觸器K 55失電，閉鎖第Ⅱ組分閘，并發(fā)出“N2總閉鎖”信號。

(3) K 81有2路自保持回路：一路電源經(jīng)由K 182/33-34接點(diǎn)、S4/31-32常閉接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)K 81線圈得電自保持；另一路電源經(jīng)K 81/10-11接點(diǎn)、S4/11-12常閉接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)K 81線圈得電自保持。

(4) 通過S4復(fù)歸N2泄漏報(bào)警回路，S4/31-32接點(diǎn)斷開、S4/11-12接點(diǎn)斷開，K 81線圈2路自保持回路均斷開。K 182/33-34接點(diǎn)打開，K 81復(fù)歸，K 14，K 82失電計(jì)時(shí)復(fù)歸，K 10，K 55第Ⅰ，Ⅱ組分閘總閉鎖接觸器得電，分閘閉鎖解除；合閘總閉鎖接觸器K 12L三相線圈得電，合閘閉鎖解除。

4 N2泄漏的判斷

經(jīng)生產(chǎn)廠家試驗(yàn)證明，當(dāng)N2泄漏至一定值后，液壓儲能筒活塞無法向止擋管方向運(yùn)動時(shí)，在打油過程中，在達(dá)到停泵壓力33 MPa并延時(shí)3 s出口停泵的時(shí)間段內(nèi)，由于油的不可壓縮特性，油壓將上升超過35.5 MPa。

結(jié)合上述分析，得出如下3點(diǎn)推論。

(1) 油泵啟停除了受天氣、環(huán)境等因素影響外，在油泵打油容積效率一定的情況下，油泵啟動時(shí)間和啟動間隔逐漸縮短，則可判斷發(fā)生了N2輕微泄漏或者液壓儲能筒油系統(tǒng)管路內(nèi)漏加劇的情況。

(2) 如果監(jiān)控發(fā)“N2泄漏”信號，且油泵啟動時(shí)間小于等于正常啟泵時(shí)間，油壓升高，則判斷真正發(fā)生了N2泄漏。此時(shí)去現(xiàn)場復(fù)歸S4，油泵不會啟動，“N2泄漏”信號可以復(fù)歸。

(3) 如果監(jiān)控發(fā)“N2泄漏”信號，且油泵啟動時(shí)間遠(yuǎn)大于正常啟泵時(shí)間，油壓升高，則判斷實(shí)際未發(fā)生N2泄漏，而是因油泵控制回路未復(fù)歸造成油壓超過35.5 MPa。此時(shí)現(xiàn)場復(fù)歸S4，油泵啟動，但又因K 81動作而強(qiáng)迫停止，“N2泄漏”信號復(fù)歸后又動作。

5 N2泄漏運(yùn)行處理建議

(1) 監(jiān)控發(fā)“N2泄漏”信號后，考慮到開關(guān)合閘回路已經(jīng)閉鎖，線路重合閘裝置在線路故障時(shí)也無法重合開關(guān)，因此應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度，按調(diào)度指令處理。

(2) “N2泄漏”信號出現(xiàn)后，應(yīng)立即到現(xiàn)場查看液壓儲能筒的實(shí)際壓力及工作情況，尤其要查看繼電器K 15，K 9的動作情況，排除繼電器損壞導(dǎo)致長時(shí)間打壓到35.5 MPa，必要時(shí)拉開油泵電源開關(guān)F1。

(3) 分析油泵啟停時(shí)間及間隔時(shí)間，判斷N2泄漏情況。此時(shí)未經(jīng)檢查處理不得隨意復(fù)歸“N2泄漏”信號(防止N2實(shí)際泄漏，在斷路器分合狀態(tài)改變時(shí)，油壓下降過快導(dǎo)致液壓儲能筒工作能力不足)。

(4) 若判斷因油泵控制回路故障導(dǎo)致發(fā)“N2泄漏”信號，則應(yīng)及時(shí)通知檢修處理，避免出現(xiàn)分閘閉鎖動作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。此時(shí)不得隨意復(fù)歸“N2泄漏”信號，以防止油泵多次啟動，油壓上升過高(每次油泵啟動后均延時(shí)3 s左右復(fù)歸)。若因故暫時(shí)無法處理故障，則在發(fā)“N2泄漏”信號后3 h內(nèi)應(yīng)復(fù)歸1次“N2泄漏”信號，以避免分閘閉鎖動作。

(5) 若判斷為N2泄漏，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，按調(diào)度指令將開關(guān)改熱備用，然后通知有關(guān)人員進(jìn)行處理，并填寫缺陷單。

(6) 經(jīng)處理后，使用S4復(fù)位鑰匙對繼電器K 81，K 14，K 82進(jìn)行復(fù)歸。

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