西門子3at2-ei斷路器儲能筒的氮氣泄漏檢測原理分析及運行人員檢漏設想

1、<p>　　西門子3AT2-EI斷路器儲能筒的氮氣泄漏檢測原理分析及運行人員檢漏設想</p><p>　　摘要：介紹了3AT2-EI斷路器儲能筒氮氣泄漏監(jiān)測的原理和可能出現(xiàn)的誤差。從一次、二次方面分析了氮氣泄漏告警和閉鎖的檢測發(fā)信原理，并以此為依據(jù)提出一種可能的運行人員日常對氮氣泄漏的監(jiān)測方式，分析氮氣泄漏時運行人員的事故處理原則。 </p><p>　　關 鍵 詞：斷路器 氮氣

2、泄漏 原理 運行監(jiān)控 事故處理 </p><p>　　中圖分類號： TM561 文獻標識碼： A </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　液壓機構(gòu)斷路器因其輸出功率大、延時小、動作快、速度易調(diào)整、負載特性配合好的特點，在許多變電站得到廣泛應用。而其中作為其儲能機構(gòu)的液壓儲能筒的穩(wěn)定性決定了斷路器分合閘速度，對于斷路

3、器的安全穩(wěn)定運行起著不可忽視的作用。液壓儲能筒氮氣泄漏是一個持續(xù)時間長、影響較嚴重的缺陷，運行人員及時的發(fā)現(xiàn)和正確的處理能避免斷路器因氮氣泄漏導致的斷路器合閘閉鎖甚至強迫停運，對其監(jiān)視、動作原理與主要象征的討論和分析也顯得十分必要。 </p><p>　　2 液壓儲能筒原理、泄漏影響及象征 </p><p><b>　　1.1 工作原理 </b></p>

4、<p>　　液壓儲能筒是一個活塞筒，由可以移動的活塞將液壓油與氮氣隔開，兩側(cè)壓力值始終相等（如圖1）。油泵電機打壓，將低壓油打入高壓油箱，由于液體很難壓縮而氣體較容易壓縮，活塞會不斷向氮氣側(cè)運動，氮 </p><p>　　氣不斷被壓縮的同時儲存了大量能量，直到壓力值達到32MPa后經(jīng)時間繼電器控制延時打壓3s停泵。斷路器分合閘會消耗氮氣中儲存的能量，壓力逐漸下降，當壓力值低于32MPa時油泵啟動打壓，

5、直至壓力達到32MPa后延時3s停泵。整個過程中液壓油起到傳遞能量的作用，而氮氣的作用是儲能。 </p><p>　　1.2 泄漏影響及象征 </p><p>　　所謂液壓儲能筒的儲能能力是指一次儲能后能完成的安全分合閘次數(shù)，分合閘次數(shù)越多則儲能能力越好。氮氣就相當于儲能的彈簧，當?shù)獨獍l(fā)生泄漏后，儲能能力下降，每次分合閘后壓力下降程度增大，若缺少足量的氮氣斷路器分合閘速度會降低，而慢分慢合

6、會導致滅弧時間增長，不利于斷路器安全運行。 </p><p>　　氮氣泄漏通常是一個持續(xù)性的過程，有的能持續(xù)兩到三年，伴隨氮氣泄漏的主要象征是頻繁打壓。氮氣泄漏導致的壓力值低于32MPa會啟動油泵電機打壓，持續(xù)的泄漏會導致電機頻繁的打壓。 </p><p><b>　　3 一次檢漏原理 </b></p><p>　　當?shù)獨獍l(fā)生嚴重泄漏時，必須迅

7、速做出判斷并切斷油泵電源，防止電機打壓導致壓力過高，同時閉鎖斷路器防止分合造成事故。 </p><p>　　西門子3AT2-EI斷路器采取兩個判據(jù)判定氮氣泄漏：1.油泵打壓。2.油壓值達到35.5MPa [1]。由儲能筒原理分析可知，氮氣持續(xù)泄漏的情況下，活塞會持續(xù)移向氮氣側(cè)，導致壓力下降而單位時間內(nèi)打壓次數(shù)增加。在氮氣泄漏的最后階段，活塞接近止檔管一側(cè)（如圖2）。打壓時，由于打壓時間3s是一定的，當活塞碰到止檔

8、管后無法繼續(xù)向氮氣側(cè)移動而電機持續(xù)打壓，壓力迅速上升至35.5MPa（如圖3）。由于氮氣充足時3s打壓油壓值升 </p><p>　　高約1MPa，考慮環(huán)境等因素不能達到35.5MPa，故此時基本可以判斷氮氣發(fā)生了大量泄漏。兩個條件同時滿足，保護裝置發(fā)氮氣泄漏告警，同時閉鎖合閘，防止斷路器動作造成的慢分慢合。發(fā)告警的同時油泵重新啟動打壓并在時間繼電器作用前迅速停機。此時高壓油仍具有滿足斷路器一次分閘的能量。發(fā)氮氣

9、泄漏信號后通過一只時間繼電器（標準調(diào)節(jié)）延時3小時發(fā)分閘總閉鎖。在3小時內(nèi)經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)為電氣回路的誤發(fā)信號可以通過鑰匙S4進行復歸，嚴禁未經(jīng)檢查即使用S4復歸。 </p><p><b>　　4 二次動作原理 </b></p><p>　　西門子3AT2-EI液壓斷路器將氮氣泄漏告警繼電器K81常閉節(jié)點串入合閘回路中。當滿足油泵打壓、35.5MPa壓力節(jié)點失磁兩個條件

10、，則K81勵磁，常閉節(jié)點打開，合閘回路閉鎖繼電器失磁發(fā)合閘閉鎖信號。同時K81常開節(jié)點閉合，時間繼電器K14勵磁形成自保持，經(jīng)延時3小時（標準調(diào)節(jié)）后發(fā)分閘閉鎖信號。若經(jīng)檢查為誤發(fā)信號，3小時內(nèi)可通過復歸鑰匙S4斷開自保持回路復歸氮氣泄漏信號。 </p><p>　　5 運行過程中的漏氮監(jiān)測設想 </p><p>　　運行人員掌握了氮氣泄漏監(jiān)控及回路原理后，就可以在平時的巡視和監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)氮

11、氣泄漏的征兆并及時作出匯報與處理，減少事故的發(fā)生。 </p><p>　　氮氣泄漏導致斷路器液壓儲能筒工作能力下降。因此，提出一種利用油泵電機打壓過程判斷氮氣泄漏情況的監(jiān)測方法。正常情況下，當儲能筒壓力低于32MPa時，繼電器會觸發(fā)油泵電源接觸器動作，油泵啟動打壓。壓力達到32MPa后通過繼電器油泵延時3 s停止工作，完成儲能功能。這個過程也是油泵電機運轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化為氮氣所存儲能量的過程[2]。假設壓力在到達P

12、1后的3s內(nèi)增加到某一指定值P2，此時油泵電機作功為W，氮氣體積由V1壓縮到V2，可以得出以下結(jié)論：（1） </p><p>　　式中：F為作用在活塞上的力；L為活塞運動的距離；S為活塞面積。氣體方程為： </p><p><b>　　(2) </b></p><p>　　式中：T 為溫度；當氣體定量時R 為一恒量。因此極短時間內(nèi)所作的功可為：

13、 </p><p><b>　　(3) </b></p><p>　　將式（3）做積分可得： </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　式中：T為溫度；當氣體定量時R為一恒量。式（4）中電機做功W是固定的，而當?shù)獨庑孤┖蠛懔縍會隨之降低，因此在3S內(nèi)電機功率一定的情況下所得

14、壓力值P2增大了。兩種狀況下氣體壓縮過程如圖4所示。[3]從圖4也可以看出，實線為正常情況下的體積--壓力曲線，虛線為泄漏狀態(tài)下的體積--壓力曲線，陰影部分面積即為油泵所做的功， 面積越大所做的功也就越多，當電機功率一定且打壓時間相同時，所做功也相同，如圖4陰影面積所示。W1為正常情況，W2為氮氣泄漏情況，明顯氮氣泄漏時壓力上升值遠大于正常情況下的壓力上升值。因此運行人員可以通過打壓后的液壓值來判斷氮氣的泄漏情況。正常情況下，油速上升速

15、度較緩慢，一旦當打壓后油壓上升值大于某一定值時可以判定有一定程度的氮氣泄漏。運行人員可結(jié)合現(xiàn)場實際情況及早做出判斷。這種方法的優(yōu)點是運行人員能在日常的電機打壓過程中通過壓力值增量計算來判斷斷路器液壓筒氮氣泄漏情況。但溫度對壓力值上升速度會有一定的影響，且不同斷路器所儲氮氣量，機構(gòu)工作情況各不相同，電機輸出相同功率的條件下液壓值上升量也不同。這就需要在投運之初進行一系列的實驗并根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)得出相應的實驗結(jié)果，得到一張與溫</p>

16、;<p>　　6 運行人員的事故處理 </p><p>　　氮氣嚴重泄漏導致發(fā)氮氣泄漏告警信號時，運行人員應根據(jù)現(xiàn)場實際情況作出相應的事故處理，盡量減少事故的影響和避免事故進一步發(fā)展。 </p><p>　　前文已做分析，由于氮氣的泄漏導致液壓值不斷降低，氮氣泄漏往往伴隨頻繁打壓。運行人員在氮氣泄漏告警后應立即前往現(xiàn)場檢查一次設備情況，核對漏氣相斷路器打壓次數(shù)，并檢查斷路器有

17、無明顯異常，同時應核對保護裝置信號并抄錄。若經(jīng)檢查斷路器無明顯異常，且未伴隨有頻繁打壓現(xiàn)象，基本可以判定為保護回路誤發(fā)信號，可以用斷路器本體上的S4鑰匙按鈕進行一次復歸。復歸成功后也應加強對斷路器的監(jiān)視。如斷路器有明顯的氮氣泄漏征兆，應檢查其它機構(gòu)無異常后匯報生產(chǎn)調(diào)度，等候檢修人員處理。 </p><p>　　氮氣泄漏告警后未復歸，經(jīng)時間繼電器延時3小時（標準調(diào)節(jié)）發(fā)分閘閉鎖。此時斷路器已不能進行操作，在條件允許

18、的情況下調(diào)度下令采用拉環(huán)的形式將斷路器隔離并轉(zhuǎn)檢修，等候處理。 </p><p><b>　　7 結(jié)束語 </b></p><p>　　液壓機構(gòu)的漏氮問題一直是影響斷路器穩(wěn)定運行的主要原因之一，運行人員對氮氣泄漏的監(jiān)測和事故處理就顯得分外重要。這就需要運行人員對氮氣泄漏的檢測與發(fā)信原理有深入的了解。同時本文提出一種可能的運行人員監(jiān)測氮氣泄漏的方法，希望能在運行維護中盡

19、早發(fā)現(xiàn)氮氣泄漏，避免事故的發(fā)生。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 西門子（杭州）高壓開關有限公司編著. SF6高壓斷路器3AT2 EI操作手冊 </p><p>　　[2] 陳 歷. 液壓型斷路器漏氮檢測方法的比較與改進[J].廣西電力，2008，31（3）：31-33 </p>&