GIS開關站安裝調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有限公司，成都 610000)

隨著國家新能源的開發，水電建設劇增，在目前在建水電站中，開關站一般均采用GIS開關站替代傳統開關站，在GIS安裝調試期間不可避免的會出現一些SF6氣體泄漏、斷路器拒合、斷路器兩端接地而導致分合閘時間難以測量等故障。這些故障對電力生產構成一定的安全隱患，對這些典型故障的解決辦法是值得我們探究和思考的，文章對其中一些典型故障從設計、鑄造、安裝等方面給予了解決辦法和思考。

1 GIS開關站安裝調試期間的典型問題

1.1 SF6氣體泄漏故障點定位

SF6氣體作為GIS開關站的絕緣氣體，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 電氣設備交接試驗標準交接試驗規程》應對GIS開關站進行檢漏。針對我國目前條件下，處理故障的方法已經相當成熟，關鍵點和難點都是對泄漏點的定位問題。GIS安裝完成后會充入SF6氣體，按規程規定需采用局部包扎法對GIS充氣間隔進行包扎，然后后用檢漏儀進行檢漏。發現泄漏點當通過檢漏檢測到有SF6氣體泄漏，或者今后通過日常巡檢工作發現GIS開關站氣隔SF6氣體壓力表氣壓明顯降低以及在線監測壓力表發現有氣體泄漏情況下，傳統方法是采用高濃度的肥皂泡沫法以及鹵素檢漏儀等方法。

肥皂泡沫法是對初判斷有泄漏的氣隔的關鍵部位用毛刷涂上一層高濃度的肥皂泡沫，當有氣體泄漏時，就能明顯發現氣泡，從而找到漏氣點。此法雖然簡單、不需要儀器而且很容易實現，但只能對漏氣量較大的地方能比較容易發現，該方法只能定性參考，無法定量評估泄漏量的大小,相對而言效率低下。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生正離子發射，當檢測到有鹵素氣體泄漏時，正離子發射會大大增加，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時，工作量較大，性能不穩定[1,2]。

新型定位方法采用SF6氣體泄漏紅外成像儀，利用SF6分子對紅外光譜有較強的吸收特性,檢測儀器通過發出紅外激光對被測物體進行掃描,并通過檢測反射回來的紅外光能量來判定是否存在SF6氣體泄漏及其嚴重程度。當檢測區域存在SF6氣體泄漏時,反射到檢測設備的紅外光線能量會急劇地減弱，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開關站可購買SF6氣體泄漏紅外成像儀,用于SF6氣體泄漏故障點定位,可大大縮短故障缺陷處理時間,并且在日常巡檢過程使用,可以盡早發現問題,為開關站的安全穩定提供強有力的保障。

1.2 GIS斷路器連接問題導致分合閘時間難以測量問題

根據GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準交接試驗規程》，必須對斷路器進行分合閘時間進行測量。針對目前很多水電站主變壓器高壓側出線和GIS進線斷路器之間都沒有隔離開關，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間時，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。這就導致了GIS短路器分合閘時間難以測量。

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行的情況下，可以采用新型測量原理對其測量[3]。斷路器兩端接地時可利用電磁感應的原理，斷路器兩端接地后構成閉合回路，在回路中竄入兩個鉗形感應線圈，一個是線圈輸入高頻的交流電源，借助閉合回路使的另外一個電流采樣線圈采集到感應電動勢。當斷路器處于閉合時，電流采樣線圈采集到感應電流，而斷路器分閘時就無法采集到感應電流，可利用這個原理判斷斷路器的開斷狀態，從而測出分合閘時間。電流采樣線圈采集到的感應電動勢進入信號采集箱之后經過整形、濾波后借助CPU進行數字濾波、FFT分析處理、開斷閥值比較。同時對采集到的感應電流進線波形錄波，當電流波形開始建立的時刻，就是觸頭導通的時刻，而當電流波形開始消失的時刻，就是觸頭分斷的時刻。從而可以在斷路器兩端均接地的條件下進行分合閘時間測試。

對于主變壓器高壓側出線和GIS進線斷路器之間沒有隔離開關問題而難以測量分合閘時間，為了進行分合閘時間測量試驗，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套管出線和GIS進線套管之間的連線，并將GIS斷路器的接地開關合上，再解開接地開關與GIS外殼連接的接地片，這樣就為GIS進線斷路器提供了一個人為的一端懸空，一段接地的條件，為試驗儀器的接線提供了可能，根據桐子林水電站現場試驗情況，發現此法卻時可行。但由于今后定期工作也需要測量斷路器分合閘時間，這就導致每次分合閘時間測量時就需要解開主變高壓套管上的連接線，長此以往，對主變高壓套管一定會造成不良影響。對此可采用以下辦法解決：首先是在今后發電廠或者變電站設計時，可在主變高壓套管和GIS進線斷路器之間加裝一個隔離開關，為今后運行維護提供方便，針對目前已經安裝完成的可以后期考慮整改，對其加裝隔離開關。其次，可以采用上述新型測量方法，今后測量時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進線斷路器的接地開關合上，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型電動彈簧操作機構拒合問題

CT30型電動彈簧操作機構在220 kV及以下供電系統中廣泛采用，在實際工作現場，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型號斷路工作原理以及國內某些大型水電站所遇到的斷路器拒合現象，對CT30型電動彈簧操作機構的拒合故障現象提出故障發生原因，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構內部機械配合原因造成的。本文只針對由于操作機構內部機械配合導致拒合的故障(見圖2)。

1-合閘保持掣子；2-復位彈簧；3-分閘掣子；4-滾子；5-復位彈簧；6-凸輪；7-拐臂；8-軸；9-支持件圖2 CT30型斷路器操作機構分閘及合閘狀態圖

CT30型電動彈簧操作機構主要是由機構架、分(合)閘彈簧、儲能電機、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能，儲能電機就會給合閘彈簧儲能，而分閘彈簧的儲能依靠合閘彈簧的能量。當合閘電磁鐵接受合閘信號后帶電，合閘電磁鐵的動鐵芯吸合，帶動分閘導桿沖擊掣子動作，沖擊合閘摯子；合閘掣子順時針方向旋轉，同時釋放儲能保持掣子；儲能保持掣子逆時針旋轉釋放卡銷，棘輪在合閘彈簧力的作用下逆時針方向旋轉并帶動棘輪軸旋轉，使凸輪推動小拐臂順時針方向旋轉，帶動拉桿使斷路器本體快速合閘；小拐臂順時針旋轉同時帶動拐臂軸上的大拐臂順時針方向旋轉，壓縮分閘彈簧儲能，以備分閘操作。在合閘的整個過程中，根據合閘過程來看，機構合閘保持時是一個動態響應過程，即拐臂過沖和回落時間必須大于合閘保持掣子恢復時間和分閘掣子恢復時間之和，如若反之，就會出現拒合現象。而影響這個時間的關鍵點在于以下幾個地方：第一,分閘掣子因設計尺寸不合格或者安裝時機構配合不好導致掣子尺寸變形，無法保持合閘狀態，而自動分閘；第二，分閘掣子復位彈簧5勁度系數不足，導致恢復時間過長；第三，分閘保持掣子復位彈簧勁度系數不足，導致拐臂過沖和回落時間小于合閘保持掣子恢復時間和分閘掣子恢復時間之和，產生拒合問題。

解決辦法：針對第一種原因，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構解決了拒合問題；第二和第三種情形，重新更換復位彈簧，或者在復位彈簧上方加裝一定厚度的墊片，具體墊片厚度根據彈簧實際情況而定，在不確定的情況下可以通過逐步加厚的原則，更換后再試驗驗證，某GIS開關站[2]采用在小摯子彈簧端部與定位孔空間加裝1mm厚墊片，增加分閘掣子復位彈簧預壓力，拒合現象消除。

2 關于GIS典型問題的思考

GIS出現的問題一般可以從設計和安裝方面避免，例如分合閘時間難以測量，可在設計時在主變和GIS進線開關之間加裝接地開關，更好的實現建管結合，方便今后維護檢修；部分設備因設計時不滿足要求，導致調試時出現重大 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，導致交流耐壓不合格甚至出現擊穿現象等，這些原因都是可以避免的。在今后設備鑄造、出廠驗收、安裝工藝把握、交接試驗時都應按照要求進行，以免后期出現更大的損失。

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

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

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

[4] 潘 靖. GIS斷路器拒動的故障分析與改進[J]. 科技創業月刊,2014,(5):181-182.