陳文劍

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223）

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GasInsulatedSwitchgear，GIS）有著結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、維護(hù)量小、可靈活用于戶內(nèi)或戶外的優(yōu)點(diǎn)，如今廣泛用于變電站、電廠等發(fā)輸配電系統(tǒng)中[1]。GIS由不同SF6氣室部件罐體組成，包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器、互感器和導(dǎo)體等部件，GIS斷路器是GIS中用于實(shí)現(xiàn)傳輸電流通斷及故障電流切除的重要部件，其性能好壞決定著GIS能否穩(wěn)定安全運(yùn)行。GIS斷路器由操動(dòng)機(jī)構(gòu)和滅弧室組成，滅弧室可將開(kāi)斷電流時(shí)的電弧迅速熄滅，操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制著斷路器的準(zhǔn)確動(dòng)作，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性是斷路器正常運(yùn)行的重要保證，斷路器三相相間合閘不同期需不大于5 ms，分閘不同期不大于3 ms，斷路器動(dòng)作不同期時(shí)間過(guò)大會(huì)導(dǎo)致斷路器動(dòng)靜觸頭間產(chǎn)生過(guò)電壓，嚴(yán)重時(shí)可能引起斷路器爆炸[2]。斷路器不同期合閘也會(huì)引起電網(wǎng)震蕩，威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備信息

HB10-550型GIS生產(chǎn)廠家為法國(guó)維奧輸配電（VATECH-T&D）公司，出廠時(shí)間為2005年6月，2011年安裝、投運(yùn)，額定電壓550 kV，額定母線、進(jìn)線、出線電流為4 000 A，斷路器型號(hào)為GDHB2，操動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓氮?dú)鈨?chǔ)能，液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)工作壓力最高33.6 MPa，最低25 MPa，報(bào)警壓力28 MPa，閉鎖壓力25 MPa，分合閘回路額定電壓為DC110 V。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況

2018-07-08T14：17：17，HB10-550型GIS 5023開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控合閘，自投運(yùn)以來(lái)首次出現(xiàn)明顯合閘不同期現(xiàn)象，故障錄波圖顯示C相輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)滯后A、B相大約970 ms后合閘，如圖1所示。

圖1 7月8日5023開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控合閘后故障錄波圖

2018-08-12T01：58：00，HB10-550型GIS 5023開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控合閘，A、B兩相合閘成功，C相一直沒(méi)有合閘成功，2.5 s后，斷路器本體三相不一致保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)將5023開(kāi)關(guān)A、B兩相跳開(kāi)。12日白天，測(cè)量三相合閘線圈阻值無(wú)異常，再多次對(duì)5023開(kāi)關(guān)進(jìn)行合閘操作，就地、遠(yuǎn)方合閘均正常。

2018年8月16日，為了確保開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作，更換5023 C相開(kāi)關(guān)合閘線圈，并進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，如表1所示。試驗(yàn)后經(jīng)過(guò)多次傳動(dòng)也未發(fā)現(xiàn)異常。

表1 5023開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)單位：ms

此后，對(duì)每次5023開(kāi)關(guān)合閘不同期情況進(jìn)行跟蹤，匯總?cè)绫?所示。

表2 5023開(kāi)關(guān)合閘不同期情況匯總

2018-08-20T09：51：15，5023開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)控帶負(fù)荷合閘，C相電流和輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)變位都滯后A、B相大約176 ms，C相電流和C相輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)變位是相對(duì)應(yīng)的，可知C相開(kāi)關(guān)確實(shí)滯后合閘，排除了是輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)異常導(dǎo)致故障錄波中C相顯示滯后的可能性。

3 故障排查及原因分析

鑒于5023開(kāi)關(guān)合閘不同期反復(fù)并偶發(fā)出現(xiàn)，為排查故障、分析原因、徹底處理，2018年10月12日，將開(kāi)關(guān)申請(qǐng)停電進(jìn)行詳細(xì)檢查。

3.1 排查控制回路

首先對(duì)控制回路進(jìn)行檢查，在匯控柜內(nèi)對(duì)調(diào)B、C兩相合閘控制回路，同時(shí)利用示波器對(duì)三相合閘線圈電壓進(jìn)行記錄，對(duì)比三相合閘不同期性與合閘線圈電壓翻轉(zhuǎn)時(shí)間和幅值，以明確缺陷是出現(xiàn)在控制回路上還是操作機(jī)構(gòu)中。在最初幾次合閘操作中，三相同期性均能滿足要求。16：25再次進(jìn)行合閘操作時(shí)，開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了較明顯的不同期現(xiàn)象，滯后相仍為C相，滯后時(shí)間為167 ms，而示波器顯示合閘線圈電壓翻轉(zhuǎn)時(shí)間和幅值均無(wú)明顯差異，三相線圈得電時(shí)差為0.3 ms，且檢查三相合閘控制回路的直阻大小基本一致：A相為56.8 Ω，B相為54.2 Ω，C相為56.1 Ω。

由此可判斷控制回路正常，故障原因應(yīng)為操作機(jī)構(gòu)存在異常，導(dǎo)致5023開(kāi)關(guān)出現(xiàn)偶發(fā)性合閘不同期現(xiàn)象。

3.2 排查操作機(jī)構(gòu)

HB10-550型GIS斷路器的三相操動(dòng)機(jī)構(gòu)共用一套液壓儲(chǔ)能裝置，高壓液壓油經(jīng)油泵泵出后，通過(guò)分配器供給到三相各自的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，各相操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作后的低壓油再回到同一個(gè)油箱中，油壓低動(dòng)作輔助開(kāi)關(guān)測(cè)量的是三相共同的儲(chǔ)能壓力。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生不同期故障的原因可能有動(dòng)作線圈和機(jī)構(gòu)頂針粘連卡澀，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)不靈活，動(dòng)作滯后；控制閥液壓回路內(nèi)部存在氣體，導(dǎo)致液壓油傳遞壓力時(shí)間延后，機(jī)構(gòu)隨之延后動(dòng)作；儲(chǔ)能筒內(nèi)存在油氣混合的情況，導(dǎo)致儲(chǔ)能壓力過(guò)大或過(guò)小，機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)的速度與設(shè)計(jì)值不一致。

首先對(duì)液壓系統(tǒng)接入精密油壓表，進(jìn)行釋壓并切斷儲(chǔ)能電源，保證機(jī)構(gòu)內(nèi)無(wú)高壓油存在，避免機(jī)構(gòu)誤動(dòng)或高壓油對(duì)人造成傷害，液壓油壓力降為零后拆卸操動(dòng)機(jī)構(gòu)線圈和機(jī)構(gòu)頂針進(jìn)行活動(dòng)，并未發(fā)現(xiàn)有粘連卡澀現(xiàn)象。

回裝操動(dòng)機(jī)構(gòu)線圈和機(jī)構(gòu)頂針，關(guān)閉釋壓閥，對(duì)設(shè)備的液壓系統(tǒng)重新建壓，記錄建壓完成后三相連通情況下儲(chǔ)能氮?dú)忸A(yù)充壓力，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行釋壓，當(dāng)壓力下降到零后，對(duì)高壓油分配器A、B、C三相管道的連接部位分別進(jìn)行兩相、兩相的拆卸與封堵（即：封堵AB相、封堵AC相、封堵BC相），然后對(duì)第三相（C、B、A）分別進(jìn)行測(cè)試，在單相連通的情況下重新建壓并進(jìn)行單相分合閘，測(cè)試單相氮?dú)忸A(yù)充壓力、液壓系統(tǒng)建壓時(shí)間、單相的合閘時(shí)間及合閘壓降、單相的分閘時(shí)間及分閘壓降（分閘1、分閘2），對(duì)三相的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并未發(fā)現(xiàn)有壓力、時(shí)間異常問(wèn)題。

對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓回路進(jìn)行排氣檢查，首先進(jìn)行釋壓并切斷儲(chǔ)能電源，通過(guò)手動(dòng)建壓閥給液壓系統(tǒng)建立一個(gè)較低的壓力，然后對(duì)液壓系統(tǒng)各處排氣閥連通排氣管排氣，發(fā)現(xiàn)三相的控制閥均有氣體排出，C相液壓系統(tǒng)內(nèi)部的氣體相對(duì)A相和B相更明顯，氣泡較多，排氣的時(shí)間更長(zhǎng)。

3.3 原因分析

開(kāi)關(guān)液壓工作原理圖如圖2所示，當(dāng)合閘信號(hào)發(fā)出后，電磁閥驅(qū)動(dòng)控制閥8動(dòng)作，高壓系統(tǒng)在合閘節(jié)流閥附近迅速下降，雙向閥5在復(fù)位彈簧作用下向下動(dòng)作，高壓通過(guò)雙向閥進(jìn)入分閘回路。關(guān)閉分閘動(dòng)力閥，打開(kāi)合閘動(dòng)力閥，高壓同時(shí)進(jìn)入工作缸活塞上部及下部，由于活塞上下面積差異，高壓驅(qū)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，完成合閘過(guò)程。

圖2 操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓原理圖

通過(guò)液壓工作原理可知，合閘的速度是由合閘節(jié)流閥控制，節(jié)流閥內(nèi)徑過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致合閘失敗。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，開(kāi)關(guān)故障具有偶發(fā)性，且每次故障時(shí)間不同，顯然不是節(jié)流閥內(nèi)徑過(guò)大造成的，因此節(jié)流閥內(nèi)徑過(guò)小可能是開(kāi)關(guān)合閘故障的主要原因。節(jié)流閥內(nèi)徑過(guò)小，在液壓油正常流過(guò)時(shí)對(duì)合閘速度影響不大，但當(dāng)液壓系統(tǒng)內(nèi)部存在較多氣體時(shí)，氣泡通過(guò)節(jié)流閥會(huì)膨脹堵塞閥通道，造成壓降的時(shí)間被推遲，且推遲的時(shí)間因?yàn)闅馀莸拇笮『蛿?shù)量而不同，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間滯后。

4 故障處理措施及預(yù)防

現(xiàn)場(chǎng)更換備用的一相液壓?jiǎn)卧目刂颇K，含一級(jí)合閘閥、一級(jí)分閘閥、合閘節(jié)流閥、雙向控制閥，使用原電磁閥，保留原合閘和分閘動(dòng)力閥。更換液壓油，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行排氣，重新建立高壓，并進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，5次分、合閘的時(shí)間都符合質(zhì)量要求。

由于操動(dòng)機(jī)構(gòu)的液壓油為進(jìn)行儲(chǔ)能需要建立高壓，通過(guò)油泵泵出的高壓液壓油會(huì)摻雜少量氣體，如果長(zhǎng)期未對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行排氣或更換新液壓油，長(zhǎng)期積累的氣體可能會(huì)聚集在液壓系統(tǒng)控制閥中，控制閥內(nèi)各處閥芯閥桿均很小，即使是少量氣體也可能造成控制閥的誤動(dòng)拒動(dòng)或動(dòng)作不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法正常運(yùn)行。為預(yù)防操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)積聚較多氣體導(dǎo)致的動(dòng)作不準(zhǔn)確問(wèn)題，應(yīng)每年在斷路器停電檢修期間對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行排氣，并檢查液壓油質(zhì)情況，每三年對(duì)斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，開(kāi)展液壓系統(tǒng)濾芯清理等工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

如今GIS越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于變電站、電廠等重要發(fā)輸變電系統(tǒng)中，其安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎著電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。GIS斷路器是GIS的重要部件，為避免出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)、三相不同期動(dòng)作等問(wèn)題，需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢修維護(hù)，保證斷路器能夠長(zhǎng)久地穩(wěn)定運(yùn)行。斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)精密、輸出力矩大、與斷路器的配合要求精度高，其可靠性直接影響斷路器能否準(zhǔn)確動(dòng)作。本文針對(duì)斷路器出現(xiàn)的分合閘不同期問(wèn)題，提出了排查方法，可先排查控制回路，如控制回路正常，對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)可從線圈和機(jī)構(gòu)頂針、液壓回路、儲(chǔ)能筒或彈簧這幾部分進(jìn)行檢查。在對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢修維護(hù)時(shí)，應(yīng)檢查線圈和機(jī)構(gòu)頂針是否粘連卡澀，液壓回路內(nèi)部是否存在氣體，儲(chǔ)能筒或儲(chǔ)能彈簧是否壓力異常等，確保斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠運(yùn)行。