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      GIS開關(guān)站安裝調(diào)試期間典型問題分析

      2016-03-23 05:30:44蔣宜杰吳長敏劉祖高
      中國農(nóng)村水利水電 2016年4期
      關(guān)鍵詞:拐臂開關(guān)站分閘

      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.

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