GIS断路器常见故障分析及探讨

刘涛

国网山西超高压变电公司  山西太原 030000

摘要:GIS设备以其优越的性能在多个变电站得到应用,其复杂的结构特性决定了其维修难度大和时间长｡保证GIS断路器运行质量,对提高运行变电站供电可靠性､降低设备检修成本具有重要意义｡本文针对GIS断路器的一些常见故障类型进行讨论,结合典型的故障实例对故障原因进行分析,总结出一些故障防范措施,以期为GIS断路器的检修工作提供参考｡

关键词:GIS;断路器:储能机构;故障

气体绝缘开关设备(GIS)是由断路器､隔离开关､接地开关､互感器､避雷器､母线等电气设备组成的封闭式组合电器,具有占地空间小､检修维护工作量小､故障发生率低等优点,广泛应用于不同电压等级的变电站中｡然而由于GIS设备的结构较复杂,一旦发生故障便存在故障排查困难､检修工作复杂等缺点,造成停电时间长､影响范围大等较严重的后果,因此有必要对GIS设备的常见故障进行分析,从中吸取经验教训,加强防范措施,尽可能消除GIS设备存在的隐患和缺陷,避免故障的发生｡

1GIS断路器常见故障类型

1.1绝缘故障

GIS设备发生绝缘故障的原因主要是内部闪络以及局部放电,内部绝缘故障多发生在盆式绝缘子､支持绝缘子､断路器绝缘拉杆等处,其具有破坏性,因此,在GIS设备安装期间,就应当进行工频耐压试验｡分析绝缘故障的主要原因,一是设备材质存在质量问题,二是GIS设备内部存在杂质,三是悬浮电位放电｡研究表明,GIS设备内部存在的微粒,在GIS内部电场的作用下会向电场较强的方向运动,容易附着在绝缘子表面,从而降低绝缘子耐压水平｡

另外,在气室最终封闭之前,应对所有气室内部的盆式绝缘子或支持绝缘子进行清洁检查,使用无毛纸和清洁剂进行处理后,仔细查看绝缘子表面是否有裂纹或损伤｡在定期清理中,用无尘室净化室专用的大功率吸尘器对气室内部进行清理,特别是清理一些微小的金属屑｡在安装过程中,也要注意检查母线表面以及外壳内壁表面的光洁度,如果发现毛刺则应引起重视,立即通知厂家进行处理｡GIS设备内部毛刺的存在将会导致内部场强分布不均匀,容易引起尖端局部悬浮电位放电｡

1.2SF6气体泄漏

所有GIS故障中,SF6气体泄漏故障发生概率最高｡因此,在安装过程中应采取正确的简陋试验方法,确保GIS气室密封性符合要求｡目前检查GIS气室密封性的主要手段是采取局部包扎法,即在GIS抽真空处理并充好SF6气体24h后,用塑料薄膜将GIS各接口处进行局部包扎,经过5h后对塑料薄膜内SF6气体浓度进行检测,若结果低于30μg/L,则认为密封合格｡但是采用这种对密封面局部包扎的方法,包扎的容积很小而且不规则,具体数值是难以精确测量的｡仅仅依靠局部包扎法测得的数据并不能保证气室年漏气率低于1%的标准,因此将局部包扎法的测量判据变小,当实测值大于10μg/L时,则重点进行检查｡对于具备条件的设备,可以进行定期测试,根据SF6气体浓度的变化趋势来判断密封性是否合格,尽量减少误判的可能性｡分析气体泄漏的部位,主要还在于法兰密封面､充气阀以及压力表等处｡因此在设计之初,就应当选择高品质的充气阀和压力表,降低这些部位发生气体泄漏的可能性｡

2弹簧机构典型故障实例

某220kV变电站110kV侧152线路采用无锡恒驰中兴开关有限公司生产的GIS设备,于2014年7月31日投运｡2018年8月5日,该变电站152线路各保护动作,但152断路器拒分,报“控制回路断线”信号｡现场检查发现,152断路器指示在合闸位置,储能指示牌在中间状态;断路器机构箱分闸线圈1烧毁;断路器合闸不到位且储能不到位;储能行程开关没有切换,接点断开,但此时信号仍显示储能到位｡

用千斤顶将合闸连杆顶至合闸到位状态｡此时储能行程开关被压紧,指示机构为未储能状态,并将断路器储能控制回路接通,启动电机进行储能,储能到位后行程开关再次切换,断开储能控制回路,指示机构为已储能状态｡之后对断路器进行机械特性试验,数据见表1,试验结果符合厂家技术标准(合闸时间≤100ms,分闸时间<40ms),但合闸时间与出厂值相比增长较大｡于是对合闸弹簧进行调整,如图1所示,增加压缩量约15mm｡再进行多次机械特性试验,断路器均能正常分､合闸及储能,试验结果稳定,且合闸时间缩短为84ms左右｡

图1调整合闸弹簧压缩量

3GIS断路器故障防范措施

3.1严控设备出厂监造验收

GIS设备所有元器件如继电器､行程开关､限位开关､转换开关､分合闸弹簧､按钮等应选用质量可靠的产品,在3C强制认证目录中的元器件必须通过认证｡要求厂家提供行程开关动作测试报告｡

3.2加强现场安装调试工艺把关

设备现场安装后和准备投运前,要求厂家再次进行储能行程开关各节点动作特性的测试,验证动作时序正确､闭锁功能正常;加强各元器件的紧固检查,避免后期断路器操作振动导致松动｡

3.3严格执行例行检修工艺要求

GIS断路器例行检修不应只做机械特性试验,应严格按照作业卡要求执行各项工序,重点包括以下内容｡①二次元器件检查:行程开关､远方就地转换开关正常切换;分合闸按钮动作灵活;分合闸线圈电阻值应在合格范围内;辅助开关动作､继电器吸合应无卡涩,并采用专用润滑剂进行润滑;电机回路电阻值正常,齿轮无磨损;对于故障率高的储能行程开关,进行例行检修时可在机构已储能状态下手动缓慢释放能量,直至储能行程开关动作,然后恢复储能电源,从而检查储能到位后行程开关能否正常切换｡②二次回路检查:所有二次接线应牢固无断线｡由于断路器分合闸动作时产生的强烈振动可能使二次回路接线端子松动,因此在试验结束后应将所有接线端子都紧固一遍｡③端子箱､机构箱检查:箱体无变形､锈蚀且封堵良好;加热驱潮设备应能正常工作,防止机构受潮导致二次元器件故障｡④液压机构检查:液压油位正常,无渗漏油;测量零起打压时间｡⑤弹簧机构检查:机械特性试验的分合闸时间与上次试验对比应无明显变化;对转动部位润滑后应进行多次分合闸操作(建议至少分合10次以上),使机构充分磨合｡

4结语

GIS断路器作为气体绝缘变电站中的重要设备,其运行的可靠性影响着电力系统的运行状况,一旦发生故障就有可能造成严重的事故｡从历史故障情况统计发现,储能机构､储能回路是GIS断路器故障频发的部位,为此本文通过对2起GIS断路器机构典型故障实例进行分析,揭示了故障产生的原因,暴露出GIS断路器设备元件质量不过关､设备安装调试工艺不良､设备设计存在缺陷等问题,在此基础上建议检修人员加强设备出厂､安装､调试及验收质量把关,在例行检修时严格执行各项工艺要求,以便及时发现并消除设备存在的隐患和缺陷,避免故障的发生,提高设备运行的可靠性和安全性｡

参考文献

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