氣體絕緣金屬封閉組合電器（gas insulated switchgear, GIS）設備內部采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，在正常運行情況下，必須保持GIS設備內SF6的氣壓在正常范圍內（一般為0.4～0.6MPa）。特別是對于GIS設備中的斷路器氣室，其氣體壓力值是否滿足要求關系到斷路器的滅弧和絕緣能力，在斷路器SF6壓力過低時分合斷路器會導致嚴重后果。

為了避免這種情況，在斷路器機構分合閘回路中均設置低氣壓閉鎖回路，以便在斷路器SF6壓力過低時閉鎖分合閘操作。根據相關規定，低氣壓閉鎖回路均由斷路器本體實現。

目前各斷路器自身的閉鎖回路尚未考慮密度繼電器的觸點故障情況，所以不能完全適應現場運行需要。因此，根據運行實際的需求，有必要對斷路器閉鎖回路進行分析，找到一種可靠的改進方案，用以消除設備隱患，更好地為系統運行服務。

1 GIS設備SF6壓力低閉鎖原理

GIS設備斷路器SF6壓力低閉鎖方案不完全一致，但其基本工作原理和組成差別不大，主要由密度繼電器及其觸點、中間繼電器及其觸點構成，斷路器氣室SF6壓力由密度繼電器監視，當SF6壓力降低時，密度繼電器相應的報警或閉鎖觸點閉合，起動對應的中間繼電器，再由中間繼電器開出觸點，切斷操作回路，實現分合閘閉鎖。

閉鎖回路工作原理示意圖如圖1所示，其密度繼電器分相裝設，每個密度繼電器2對閉鎖觸點，1對報警觸點。斷路器SF6壓力降低至報警值時，報警觸點起動中間繼電器K3，K3開出動合觸點用以向監控端和報警主機發信；SF6壓力繼續降低至閉鎖值時，2對閉鎖觸點分別起動中間繼電器K1、K2，繼電器K1、K2電源分別由第一組操作電源、第二組操作電源提供，K1、K2繼電器起動后，其動斷觸點切斷斷路器分合閘回路，實現對斷路器的分合閘操作閉鎖。

圖1 常規壓力低閉鎖回路工作原理示意圖

2 當前閉鎖回路方案缺陷分析

當前閉鎖方案中，要求密度繼電器在斷路器壓力降低時，能正確輸出報警或閉鎖觸點，且同時起動兩個中間繼電器，方能有效閉鎖分合閘回路。該閉鎖回路有以下缺陷：

1）若密度繼電器的閉鎖觸點任意一對有損壞或接觸不良，將無法同時起動K1、K2繼電器。若僅有K1繼電器起動，則第二組分閘回路未閉鎖，斷路器可能在低氣壓情況下在第二組操作電源進行分閘，導致嚴重事故；反之，若僅K2繼電器起動，則第一組分閘和合閘回路未被完整閉鎖。

2）考慮到密度繼電器的輸出觸點很靠近，當其銹蝕時，可能導致觸點短路，這樣的情況在戶外GIS設備中出現的概率更大，該情況下將導致斷路器誤閉鎖，造成斷路器拒動，進而擴大事故范圍。

事實上，由于密度繼電器安裝在機構本體，經常承受開關動作的振動，其內部的校正回路也會隨著外界溫度的變化而波動，實際運行中也發生過密度繼電器輸出觸點接觸不良、銹蝕等情況導致閉鎖回路的不正確動作。

3 斷路器閉鎖回路改進方案

為了更好地滿足運行實際，使斷路器的低氣壓閉鎖回路能更真實地反映一次設備的情況，達到系統安全穩定運行的要求：1）SF6壓力正常運行時，斷路器分合閘回路可靠不誤閉鎖，防止開關拒動擴大故障范圍；2）SF6壓力降低至閉鎖值時，可靠閉鎖斷路器分合閘回路并及時告警。

針對這兩點要求，提出改進方案，改進方案包括以下部分：

1）各中間閉鎖繼電器觸點相互閉鎖

根據前面的分析可知，斷路器閉鎖回路方案中，均是由密度繼電器觸點分別起動2個中間繼電器，兩個中間繼電器的輸出觸點再去閉鎖分合閘回路。這種方案，未能考慮密度繼電器的輸出觸點可靠性問題，因此采用如圖2所示的相互閉鎖方案。

圖2 兩個繼電器相互閉鎖

在斷路器的分合閘回路中，均分別串聯兩個中間繼電器的觸點。這樣，任意一個閉鎖繼電器動作，均能有效閉鎖分合閘回路，防止出現因某一個密度繼電器觸點不可靠導致的氣壓降低時有一組控制回路無法閉鎖的情況。可以實現完整的分合閘閉鎖。

2）“一段輸出閉鎖二段”閉鎖

相互閉鎖有效考慮了密度繼電器的輸出觸點可靠性問題，但仍不夠完整，無法防止因觸點原因產生的誤閉鎖。根據規定，當斷路器SF6壓力下降時，首先應報警提醒運行人員補氣，若繼續下降，方進入閉鎖狀態。為了更可靠地反映實際運行情況，提出增加如圖3所示的“一段輸出閉鎖二段”的閉鎖方案。

圖3 改進的壓力低閉鎖回路

將SF6報警繼電器的常開觸點串入K1和K2繼電器的起動回路中，必須要報警觸點可靠閉合后，才能夠起動K1和K2繼電器，操作回路中的分合閘回路才有可能被閉鎖。可最大限度地防止誤閉鎖；同時，當任意一個閉鎖繼電器動作時，能有效閉鎖分合閘回路。

4 改進方案可行性分析及實行情況

根據分析，提出的改進方案施工簡單易行，相比原回路，僅需要增加2對報警觸點用以串接入閉鎖回路。由于GIS結構斷路器中，報警觸點經過中間繼電器重動，因此可以提供多個報警觸點。不需要增加新的設備，現場施工量小，在改造工程中易于實現。

同時，考慮220kV斷路器有兩組操作電源，閉鎖回路中均采用的是中間繼電器的動斷觸點，用以切斷操作回路。當采用新的改進方案時，若第一組或第二組操作電源消失時，相應的閉鎖繼電器K1或K2將無法被起動，其動斷觸點保持閉合，不影響操作回路的正確接通或斷開。在操作回路上，沒有拒動或誤動的風險。

目前已根據所提出的改進方案，對多個變電站的高壓斷路器閉鎖回路進行了改造，現場運行效果顯示，新的閉鎖回路能有效避免原有方案的缺陷，較好地反映運行實際。

5 結論

本文結合運行生產實際，提出一種“一段輸出閉鎖二段”的SF6氣壓低閉鎖新方案，能較好地解決密度繼電器的觸點故障導致分合閘回路誤動或拒動的問題，為實際生產提供了一種有效的方案，具有生產指導意義和價值。但是由于本文提出的方案采用了更多的觸點，在一定程度上增加了回路的復雜性，這些觸點若是發生故障又會帶來新的問題。對此可結合現場實際情況，采用設備選型、改善運行工況的方法來解決。

本文編自2021年第4期《電氣技術》，論文標題為“220kV氣體絕緣金屬封閉組合電器斷路器SF6低氣壓閉鎖回路改進方案”，作者為何振宇、袁明哲、卿俊杰、劉鑫、鄒經鑫。