220kV GIS操作氣系統(tǒng)運(yùn)行分析

張代軍

摘 要：220kV GIS操作氣系統(tǒng)在現(xiàn)代電氣領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛，文章首先對(duì)220kV GIS系統(tǒng)斷路器氣動(dòng)-彈簧機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行介紹，然后對(duì)系統(tǒng)漏氣原因與異常運(yùn)行原因進(jìn)行分析，最后根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，提出運(yùn)行監(jiān)視及巡檢對(duì)策，以期對(duì)操作維護(hù)該系統(tǒng)的人員提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：220kV GIS系統(tǒng)；操作氣系統(tǒng)；運(yùn)行；分析

1 220kV GIS操作氣系統(tǒng)漏氣記錄

2015年11月04日，220kV GIS一斷路器間隔操作氣管路逆止閥聯(lián)接至A相儲(chǔ)氣罐的銅管接頭脫落，直接原因?yàn)榻宇^松動(dòng)，機(jī)組停機(jī)斷開(kāi)斷路器時(shí)震動(dòng)較大使得銅管與接頭脫落，導(dǎo)致操作氣壓泄漏。

2016年02月13日，對(duì)220kV GIS操作氣系統(tǒng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)一斷路器操作氣C相氣罐進(jìn)氣管接頭處存在漏氣現(xiàn)象，直接原因?yàn)楣苈方宇^松動(dòng)。

2016年05月15日，巡檢發(fā)現(xiàn)一斷路器操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)操作氣壓測(cè)試閥（常閉）漏氣，直接原因?yàn)殚y門(mén)接頭松動(dòng)。

2 220kV GIS斷路器氣動(dòng)-彈簧操作機(jī)構(gòu)原理

220kV GIS操作氣系統(tǒng)幾次漏氣點(diǎn)的不同使得我們對(duì)操作氣系統(tǒng)的日常巡檢及維護(hù)工作面臨更細(xì)致、更嚴(yán)格的要求。220kV GIS操作氣系統(tǒng)出現(xiàn)漏氣情況，可導(dǎo)致斷路器重合閘被閉鎖，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致斷路器分閘被閉鎖，若此時(shí)遇事故還會(huì)擴(kuò)大事故范圍，對(duì)系統(tǒng)造成重大影響。要掌握220kV GIS操作氣系統(tǒng)可能存在的漏氣點(diǎn)及漏氣原因，首先需了解220kV斷路器操作機(jī)構(gòu)的構(gòu)成和動(dòng)作原理，大致介紹如圖1。

如圖1所示，斷路器處于合閘位置時(shí)，操作機(jī)構(gòu)內(nèi)合閘彈簧處于向上伸張狀態(tài)，將氣缸內(nèi)的活塞推至最頂端，活塞桿向上伸至最長(zhǎng)，斷路器動(dòng)、靜觸頭處于閉合狀態(tài)。斷路器分閘操作時(shí)，分閘回路接通，分閘線圈帶電，通過(guò)銜鐵和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使掣子和拐臂脫扣，控制閥在彈簧的作用下向上打開(kāi)，壓縮空氣罐內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞桿帶動(dòng)斷路器動(dòng)觸頭也向下運(yùn)動(dòng)，使斷路器動(dòng)、靜觸頭分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)斷路器分閘，同時(shí)壓縮空氣推動(dòng)活塞向下使合閘彈簧壓縮蓄能（見(jiàn)圖2）。

在斷路器分閘的最后階段，分閘保持掣子將活塞桿扣住，閉鎖活塞及活塞桿的上下運(yùn)動(dòng)，使斷路器保持分閘狀態(tài)、使彈簧保持壓縮儲(chǔ)能狀態(tài)，同時(shí)活塞桿帶動(dòng)凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)將拐臂向下壓，使分閘控制閥關(guān)閉，阻斷氣罐進(jìn)入活塞氣缸的壓縮空氣，先前斷路器分閘過(guò)程中進(jìn)入活塞氣缸內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)排氣孔泄出，斷路器最后保持在分閘狀態(tài)；斷路器合閘操作時(shí)，合閘回路接通，合閘線圈帶電，通過(guò)銜鐵將分閘保持掣子與活塞桿之間的鎖扣解除，合閘彈簧所儲(chǔ)能量被釋放，活塞和活塞桿被合閘彈簧向上推動(dòng)，將斷路器動(dòng)、靜觸頭接合，實(shí)現(xiàn)斷路器合閘（整個(gè)合閘過(guò)程，分閘控制閥未動(dòng)作，活塞氣缸內(nèi)沒(méi)有壓縮空氣，通過(guò)排氣孔與大氣相通，以保持活塞氣缸內(nèi)外壓力平衡）。

3 220kV GIS操作氣系統(tǒng)漏氣分析

壓縮空氣外部流通路徑主要涉及壓縮空氣罐、銅管、截止閥、管路接頭、表計(jì)、壓力傳感器、過(guò)濾器、減壓閥、逆止閥、卸壓閥等。

漏氣點(diǎn)分析：壓縮空氣外部流通路徑尤其以截止閥、管路接頭居多，漏氣點(diǎn)容易出現(xiàn)在：三通管路接頭（如Ⅰ路供氣總管與斷路器間隔Ⅰ路供氣閥門(mén)之間的管路接頭或氣源側(cè)供氣管路與測(cè)壓管路之間的接頭等）、四通管路接頭、斷路器壓縮空氣罐進(jìn)氣管路接頭、測(cè)壓管路與表計(jì)或壓力傳感器之間的接頭以及常開(kāi)截止閥、常閉截止閥等。

漏氣原因分析：220kV GIS操作氣系統(tǒng)已投運(yùn)十余年，相關(guān)壓縮空氣管路閥門(mén)密封和接頭密封已趨于老化，加之220kV GIS運(yùn)行中這些管路和接頭長(zhǎng)期帶壓運(yùn)行，不易進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，氣體中的雜質(zhì)和水分在管路中經(jīng)過(guò)積累，易導(dǎo)致管路和接頭密封被腐蝕，從而引起接頭松動(dòng)自行漏氣或由于斷路器動(dòng)作產(chǎn)生的較強(qiáng)震動(dòng)將密封不牢固或密封老化的接頭振脫。此外，由于壓縮空氣管路制造工藝方面的原因，部分薄弱的管體可能在長(zhǎng)期帶壓過(guò)程中被擊穿形成小的漏氣砂眼；由于安裝工藝及管路中水分長(zhǎng)期積累的原因，管路接頭與管路之間容易被腐蝕，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致管路接頭與管路重疊部分由于腐蝕而直接斷裂漏氣。

壓縮空氣內(nèi)部流通路徑主要涉及壓縮空氣罐、分閘控制閥、活塞氣缸、排氣孔等，即斷路器分閘時(shí)壓縮空氣通過(guò)分閘控制閥由壓縮空氣罐進(jìn)入活塞氣缸，分閘完成時(shí)控制閥關(guān)閉，阻斷壓縮空氣罐給活塞氣缸的供氣，氣缸內(nèi)壓縮空氣通過(guò)排氣孔排至大氣。

漏氣點(diǎn)分析：從上述斷路器的分、合閘動(dòng)作原理可以看出，無(wú)論斷路器處于合閘狀態(tài)還是分閘狀態(tài)，分閘控制閥均在關(guān)閉位置，若操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部漏氣，只能是壓縮空氣罐內(nèi)氣體通過(guò)分閘控制閥并從其上方的排氣孔漏出。

漏氣原因分析：操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部漏氣主要有兩方面原因：其一，分閘控制閥關(guān)閉不嚴(yán)，出現(xiàn)此種情況的原因可能是氣壓不夠、彈簧彈力降低、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障使得控制閥未完全關(guān)閉到位，從而壓縮空氣罐內(nèi)氣體通過(guò)控制閥并從其上方的排氣孔漏出；其二、分閘控制閥密封老化、腐蝕或雜質(zhì)卡澀密封不嚴(yán)，分閘控制閥與壓縮空氣罐之間有2處密封，分別位于控制閥靠氣罐側(cè)的上下端，若這兩處密封不嚴(yán)，斷路器壓縮空氣罐內(nèi)氣體將緩慢通過(guò)控制閥并從其上方的排氣孔漏出，造成氣罐壓力緩慢下降的現(xiàn)象。

4 220kV GIS操作氣系統(tǒng)異常運(yùn)行原因分析

4.1 某一點(diǎn)漏氣導(dǎo)致其余斷路器間隔操作氣壓普遍降低

通過(guò)最近幾次漏氣情況發(fā)現(xiàn)，在220kV所有斷路器均沒(méi)有分合閘操作時(shí)，某一點(diǎn)出現(xiàn)漏氣會(huì)導(dǎo)致所有斷路器間隔操作氣罐壓力降低，說(shuō)明當(dāng)該點(diǎn)漏氣導(dǎo)致兩路供氣總管壓力降低后，未漏氣的斷路器間隔操作氣罐均存在向總供氣管路回流壓縮空氣的現(xiàn)象，由此可以判斷：斷路器間隔操作氣罐與兩路供氣總管之間的逆止閥普遍存在反向密封不嚴(yán)的問(wèn)題。例如逆止閥內(nèi)密封老化、逆止閥內(nèi)氣體雜質(zhì)積累卡澀導(dǎo)致反向關(guān)閉不嚴(yán)等。雖然空壓機(jī)出口氣源管路配置有氣水分離裝置，但由于此裝置自投運(yùn)至今從未拆卸清理和維護(hù)，完全有可能對(duì)壓縮空氣中的水分和雜質(zhì)未起到有效的過(guò)濾作用，氣體中的顆粒雜質(zhì)和水分便會(huì)滲入到各供氣管路、閥門(mén)、接頭等部位，造成堵塞或腐蝕現(xiàn)象，從而導(dǎo)致逆止閥反向密封不嚴(yán)的問(wèn)題。

4.2 斷路器間隔操作氣罐壓力緩慢降低（無(wú)分合閘操作或操作很少）

2016年02月中旬至05月中旬，220kV GIS除206斷路器有分合閘操作外，其余斷路器間隔基本沒(méi)有分合閘操作，這段時(shí)間220kV GIS各斷路器間隔氣壓總體上呈現(xiàn)緩慢降低的情況，原因大致有三：第一、操作機(jī)構(gòu)內(nèi)分閘控制閥關(guān)閉不到位或密封不嚴(yán)，使得壓縮空氣罐內(nèi)氣體緩慢從排氣孔滲出，雖然空壓機(jī)有啟動(dòng)補(bǔ)氣行為，但是若逆止閥兩側(cè)氣壓差值達(dá)不到正向?qū)ú顗海嬷归y不會(huì)導(dǎo)通；第二、由于壓縮空氣管路制造工藝方面的原因，部分薄弱的管體可能在長(zhǎng)期帶壓過(guò)程中被擊穿形成小的漏氣砂眼，加之逆止閥的反向密封性能影響，結(jié)果同第一點(diǎn)分析；第三、由斷路器分合閘原理可知，斷路器每分閘一次，將消耗一部分壓縮空氣，由于逆止閥的反向密封性能下降，206斷路器每分閘一次都會(huì)導(dǎo)致其余間隔氣壓下降，即使有空壓機(jī)的啟動(dòng)補(bǔ)氣行為，也會(huì)同第一點(diǎn)的分析一樣涉及逆止閥的導(dǎo)通和排氣孔的滲氣情況，同樣會(huì)導(dǎo)致氣罐壓力緩慢下降。

4.3 斷路器間隔操作氣罐補(bǔ)氣速度偏慢

空壓機(jī)補(bǔ)氣時(shí)斷路器氣罐氣壓上升速度與逆止閥正向?qū)ㄩ_(kāi)度和操作機(jī)構(gòu)排氣孔滲氣速度有關(guān)，逆止閥兩側(cè)差壓越大，排氣孔滲氣速度越慢，則氣罐補(bǔ)氣速度越快，氣壓上升越快，因此目前可考慮將減壓閥后壓力定值再適當(dāng)提高一些，增大斷路器操作氣罐逆止閥兩側(cè)差壓，以便逆止閥正向?qū)ǖ轿?。此外，若操作氣管路氣水分離器性能下降，使得進(jìn)入氣源總管路的水分和雜質(zhì)積累過(guò)多，將會(huì)導(dǎo)致壓縮空氣不純、逆止閥卡澀或密封老化腐蝕等情況，也會(huì)導(dǎo)致氣罐補(bǔ)氣速度的降低。

5 運(yùn)行監(jiān)視及巡檢對(duì)策

由于220kV GIS操作氣系統(tǒng)投運(yùn)已十余年，相關(guān)管路、閥門(mén)、接頭及其密封等缺少定期保養(yǎng)與維護(hù)，老化現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)，漏氣現(xiàn)象已逐漸增多，運(yùn)行巡檢及值班應(yīng)多加關(guān)注，從上述斷路器間隔操作氣漏氣案例分析可以看出，操作氣漏氣是一個(gè)從緩慢到突變的過(guò)程，只要關(guān)注和跟蹤及時(shí)，漏氣情況可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制。

（1）中控室值班期間，應(yīng)關(guān)注和統(tǒng)計(jì)空壓機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)啟動(dòng)頻繁或運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則須立即現(xiàn)地排查除漏，必要時(shí)采取隔離措施，通知專(zhuān)業(yè)人員處理；尤其在220kV斷路器有分、合閘操作時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注。（2）每日巡查工作須特別關(guān)注220kV GIS操作氣系統(tǒng)各間隔氣壓變化情況，當(dāng)氣壓普遍低于額定值時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并聯(lián)合專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行檢查排漏。（3）巡檢負(fù)責(zé)人應(yīng)每天核實(shí)220kV GIS操作氣系統(tǒng)巡檢結(jié)果，并做好記錄。（4）中控室值班期間統(tǒng)計(jì)220kV GIS操作氣空壓機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，目的在于及早發(fā)現(xiàn)漏氣趨勢(shì)。

以上僅為個(gè)人分析，僅供參考，若有不妥之處敬請(qǐng)告知或討論。