一起GIS斷路器合閘機械特性異常原因分析

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(國網瀘州供電公司，四川 瀘州 646000)

0 引 言

氣體絕緣封閉式組合電器(gas insulated switchgear,GIS)因結構緊湊、占地面積小、可靠性高、檢修維護工作量少等優點，被廣泛應用于中國電力系統[1]。斷路器因具有滅弧功能，能夠關合、開斷正常負荷電流及故障大電流，是保證GIS安全正常運行的關鍵設備。斷路器操作機構作為斷路器核心部件之一，是保證斷路器正常開斷、分合運行及故障電流的關鍵。該部件的可靠動作是保證斷路器正常運行，保證電網設備安全、供電可靠的重要基礎[2]。

斷路器合閘不同期時間是斷路器機械特性參數之一，表示的是斷路器三相合閘動作時間差的最大值[3]，具有嚴格的廠家技術標準要求，合閘不同期時間過大，將會導致斷路器動靜觸頭間產生過電壓，嚴重時將引起斷路器的爆炸。

下面對某220 kV GIS斷路器合閘時間、合閘不同期時間嚴重超標、合閘速度偏低缺陷案例進行分析，排查、核實測試數據異常原因，并總結類似斷路器操作機構檢修經驗，為提升斷路器安裝、驗收、運維質量提供參考。

1 案例概述

某站220 kV出線GIS斷路器型號為LW24-252，操作機構型號為CT20-Ⅳ，分相彈簧操作機構，于2014年10月投運。2017年7月，在對該斷路器進行例行試驗過程中，發現該斷路器機械特性測試數據異常，測試所使用的機械特性測試儀型號為GKC433E。測試數據如表1所示，從表中可以看出該斷路器C相合閘時間剛好滿足標準要求，但A、B兩相合閘時間分別比標準上限大22.00%、26.55%，明顯偏大；合閘速度偏低，合閘不同期時間達28.2 ms，嚴重超過廠家技術標準要求的“≤4 ms”，是標準上限值的7.05倍。

表1 斷路器機械特性測試數據1

同時，該斷路器的機械特性測試曲線如圖1所示，從機械特性曲線圖中未發現明顯異常。

圖1 例行試驗斷路器機械特性測試曲線

2 缺陷原因分析

2.1 缺陷原因排查

現場首先對斷路器操作機構外觀進行了初步檢查，并未發現明顯異常現象。

為了排除測試儀器誤差導致的測試數據異常，使用了另一套同型號、同生產廠家的機械特性測試儀進行數據對比。經過對比，測試數據仍與初次測試結果相似，證實該斷路器本身存在缺陷。

通過對測試數據的初步分析，認為斷路器合閘彈簧疲軟是造成斷路器合閘時間及合閘不同期時間嚴重超標、合閘速度偏低的主要原因。因此，現場對斷路器合閘彈簧壓縮量進行了調試，通過增加彈簧壓縮量，提升彈簧儲存能量，增大斷路器合閘能量，從而降低斷路器合閘時間及合閘不同期時間，達到提升斷路器合閘速度的目的。

表2 斷路器機械特性測試數據2

對斷路器合閘彈簧壓縮量調節后，再次進行機械特性測試時，發現斷路器合閘時間及合閘不同期時間皆滿足廠家技術標準要求，測試數據如表2所示。斷路器機械特性曲線也無異常，如圖2所示。但是，斷路器三相合閘速度卻始終低于廠家技術標準要求的2.9～3.6 m/s。

圖2 調節彈簧壓縮量后斷路器機械特性曲線

經過反復分析及現場排查，發現該斷路器垂直連桿上附著一層黑色物質，如圖3所示。

圖3 斷路器垂直連桿上的黑色物質

經過分析，懷疑斷路器垂直連桿與連桿軸套密封件之間存在機械磨損，磨損引起斷路器合閘操作時存在機械卡澀，從而造成斷路器合閘時間嚴重超標，斷路器合閘速度偏低。同時，由于斷路器三相機械磨損程度不同以及機械磨損對斷路器機械特性影響的隨機性，使得斷路器三相的合閘時間差別較大，致使斷路器合閘不同期時間嚴重超標。

為了證實推測的正確性，對斷路器軸密封件進行了解體檢查，現場檢查照片如圖4及圖5所示。從圖中可以看到更多由黑色密封件產生的黑色顆粒物附著在斷路器垂直連桿及密封件處。

在現場對斷路器垂直連桿進行了清洗、潤滑，并更換整套垂直連桿軸密封件。隨后，對斷路器機械特性參數進行了重新測量，測試數據如表3所示，機械特性曲線如圖6所示。從測試數據看出，檢修以后，該斷路器的機械特性參數皆滿足廠家技術標準要求。

表3 斷路器機械特性測試數據3

圖4 斷路器垂直連桿上附著的黑色顆粒物

圖5 斷路器垂直連桿軸密封件上的顆粒物

圖6 垂直連桿處理后斷路器機械特性曲線

2.2 原因分析

斷路器垂直連桿與連桿軸套密封件之間存在機械磨損，是造成斷路器合閘時間、合閘不同期時間嚴重超標和合閘速度偏低的直接原因。而造成斷路器垂直連桿與軸套密封件磨損的根本原因可能存在以下3個方面：

1)斷路器垂直連桿結構設計不合理。該GIS斷路器設計采用的是垂直連桿與軸密封件之間的直接接觸結構，兩者之間僅靠少量的硅脂潤滑。斷路器垂直連桿部分在廠內安裝過程或運輸過程中出現密封墊微小錯位，即會造成垂直連桿與密封件之間磨擦，為斷路器的安全運行埋下隱患。

2)斷路器垂直連桿潤滑不足。由于垂直連桿與軸密封墊之間設計采用的是直接接觸結構，斷路器在長期運行過程中，滑潤作用一旦消失，斷路器進行分合閘操作時，就會造成垂直連桿與軸密封件之間的直接機械磨擦，影響斷路器機械特性。

3)斷路器軸密封件安裝工藝問題。就如第1個方面的原因所述，如果斷路器在出廠安裝時，垂直連桿與軸密封件之間的安裝工藝不能達到垂直連桿與密封件同軸性的要求，就極可能造成垂直連桿與密封件之間的直接機械磨擦。

3 結 語

隨著GIS設備越來越廣泛的使用，GIS斷路器作為變電設備中的關鍵設備，其重要性都不言而喻。為保障斷路器的安全、可靠運行，提出以下幾點預防措施：

1)提升GIS斷路器入廠監造質量，及時發現并消除設備隱性缺陷。提升設備安裝質量，嚴把設備驗收、投運關，杜絕設備帶病投入電網運行。

2)由于GIS斷路器結構的嚴密性，在進行GIS斷路器機械特性異常分析時，除了最直接的斷路器合閘彈簧或分閘彈簧自身質量問題以外，還應該將斷路器傳動卡澀因素考慮在內。

3)對于類似垂直連桿機構的GIS斷路器或者常規空氣絕緣斷路器，應特別注意檢查斷路器垂直連桿顏色是否出現異常，是否存在黑色異物，防止類似問題的再次發生。