一起220 kV GIS隔離開關(guān)合閘不到位原因分析

楊舟，邱鵬鋒，鐘志剛，馬御棠

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，云南 昆明 650000；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663099）

0 前言

GIS 內(nèi)隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用量大，對變電站的設(shè)計(jì)、建立和安全運(yùn)行的影響均較大，是電網(wǎng)中重要的開關(guān)電器之一。在實(shí)際的運(yùn)行中因?yàn)楦鞣N因素諸如運(yùn)行情況、維護(hù)情況、操作失誤以及開關(guān)質(zhì)量等都會使得GIS 隔離開關(guān)出現(xiàn)故障，由于GIS 全封閉式的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其內(nèi)部隱患難以直接觀察判斷，為確保電力系統(tǒng)安全有效地穩(wěn)定運(yùn)行，必須仔細(xì)分析故障產(chǎn)生的原因，尋求最佳的處理方案以及后續(xù)預(yù)防措施。

1 缺陷基本情況

1.1 設(shè)備運(yùn)行情況

2022 年7 月某日，某局運(yùn)行人員完成220 kV 1 號主變201 斷路器由Ⅱ母倒至Ⅰ母運(yùn)行的操作任務(wù)，按照GIS 設(shè)備隔離開關(guān)操作項(xiàng)目檢查未發(fā)現(xiàn)異常。7 月某日，地調(diào)通知220 kV 1 號主變高壓側(cè)電流C 相指示為零，A、B 相電流指示正常。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)后臺機(jī)、故障錄波裝置、PMU、測控裝置、保護(hù)裝置上的1 號主變高壓側(cè)電流和地調(diào)通知情況一致，現(xiàn)場檢查2011 隔離開關(guān)位置，后臺及匯控柜位置顯示2011 在合閘位置，三相公共合閘指示距離合閘位置欠位6 mm，超出合閘指示范圍，使用廠家提供的定位銷穿過定位孔檢查發(fā)現(xiàn)，定位銷距離合閘定位點(diǎn)偏差約為5 mm（標(biāo)準(zhǔn)為±2 mm），判定隔離開關(guān)合閘不到位，需立即停電。

現(xiàn)場確證2011 隔離開關(guān)合閘不到位后，操作合上2012 隔離開關(guān)，拉開2011 隔離開關(guān)，將201 斷路器由Ⅰ母倒至Ⅱ母，檢查2012 隔離開關(guān)機(jī)械、電氣指示正常，合閘到位，2011 隔離開關(guān)的匯控箱和后臺位置顯示在不定態(tài)，1 號主變高壓側(cè)三相電流指示正常，現(xiàn)場檢查2011隔離開關(guān)分閘不到位，定位銷距離分閘定位點(diǎn)偏差約為4.5 mm（標(biāo)準(zhǔn)為±2 mm），分閘不到位，手動操作將2011 隔離開關(guān)分閘到位后，匯控箱和后臺位置顯示在分位。

1.2 解體檢查情況

對其進(jìn)行拆蓋檢查發(fā)現(xiàn)A 相靜觸頭座燒傷較為嚴(yán)重，動觸頭有燒蝕后的少量白色附著物；B 相有輕微放電，靜觸頭座少量觸指炭化變黑；C 相燒蝕嚴(yán)重，靜觸座內(nèi)存在大量觸頭燒蝕后的金屬粉塵，觸頭座、觸指座梅花觸指炭化變黑，屏蔽罩有放電但燒蝕輕微。三相觸頭、觸指均存在不同程度的異常，C 相動、靜觸頭均燒蝕嚴(yán)重，A 相約90% 靜觸頭及對應(yīng)動觸頭觸指存在發(fā)熱燒蝕痕跡，B 相輕微燒燒，6 片觸指外金屬鍍層脫落，如圖1～圖3 所示。

圖1 從左到右A相、B相、C相靜觸頭情況

圖2 從左到右A相、B相、C相動觸頭情況

圖3 從右到左C相動觸頭、靜觸頭、屏蔽罩等

B 相靜觸頭大約有30% 觸指放電燒傷，A相靜觸頭大約有90%觸指放電燒傷，燒蝕情況比B 相嚴(yán)重。

另外，2011 隔離開關(guān)動觸頭在分閘位置時(shí)存在分閘不到位的情況。依據(jù)設(shè)計(jì)值，動觸頭位置應(yīng)該在屏蔽罩內(nèi)部約2 mm 的位置，但開蓋檢查其分閘位置動觸頭在屏蔽罩外部約10 mm位置。

2 分解產(chǎn)物及X射線檢測情況

2.1 分解產(chǎn)物檢測

7 月某日對2011 隔離開關(guān)氣室做氣體分析試驗(yàn)（如圖4），分解產(chǎn)物中SO2嚴(yán)重超標(biāo)（實(shí)測值501 μL/L，規(guī)程值不大于3 μL/L），H2S超標(biāo)（實(shí)測值11.7 uL/L，規(guī)程值不大于2 μL/L），濕度20 ℃超標(biāo)（實(shí)測值400 μL/L，規(guī)程值不大于300 μL/L），分解產(chǎn)物中HF 測試提示超標(biāo)。8 月某日，再次開展檢測（如圖5），2011 隔離開關(guān)分解產(chǎn)物中SO2嚴(yán)重超標(biāo)（實(shí)測值248.5 μL/L，規(guī)程值不大于3 μL/L），H2S正常（實(shí)測值0 uL/L，規(guī)程值不大于2 μL/L），濕度20 ℃（實(shí)測值30.1 μL/L，規(guī)程值不大于300 μL/L），分解產(chǎn)物中HF 測試提示超標(biāo)。

圖4 從左到右2011隔離開關(guān)C相、A相斷口X射線圖譜

圖4 7月9日氣體分析結(jié)果

圖5 2011機(jī)構(gòu)箱俯視圖

圖5 8月12日氣體分析結(jié)果

經(jīng)過1 個(gè)月氣室自然冷卻、吸附劑吸附后，SO2、H2S 有所下降，但是SO2仍嚴(yán)重超標(biāo)，并提示分解物很高，存在高能量故障。推斷為內(nèi)部發(fā)生電弧放電導(dǎo)致SF6氣體分解。

2.2 X射線檢測

8 月某日，技術(shù)人員對2011 隔離開關(guān)氣室開展X 射線檢測（如圖4），通過圖譜發(fā)現(xiàn)該隔離開關(guān)觸頭、觸指輪廓清晰、彈簧未見位移，端部未見明顯變形、缺口或鋸齒狀，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，需解體后進(jìn)一步檢查。

3 隔離開關(guān)電氣部分檢查情況

3.1 檢查隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的輔助開關(guān)接點(diǎn)

輔助開關(guān)部分接線端子外表面銹蝕，輔助接點(diǎn)切換觸頭塑料密封片完整，內(nèi)部切換觸頭無明顯銹蝕，在分合閘到位時(shí)測量各接點(diǎn)通斷正常，匯控箱隔離開關(guān)位置對應(yīng)正確。機(jī)構(gòu)箱密封不良、底部存在積水，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)長期受潮嚴(yán)重，導(dǎo)致緩沖塊防松擋卡、緩沖碟簧、齒輪盤表面銹蝕，如圖5 和圖6 所示。

圖6 機(jī)構(gòu)箱正面圖

3.2 檢查隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱電機(jī)

8 月某日首次測量電機(jī)電阻，其中定子端紅藍(lán)為5.8 Ω（標(biāo)準(zhǔn)值為7.8±2 Ω），轉(zhuǎn)子端綠黑為6 Ω（標(biāo)準(zhǔn)值為7±2 Ω），電機(jī)阻值在合格范圍內(nèi)，電機(jī)按照設(shè)計(jì)回路接線，接線正確，電機(jī)外部傳動齒輪與直齒輪嚙合良好。電動操作分合隔離開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)聲音較大，電機(jī)輸出受阻，在連續(xù)操作兩三次后，電機(jī)明顯發(fā)熱。8 月某日電機(jī)在大約電動10 次分合操作后，電機(jī)受損，不能電動，測量其定子端電阻約為7 Ω，轉(zhuǎn)子端電阻約為1.5 Ω，轉(zhuǎn)子端電阻明顯下降，內(nèi)部已有短路故障。拆解電機(jī)檢查，電機(jī)防護(hù)罩內(nèi)有氧化物，電機(jī)碳刷磨損嚴(yán)重，電機(jī)繞組發(fā)黑，如圖7 所示。

圖7 從左到右電機(jī)繞組發(fā)黑、電機(jī)碳刷磨損、電機(jī)防護(hù)罩內(nèi)氧化物

3.2 檢查機(jī)構(gòu)箱總輸出角度

機(jī)構(gòu)箱總輸出拐臂在帶本體情況下的輸出角度約為50°，小于標(biāo)準(zhǔn)值為60°，總輸出角度不足，導(dǎo)致隔離開關(guān)分合不到位。在機(jī)構(gòu)箱脫開外部傳動連桿后測量機(jī)構(gòu)拐臂輸出的角度，大約也為53°左右，比機(jī)構(gòu)帶著傳動連桿是輸出角度略有增加，增大約2°～3°，如圖8 所示。

圖8 機(jī)構(gòu)總輸出拐臂分合閘位置時(shí)劃線及角度測量

4 隔離開關(guān)機(jī)械部分檢查情況

4.1 檢查隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)齒輪

直齒輪、錐齒輪各齒完整，無斷齒，嚙合良好，齒輪上潤滑脂流失、變干，潤滑失效，渦輪與蝸桿配合良好，在手動、電動操作時(shí)齒輪無明顯卡滯。

4.2 檢查機(jī)構(gòu)箱內(nèi)緩沖碟簧

碟簧本體銹蝕嚴(yán)重，固定碟簧的軸銷防松擋卡銹蝕，手動、電動分合閘到位時(shí)測量分閘、合閘緩沖碟簧壓縮量分別約為23 mm、21 mm，標(biāo)準(zhǔn)值為20.5 mm，分、合閘緩沖碟簧壓縮量不足。

4.3 檢查隔離開關(guān)外部傳動部件

外部傳動連桿固定螺母無松動、開口銷無缺失；拐臂、連桿無變形、無銹蝕，拐臂與連桿連接處有積污，軸銷部位潤滑脂流失，潤滑失效。用手扳動檢查連桿與拐臂連接處軸銷部位卡滯情況：其中A 相、B 相拐臂軸銷存在卡澀，A 相在扳動檢查是發(fā)現(xiàn)拐臂與連桿處積污嚴(yán)重，在運(yùn)動時(shí)在接觸面有較大摩擦痕跡；B 相機(jī)構(gòu)箱總輸出拐臂軸銷與連桿連接處卡澀嚴(yán)重，在進(jìn)行多次潤滑后，可以靈活轉(zhuǎn)動；C 相拐臂軸銷卡澀不明顯。拐臂軸銷的卡澀導(dǎo)致隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中增加了阻力。

4.3.1 分合閘后拐臂定位孔與分合閘定位點(diǎn)偏差檢查

手動合閘，到合閘限位行程開關(guān)剛斷開點(diǎn)時(shí)，用定位銷查看定位孔與合閘定位點(diǎn)偏差（如表1 所示）。A：-4.4 mm，B：-5.5 mm，C：-4.5 mm。手動分閘，到分閘限位行程開關(guān)剛斷開點(diǎn)時(shí)，用定位銷查看定位孔與分閘定位點(diǎn)偏差。A：-4.4 mm，B：-4 mm，C：-5.5 mm。電動合閘，在機(jī)構(gòu)合閘停止后，用定位銷查看定位孔與合閘定位點(diǎn)偏差。A：-5 mm，B：-5 mm，C：-4.5 mm。電動分閘，在機(jī)構(gòu)分閘停止后，用定位銷查看定位孔與分閘定位點(diǎn)偏差。A：-4.5 mm，B：-4 mm，C：-5.5 mm。

表2 分合閘數(shù)據(jù) （單位 / mm）

從以上數(shù)據(jù)看出，手動操作到分閘限位行程開關(guān)剛斷開點(diǎn)時(shí)與電動操作停止時(shí)，定位孔與合閘定位點(diǎn)偏差基本一致，說明電動操作到限位行程開關(guān)剛斷開點(diǎn)時(shí)機(jī)構(gòu)就停止緩沖了，造成分、合閘不到位。

4.3.2 分合閘后動觸頭插入深度檢查

開隔離開關(guān)氣室側(cè)孔蓋，手動合閘到位后，對動觸頭插入位置進(jìn)行標(biāo)記，手動分開后測量其插入深度為：A：28.5 mm，B：28.5 mm，C：26 mm，標(biāo)準(zhǔn)插入深度為28 mm～29 mm。電動合閘操作后，對動觸頭插入位置進(jìn)行標(biāo)記，分開后測量其插入深度為：A：17.5 mm，B：17.5 mm，C：15 mm?？梢钥闯鲭妱雍祥l操作隔離開關(guān)動觸頭插入靜觸頭深度比手動合閘到位時(shí)，三相均減少了11 mm，說明電動合閘不到位，其中C 相插入最少，燒蝕也最嚴(yán)重。

表2 分合閘數(shù)據(jù) （單位 / mm）

4.4 隔離開關(guān)本體內(nèi)部傳動部件檢查

將隔離開關(guān)外部傳動連桿、拐臂拆開，用力矩扳手檢查拐臂盒輸出軸力矩，檢查結(jié)果如表3 所示。

表3 分合閘數(shù)據(jù) （單位 / N·m）

通過該表來看A、B 相內(nèi)部傳動部件運(yùn)動正常，無明顯卡澀現(xiàn)象，C 相內(nèi)部放電燒蝕后，絕緣拉桿傳動部件存在明顯卡澀。

5 隔離開關(guān)本體動靜觸頭插入配合檢查

手動分合閘操作，觀察剛插入時(shí)的角度，動、靜觸頭中心對正，能正常插入，觸指、觸頭未發(fā)現(xiàn)明顯摩擦痕跡，電動操作，動觸頭也可以對中插入靜觸頭，動、靜觸頭插入配合沒有問題。

6 原因分析

綜合以上對隔離開關(guān)氣室、機(jī)構(gòu)箱電氣部分、機(jī)構(gòu)箱機(jī)械部分、外部傳動部件、本體內(nèi)部傳動部件以及本體動靜觸頭配合檢查、排查及試驗(yàn)情況，該隔離開關(guān)合閘不到位有以下兩方面的原因：

隔離開關(guān)合閘不到位的主要原因是隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱密封不良，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)長期受潮嚴(yán)重，導(dǎo)致電機(jī)性能下降，隔離開關(guān)電機(jī)輸出扭矩不足，導(dǎo)致輸出拐臂總輸出大約為50°左右（標(biāo)準(zhǔn)值為60°），電機(jī)帶動機(jī)構(gòu)到合閘限位行程開關(guān)剛斷開點(diǎn)時(shí)就停止轉(zhuǎn)動，無繼續(xù)緩沖合閘行程，導(dǎo)致隔離開關(guān)合閘不到位。

該隔離開關(guān)合閘不到位的次要原因是外部傳動連桿與拐臂連接處的軸承卡澀，導(dǎo)致操作力矩增大。

7 結(jié)束語

合閘不到位是造成2011 隔離開關(guān)觸頭燒蝕的主要原因。合閘不到位的主要原因是電機(jī)輸出力矩不足，機(jī)構(gòu)拐臂總輸出角度不夠，導(dǎo)致隔離開關(guān)合閘不到位，動觸頭插入深度不足，動靜觸頭虛接，導(dǎo)致電弧放電燒蝕動觸頭，動靜觸頭接觸間隙增大，導(dǎo)致負(fù)荷電流為零。對如何預(yù)防此類故障的發(fā)生提出了改進(jìn)措施如下：

1）嚴(yán)格把關(guān)電動操作機(jī)構(gòu)的選材。對電動機(jī)、機(jī)械限位裝置定位件及主軸等零部件材質(zhì)和機(jī)械尺寸的選擇嚴(yán)格按照產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行，提高設(shè)備的可靠性。

2）加強(qiáng)設(shè)備的巡視檢查，對存在異常的隔離開關(guān)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)與檢修，嚴(yán)防家族性缺陷的產(chǎn)生。

3）對常年處于潮濕運(yùn)行環(huán)境的機(jī)構(gòu)箱、匯控箱重點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)維檢修，保證其防潮密封性，延長電氣元件的使用壽命。

4）正常倒閘操作時(shí)，注意觀察外部傳動動作是否順暢，聽電機(jī)、機(jī)構(gòu)動作聲音是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常，需要核查拐臂定位點(diǎn)是否在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)。

5）在停電檢修時(shí)，重點(diǎn)檢查機(jī)構(gòu)箱的密封性，對于老化變形的密封膠條更換，密封后對密封面打膠做好雙重保護(hù)；對機(jī)構(gòu)內(nèi)受潮銹蝕的二次元器件進(jìn)行更換，傳動齒輪進(jìn)行潤滑，嚙合不良的要進(jìn)行更換；測量電機(jī)絕緣電阻和直流電阻，對比歷史數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，若不合格或偏差較大，則因查明原因，更換電機(jī)或損壞的部件；檢查緩沖碟簧是否銹蝕，對銹蝕的緩沖碟簧進(jìn)行更換。