GIS開關(guān)站安裝調(diào)試期間典型問題分析

沈 兵，蔣宜杰，吳長敏，劉祖高

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，成都 610000)

隨著國家新能源的開發(fā)，水電建設(shè)劇增，在目前在建水電站中，開關(guān)站一般均采用GIS開關(guān)站替代傳統(tǒng)開關(guān)站，在GIS安裝調(diào)試期間不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些SF6氣體泄漏、斷路器拒合、斷路器兩端接地而導(dǎo)致分合閘時(shí)間難以測量等故障。這些故障對(duì)電力生產(chǎn)構(gòu)成一定的安全隱患，對(duì)這些典型故障的解決辦法是值得我們探究和思考的，文章對(duì)其中一些典型故障從設(shè)計(jì)、鑄造、安裝等方面給予了解決辦法和思考。

1 GIS開關(guān)站安裝調(diào)試期間的典型問題

1.1 SF6氣體泄漏故障點(diǎn)定位

SF6氣體作為GIS開關(guān)站的絕緣氣體，在GIS安裝完成，都要充入一定量的SF6氣體，按照GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)交接試驗(yàn)規(guī)程》應(yīng)對(duì)GIS開關(guān)站進(jìn)行檢漏。針對(duì)我國目前條件下，處理故障的方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)都是對(duì)泄漏點(diǎn)的定位問題。GIS安裝完成后會(huì)充入SF6氣體，按規(guī)程規(guī)定需采用局部包扎法對(duì)GIS充氣間隔進(jìn)行包扎，然后后用檢漏儀進(jìn)行檢漏。發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)當(dāng)通過檢漏檢測到有SF6氣體泄漏，或者今后通過日常巡檢工作發(fā)現(xiàn)GIS開關(guān)站氣隔SF6氣體壓力表氣壓明顯降低以及在線監(jiān)測壓力表發(fā)現(xiàn)有氣體泄漏情況下，傳統(tǒng)方法是采用高濃度的肥皂泡沫法以及鹵素檢漏儀等方法。

肥皂泡沫法是對(duì)初判斷有泄漏的氣隔的關(guān)鍵部位用毛刷涂上一層高濃度的肥皂泡沫，當(dāng)有氣體泄漏時(shí)，就能明顯發(fā)現(xiàn)氣泡，從而找到漏氣點(diǎn)。此法雖然簡單、不需要儀器而且很容易實(shí)現(xiàn)，但只能對(duì)漏氣量較大的地方能比較容易發(fā)現(xiàn)，該方法只能定性參考，無法定量評(píng)估泄漏量的大小,相對(duì)而言效率低下。鹵素檢漏儀是利用鹵素效用制成的檢漏工具，金屬鉑絲在一定溫度下發(fā)生正離子發(fā)射，當(dāng)檢測到有鹵素氣體泄漏時(shí)，正離子發(fā)射會(huì)大大增加，因此可作為SF6氣體定量檢漏，而且體積小、耗電量低，可帶電檢測，但是用于尋找具體泄漏點(diǎn)時(shí)，工作量較大，性能不穩(wěn)定[1,2]。

新型定位方法采用SF6氣體泄漏紅外成像儀，利用SF6分子對(duì)紅外光譜有較強(qiáng)的吸收特性,檢測儀器通過發(fā)出紅外激光對(duì)被測物體進(jìn)行掃描,并通過檢測反射回來的紅外光能量來判定是否存在SF6氣體泄漏及其嚴(yán)重程度。當(dāng)檢測區(qū)域存在SF6氣體泄漏時(shí),反射到檢測設(shè)備的紅外光線能量會(huì)急劇地減弱，很容易檢測到泄漏位置，檢漏效率高。在條件許可的情況下,建議GIS開關(guān)站可購買SF6氣體泄漏紅外成像儀,用于SF6氣體泄漏故障點(diǎn)定位,可大大縮短故障缺陷處理時(shí)間,并且在日常巡檢過程使用,可以盡早發(fā)現(xiàn)問題,為開關(guān)站的安全穩(wěn)定提供強(qiáng)有力的保障。

1.2 GIS斷路器連接問題導(dǎo)致分合閘時(shí)間難以測量問題

根據(jù)GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)交接試驗(yàn)規(guī)程》，必須對(duì)斷路器進(jìn)行分合閘時(shí)間進(jìn)行測量。針對(duì)目前很多水電站主變壓器高壓側(cè)出線和GIS進(jìn)線斷路器之間都沒有隔離開關(guān)，以及變電站GIS檢修期間需要短路器兩端均投上地刀以保證檢修安全，然而目前測量短路器分合閘時(shí)間時(shí)，因測量儀器的接線方式而需要斷路器必須一端接地，一端懸空，如圖1所示。這就導(dǎo)致了GIS短路器分合閘時(shí)間難以測量。

圖1 斷路器兩端接地情況下分合閘測量原理

對(duì)于變電站GIS檢修期間為保證安全，在斷路器兩端接地情況下使用目前常見的測試儀器無法進(jìn)行的情況下，可以采用新型測量原理對(duì)其測量[3]。斷路器兩端接地時(shí)可利用電磁感應(yīng)的原理，斷路器兩端接地后構(gòu)成閉合回路，在回路中竄入兩個(gè)鉗形感應(yīng)線圈，一個(gè)是線圈輸入高頻的交流電源，借助閉合回路使的另外一個(gè)電流采樣線圈采集到感應(yīng)電動(dòng)勢。當(dāng)斷路器處于閉合時(shí)，電流采樣線圈采集到感應(yīng)電流，而斷路器分閘時(shí)就無法采集到感應(yīng)電流，可利用這個(gè)原理判斷斷路器的開斷狀態(tài)，從而測出分合閘時(shí)間。電流采樣線圈采集到的感應(yīng)電動(dòng)勢進(jìn)入信號(hào)采集箱之后經(jīng)過整形、濾波后借助CPU進(jìn)行數(shù)字濾波、FFT分析處理、開斷閥值比較。同時(shí)對(duì)采集到的感應(yīng)電流進(jìn)線波形錄波，當(dāng)電流波形開始建立的時(shí)刻，就是觸頭導(dǎo)通的時(shí)刻，而當(dāng)電流波形開始消失的時(shí)刻，就是觸頭分?jǐn)嗟臅r(shí)刻。從而可以在斷路器兩端均接地的條件下進(jìn)行分合閘時(shí)間測試。

對(duì)于主變壓器高壓側(cè)出線和GIS進(jìn)線斷路器之間沒有隔離開關(guān)問題而難以測量分合閘時(shí)間，為了進(jìn)行分合閘時(shí)間測量試驗(yàn)，四川攀枝花桐子林水電站通過綜合分析處理，采用解開主變高壓側(cè)套管出線和GIS進(jìn)線套管之間的連線，并將GIS斷路器的接地開關(guān)合上，再解開接地開關(guān)與GIS外殼連接的接地片，這樣就為GIS進(jìn)線斷路器提供了一個(gè)人為的一端懸空，一段接地的條件，為試驗(yàn)儀器的接線提供了可能，根據(jù)桐子林水電站現(xiàn)場試驗(yàn)情況，發(fā)現(xiàn)此法卻時(shí)可行。但由于今后定期工作也需要測量斷路器分合閘時(shí)間，這就導(dǎo)致每次分合閘時(shí)間測量時(shí)就需要解開主變高壓套管上的連接線，長此以往，對(duì)主變高壓套管一定會(huì)造成不良影響。對(duì)此可采用以下辦法解決：首先是在今后發(fā)電廠或者變電站設(shè)計(jì)時(shí)，可在主變高壓套管和GIS進(jìn)線斷路器之間加裝一個(gè)隔離開關(guān)，為今后運(yùn)行維護(hù)提供方便，針對(duì)目前已經(jīng)安裝完成的可以后期考慮整改，對(duì)其加裝隔離開關(guān)。其次，可以采用上述新型測量方法，今后測量時(shí)只需將主變高壓套管出線直接使用接地線短接后接地，再將GIS進(jìn)線斷路器的接地開關(guān)合上，從而形成斷路器兩端接地的條件，這樣可以不用拆除主變壓器高壓套管接地線。

1.3 CT30型電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)拒合問題

CT30型電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)在220 kV及以下供電系統(tǒng)中廣泛采用，在實(shí)際工作現(xiàn)場，遇到的最常見的斷路器故障一般就是斷路器拒合問題[4]，在此借助CT30型號(hào)斷路工作原理以及國內(nèi)某些大型水電站所遇到的斷路器拒合現(xiàn)象，對(duì)CT30型電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)的拒合故障現(xiàn)象提出故障發(fā)生原因，以及解決辦法，為今后類似問題提供參考。

短路器拒合由多種原因造成，對(duì)于斷路器檢修人員而言，一般控制回路等電氣原因造成的故障比較容易解決，而真正困擾檢修人員的是操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械配合原因造成的。本文只針對(duì)由于操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械配合導(dǎo)致拒合的故障(見圖2)。

1-合閘保持掣子；2-復(fù)位彈簧；3-分閘掣子；4-滾子；5-復(fù)位彈簧；6-凸輪；7-拐臂；8-軸；9-支持件圖2 CT30型斷路器操作機(jī)構(gòu)分閘及合閘狀態(tài)圖

CT30型電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)主要是由機(jī)構(gòu)架、分(合)閘彈簧、儲(chǔ)能電機(jī)、緩沖器、分(合)閘電磁鐵以及凸輪、棘輪、大(小)拐臂、分(合)閘保持掣子、活塞桿、軸、銷子等零部件組成。正常情況下，只要合閘彈簧沒有儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電機(jī)就會(huì)給合閘彈簧儲(chǔ)能，而分閘彈簧的儲(chǔ)能依靠合閘彈簧的能量。當(dāng)合閘電磁鐵接受合閘信號(hào)后帶電，合閘電磁鐵的動(dòng)鐵芯吸合，帶動(dòng)分閘導(dǎo)桿沖擊掣子動(dòng)作，沖擊合閘摯子；合閘掣子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)釋放儲(chǔ)能保持掣子；儲(chǔ)能保持掣子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)釋放卡銷，棘輪在合閘彈簧力的作用下逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)棘輪軸旋轉(zhuǎn)，使凸輪推動(dòng)小拐臂順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)拉桿使斷路器本體快速合閘；小拐臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)同時(shí)帶動(dòng)拐臂軸上的大拐臂順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，壓縮分閘彈簧儲(chǔ)能，以備分閘操作。在合閘的整個(gè)過程中，根據(jù)合閘過程來看，機(jī)構(gòu)合閘保持時(shí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，即拐臂過沖和回落時(shí)間必須大于合閘保持掣子恢復(fù)時(shí)間和分閘掣子恢復(fù)時(shí)間之和，如若反之，就會(huì)出現(xiàn)拒合現(xiàn)象。而影響這個(gè)時(shí)間的關(guān)鍵點(diǎn)在于以下幾個(gè)地方：第一,分閘掣子因設(shè)計(jì)尺寸不合格或者安裝時(shí)機(jī)構(gòu)配合不好導(dǎo)致掣子尺寸變形，無法保持合閘狀態(tài)，而自動(dòng)分閘；第二，分閘掣子復(fù)位彈簧5勁度系數(shù)不足，導(dǎo)致恢復(fù)時(shí)間過長；第三，分閘保持掣子復(fù)位彈簧勁度系數(shù)不足，導(dǎo)致拐臂過沖和回落時(shí)間小于合閘保持掣子恢復(fù)時(shí)間和分閘掣子恢復(fù)時(shí)間之和，產(chǎn)生拒合問題。

解決辦法：針對(duì)第一種原因，解開分閘掣子中心穿銷，更換合格的分閘掣子，在四川攀枝花桐子林水電站采用此方法,更換后的斷路器操作機(jī)構(gòu)解決了拒合問題；第二和第三種情形，重新更換復(fù)位彈簧，或者在復(fù)位彈簧上方加裝一定厚度的墊片，具體墊片厚度根據(jù)彈簧實(shí)際情況而定，在不確定的情況下可以通過逐步加厚的原則，更換后再試驗(yàn)驗(yàn)證，某GIS開關(guān)站[2]采用在小摯子彈簧端部與定位孔空間加裝1mm厚墊片，增加分閘掣子復(fù)位彈簧預(yù)壓力，拒合現(xiàn)象消除。

2 關(guān)于GIS典型問題的思考

GIS出現(xiàn)的問題一般可以從設(shè)計(jì)和安裝方面避免，例如分合閘時(shí)間難以測量，可在設(shè)計(jì)時(shí)在主變和GIS進(jìn)線開關(guān)之間加裝接地開關(guān)，更好的實(shí)現(xiàn)建管結(jié)合，方便今后維護(hù)檢修；部分設(shè)備因設(shè)計(jì)時(shí)不滿足要求，導(dǎo)致調(diào)試時(shí)出現(xiàn)重大 缺陷，例如漏氣、拒合等；還有很多問題源于安裝期間安裝工藝不符合要求，導(dǎo)致交流耐壓不合格甚至出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象等，這些原因都是可以避免的。在今后設(shè)備鑄造、出廠驗(yàn)收、安裝工藝把握、交接試驗(yàn)時(shí)都應(yīng)按照要求進(jìn)行，以免后期出現(xiàn)更大的損失。

□

[1] 孫 茁,薛 源,郭宏偉. 126 kV GIS設(shè)備典型故障分析與處理[J]. 高壓電器,2010,(11):95-98,102.

[2] 張學(xué)東,楊 波.GIS設(shè)備典型故障分析[J]. 中國科技信息,2009,(1):129-130.

[3] 郝建成,李 斌,韋德福. 斷路器兩端接地時(shí)分、合閘時(shí)間的測試方法[J]. 高壓電器,2015,(5):95-98,103.

[4] 潘 靖. GIS斷路器拒動(dòng)的故障分析與改進(jìn)[J]. 科技創(chuàng)業(yè)月刊,2014,(5):181-182.