HB10-550型GIS斷路器合閘同期不合格原因分析及處理

陳文劍

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223）

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（GasInsulatedSwitchgear，GIS）有著結構緊湊、占地面積小、維護量小、可靈活用于戶內或戶外的優(yōu)點，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、隔離開關、接地開關、避雷器、互感器和導體等部件，GIS斷路器是GIS中用于實現(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)定安全運行。GIS斷路器由操動機構和滅弧室組成，滅弧室可將開斷電流時的電弧迅速熄滅，操動機構控制著斷路器的準確動作，操動機構的可靠性是斷路器正常運行的重要保證，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，斷路器動作不同期時間過大會導致斷路器動靜觸頭間產生過電壓，嚴重時可能引起斷路器爆炸[2]。斷路器不同期合閘也會引起電網震蕩，威脅電網的穩(wěn)定運行。

1 設備信息

HB10-550型GIS生產廠家為法國維奧輸配電（VATECH-T&D）公司，出廠時間為2005年6月，2011年安裝、投運，額定電壓550 kV，額定母線、進線、出線電流為4 000 A，斷路器型號為GDHB2，操動機構為液壓氮氣儲能，液壓操動機構工作壓力最高33.6 MPa，最低25 MPa，報警壓力28 MPa，閉鎖壓力25 MPa，分合閘回路額定電壓為DC110 V。

2 現(xiàn)場情況

2018-07-08T14：17：17，HB10-550型GIS 5023開關遠控合閘，自投運以來首次出現(xiàn)明顯合閘不同期現(xiàn)象，故障錄波圖顯示C相輔助開關接點滯后A、B相大約970 ms后合閘，如圖1所示。

圖1 7月8日5023開關遠控合閘后故障錄波圖

2018-08-12T01：58：00，HB10-550型GIS 5023開關遠控合閘，A、B兩相合閘成功，C相一直沒有合閘成功，2.5 s后，斷路器本體三相不一致保護動作，同時將5023開關A、B兩相跳開。12日白天，測量三相合閘線圈阻值無異常，再多次對5023開關進行合閘操作，就地、遠方合閘均正常。

2018年8月16日，為了確保開關可靠動作，更換5023 C相開關合閘線圈，并進行開關機械特性試驗，試驗數(shù)據(jù)正常，如表1所示。試驗后經過多次傳動也未發(fā)現(xiàn)異常。

表1 5023開關機械特性試驗數(shù)據(jù)單位：ms

此后，對每次5023開關合閘不同期情況進行跟蹤，匯總如表2所示。

表2 5023開關合閘不同期情況匯總

2018-08-20T09：51：15，5023開關遠控帶負荷合閘，C相電流和輔助開關接點變位都滯后A、B相大約176 ms，C相電流和C相輔助開關接點變位是相對應的，可知C相開關確實滯后合閘，排除了是輔助開關接點異常導致故障錄波中C相顯示滯后的可能性。

3 故障排查及原因分析

鑒于5023開關合閘不同期反復并偶發(fā)出現(xiàn)，為排查故障、分析原因、徹底處理，2018年10月12日，將開關申請停電進行詳細檢查。

3.1 排查控制回路

首先對控制回路進行檢查，在匯控柜內對調B、C兩相合閘控制回路，同時利用示波器對三相合閘線圈電壓進行記錄，對比三相合閘不同期性與合閘線圈電壓翻轉時間和幅值，以明確缺陷是出現(xiàn)在控制回路上還是操作機構中。在最初幾次合閘操作中，三相同期性均能滿足要求。16：25再次進行合閘操作時，開關出現(xiàn)了較明顯的不同期現(xiàn)象，滯后相仍為C相，滯后時間為167 ms，而示波器顯示合閘線圈電壓翻轉時間和幅值均無明顯差異，三相線圈得電時差為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，故障原因應為操作機構存在異常，導致5023開關出現(xiàn)偶發(fā)性合閘不同期現(xiàn)象。

3.2 排查操作機構

HB10-550型GIS斷路器的三相操動機構共用一套液壓儲能裝置，高壓液壓油經油泵泵出后，通過分配器供給到三相各自的操動機構，各相操動機構動作后的低壓油再回到同一個油箱中，油壓低動作輔助開關測量的是三相共同的儲能壓力。

操動機構發(fā)生不同期故障的原因可能有動作線圈和機構頂針粘連卡澀，導致機構不靈活，動作滯后；控制閥液壓回路內部存在氣體，導致液壓油傳遞壓力時間延后，機構隨之延后動作；儲能筒內存在油氣混合的情況，導致儲能壓力過大或過小，機構動作時的速度與設計值不一致。

首先對液壓系統(tǒng)接入精密油壓表，進行釋壓并切斷儲能電源，保證機構內無高壓油存在，避免機構誤動或高壓油對人造成傷害，液壓油壓力降為零后拆卸操動機構線圈和機構頂針進行活動，并未發(fā)現(xiàn)有粘連卡澀現(xiàn)象。

回裝操動機構線圈和機構頂針，關閉釋壓閥，對設備的液壓系統(tǒng)重新建壓，記錄建壓完成后三相連通情況下儲能氮氣預充壓力，對液壓系統(tǒng)進行釋壓，當壓力下降到零后，對高壓油分配器A、B、C三相管道的連接部位分別進行兩相、兩相的拆卸與封堵（即：封堵AB相、封堵AC相、封堵BC相），然后對第三相（C、B、A）分別進行測試，在單相連通的情況下重新建壓并進行單相分合閘，測試單相氮氣預充壓力、液壓系統(tǒng)建壓時間、單相的合閘時間及合閘壓降、單相的分閘時間及分閘壓降（分閘1、分閘2），對三相的測試結果進行對比，并未發(fā)現(xiàn)有壓力、時間異常問題。

對操動機構液壓回路進行排氣檢查，首先進行釋壓并切斷儲能電源，通過手動建壓閥給液壓系統(tǒng)建立一個較低的壓力，然后對液壓系統(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)內部的氣體相對A相和B相更明顯，氣泡較多，排氣的時間更長。

3.3 原因分析

開關液壓工作原理圖如圖2所示，當合閘信號發(fā)出后，電磁閥驅動控制閥8動作，高壓系統(tǒng)在合閘節(jié)流閥附近迅速下降，雙向閥5在復位彈簧作用下向下動作，高壓通過雙向閥進入分閘回路。關閉分閘動力閥，打開合閘動力閥，高壓同時進入工作缸活塞上部及下部，由于活塞上下面積差異，高壓驅動活塞向下運動，完成合閘過程。

圖2 操動機構液壓原理圖

通過液壓工作原理可知，合閘的速度是由合閘節(jié)流閥控制，節(jié)流閥內徑過大或者過小都會導致合閘失敗。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，開關故障具有偶發(fā)性，且每次故障時間不同，顯然不是節(jié)流閥內徑過大造成的，因此節(jié)流閥內徑過小可能是開關合閘故障的主要原因。節(jié)流閥內徑過小，在液壓油正常流過時對合閘速度影響不大，但當液壓系統(tǒng)內部存在較多氣體時，氣泡通過節(jié)流閥會膨脹堵塞閥通道，造成壓降的時間被推遲，且推遲的時間因為氣泡的大小和數(shù)量而不同，從而導致開關動作時間滯后。

4 故障處理措施及預防

現(xiàn)場更換備用的一相液壓單元的控制模塊，含一級合閘閥、一級分閘閥、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力閥。更換液壓油，對液壓系統(tǒng)進行排氣，重新建立高壓，并進行機械特性試驗，5次分、合閘的時間都符合質量要求。

由于操動機構的液壓油為進行儲能需要建立高壓，通過油泵泵出的高壓液壓油會摻雜少量氣體，如果長期未對液壓系統(tǒng)進行排氣或更換新液壓油，長期積累的氣體可能會聚集在液壓系統(tǒng)控制閥中，控制閥內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拒動或動作不準確，從而導致操動機構無法正常運行。為預防操動機構液壓系統(tǒng)積聚較多氣體導致的動作不準確問題，應每年在斷路器停電檢修期間對液壓系統(tǒng)進行排氣，并檢查液壓油質情況，每三年對斷路器進行機械特性試驗，開展液壓系統(tǒng)濾芯清理等工作。

5 結束語

如今GIS越來越廣泛地應用于變電站、電廠等重要發(fā)輸變電系統(tǒng)中，其安全穩(wěn)定運行關乎著電網系統(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、誤動、三相不同期動作等問題，需要及時對其進行檢修維護，保證斷路器能夠長久地穩(wěn)定運行。斷路器操動機構結構精密、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確動作。本文針對斷路器出現(xiàn)的分合閘不同期問題，提出了排查方法，可先排查控制回路，如控制回路正常，對操動機構可從線圈和機構頂針、液壓回路、儲能筒或彈簧這幾部分進行檢查。在對操動機構進行檢修維護時，應檢查線圈和機構頂針是否粘連卡澀，液壓回路內部是否存在氣體，儲能筒或儲能彈簧是否壓力異常等，確保斷路器操動機構的可靠運行。