一起GIS斷路器合閘機(jī)械特性異常原因分析

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(國網(wǎng)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(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、檢修維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于中國電力系統(tǒng)[1]。斷路器因具有滅弧功能，能夠關(guān)合、開斷正常負(fù)荷電流及故障大電流，是保證GIS安全正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。斷路器操作機(jī)構(gòu)作為斷路器核心部件之一，是保證斷路器正常開斷、分合運(yùn)行及故障電流的關(guān)鍵。該部件的可靠動作是保證斷路器正常運(yùn)行，保證電網(wǎng)設(shè)備安全、供電可靠的重要基礎(chǔ)[2]。

斷路器合閘不同期時(shí)間是斷路器機(jī)械特性參數(shù)之一，表示的是斷路器三相合閘動作時(shí)間差的最大值[3]，具有嚴(yán)格的廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，合閘不同期時(shí)間過大，將會導(dǎo)致斷路器動靜觸頭間產(chǎn)生過電壓，嚴(yán)重時(shí)將引起斷路器的爆炸。

下面對某220 kV GIS斷路器合閘時(shí)間、合閘不同期時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)、合閘速度偏低缺陷案例進(jìn)行分析，排查、核實(shí)測試數(shù)據(jù)異常原因，并總結(jié)類似斷路器操作機(jī)構(gòu)檢修經(jīng)驗(yàn)，為提升斷路器安裝、驗(yàn)收、運(yùn)維質(zhì)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(jī)構(gòu)型號為CT20-Ⅳ，分相彈簧操作機(jī)構(gòu)，于2014年10月投運(yùn)。2017年7月，在對該斷路器進(jìn)行例行試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)該斷路器機(jī)械特性測試數(shù)據(jù)異常，測試所使用的機(jī)械特性測試儀型號為GKC433E。測試數(shù)據(jù)如表1所示，從表中可以看出該斷路器C相合閘時(shí)間剛好滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但A、B兩相合閘時(shí)間分別比標(biāo)準(zhǔn)上限大22.00%、26.55%，明顯偏大；合閘速度偏低，合閘不同期時(shí)間達(dá)28.2 ms，嚴(yán)重超過廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的“≤4 ms”，是標(biāo)準(zhǔn)上限值的7.05倍。

表1 斷路器機(jī)械特性測試數(shù)據(jù)1

同時(shí)，該斷路器的機(jī)械特性測試曲線如圖1所示，從機(jī)械特性曲線圖中未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

圖1 例行試驗(yàn)斷路器機(jī)械特性測試曲線

2 缺陷原因分析

2.1 缺陷原因排查

現(xiàn)場首先對斷路器操作機(jī)構(gòu)外觀進(jìn)行了初步檢查，并未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。

為了排除測試儀器誤差導(dǎo)致的測試數(shù)據(jù)異常，使用了另一套同型號、同生產(chǎn)廠家的機(jī)械特性測試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。經(jīng)過對比，測試數(shù)據(jù)仍與初次測試結(jié)果相似，證實(shí)該斷路器本身存在缺陷。

通過對測試數(shù)據(jù)的初步分析，認(rèn)為斷路器合閘彈簧疲軟是造成斷路器合閘時(shí)間及合閘不同期時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)、合閘速度偏低的主要原因。因此，現(xiàn)場對斷路器合閘彈簧壓縮量進(jìn)行了調(diào)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(shí)間及合閘不同期時(shí)間，達(dá)到提升斷路器合閘速度的目的。

表2 斷路器機(jī)械特性測試數(shù)據(jù)2

對斷路器合閘彈簧壓縮量調(diào)節(jié)后，再次進(jìn)行機(jī)械特性測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)斷路器合閘時(shí)間及合閘不同期時(shí)間皆滿足廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，測試數(shù)據(jù)如表2所示。斷路器機(jī)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的2.9～3.6 m/s。

圖2 調(diào)節(jié)彈簧壓縮量后斷路器機(jī)械特性曲線

經(jīng)過反復(fù)分析及現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)該斷路器垂直連桿上附著一層黑色物質(zhì)，如圖3所示。

圖3 斷路器垂直連桿上的黑色物質(zhì)

經(jīng)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(jī)械磨損，磨損引起斷路器合閘操作時(shí)存在機(jī)械卡澀，從而造成斷路器合閘時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)，斷路器合閘速度偏低。同時(shí)，由于斷路器三相機(jī)械磨損程度不同以及機(jī)械磨損對斷路器機(jī)械特性影響的隨機(jī)性，使得斷路器三相的合閘時(shí)間差別較大，致使斷路器合閘不同期時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)。

為了證實(shí)推測的正確性，對斷路器軸密封件進(jìn)行了解體檢查，現(xiàn)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(chǎn)生的黑色顆粒物附著在斷路器垂直連桿及密封件處。

在現(xiàn)場對斷路器垂直連桿進(jìn)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(jī)械特性參數(shù)進(jìn)行了重新測量，測試數(shù)據(jù)如表3所示，機(jī)械特性曲線如圖6所示。從測試數(shù)據(jù)看出，檢修以后，該斷路器的機(jī)械特性參數(shù)皆滿足廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 斷路器機(jī)械特性測試數(shù)據(jù)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(jī)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(jī)械磨損，是造成斷路器合閘時(shí)間、合閘不同期時(shí)間嚴(yán)重超標(biāo)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(gè)方面：

1)斷路器垂直連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。該GIS斷路器設(shè)計(jì)采用的是垂直連桿與軸密封件之間的直接接觸結(jié)構(gòu)，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(nèi)安裝過程或運(yùn)輸過程中出現(xiàn)密封墊微小錯(cuò)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(yùn)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(shè)計(jì)采用的是直接接觸結(jié)構(gòu)，斷路器在長期運(yùn)行過程中，滑潤作用一旦消失，斷路器進(jìn)行分合閘操作時(shí)，就會造成垂直連桿與軸密封件之間的直接機(jī)械磨擦，影響斷路器機(jī)械特性。

3)斷路器軸密封件安裝工藝問題。就如第1個(gè)方面的原因所述，如果斷路器在出廠安裝時(shí)，垂直連桿與軸密封件之間的安裝工藝不能達(dá)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(jī)械磨擦。

3 結(jié) 語

隨著GIS設(shè)備越來越廣泛的使用，GIS斷路器作為變電設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其重要性都不言而喻。為保障斷路器的安全、可靠運(yùn)行，提出以下幾點(diǎn)預(yù)防措施：

1)提升GIS斷路器入廠監(jiān)造質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備隱性缺陷。提升設(shè)備安裝質(zhì)量，嚴(yán)把設(shè)備驗(yàn)收、投運(yùn)關(guān)，杜絕設(shè)備帶病投入電網(wǎng)運(yùn)行。

2)由于GIS斷路器結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性，在進(jìn)行GIS斷路器機(jī)械特性異常分析時(shí)，除了最直接的斷路器合閘彈簧或分閘彈簧自身質(zhì)量問題以外，還應(yīng)該將斷路器傳動卡澀因素考慮在內(nèi)。

3)對于類似垂直連桿機(jī)構(gòu)的GIS斷路器或者常規(guī)空氣絕緣斷路器，應(yīng)特別注意檢查斷路器垂直連桿顏色是否出現(xiàn)異常，是否存在黑色異物，防止類似問題的再次發(fā)生。