一起HGIS设备隔离开关合闸故障原因分析

一起HGIS设备隔离开关合闸故障原因分析

李家定

江门供电局

摘要：某变电站HGIS设备在倒闸操作中出现一起隔离开关不能正常合闸的缺陷，通过对故障设备进行原因分析及解体检查，发现该缺陷的主要原因是隔离开关的电动机构与原设计不符，变更后的电动机构分合闸到位时无法通过机械上实现对过冲、过位等保护，导致分合闸时电机出现堵转甚至完全卡滞的情况。

关键词：隔离开关，合闸故障，直流电机，设计变更

引言:

一般来说隔离开关分合闸异常既有机械方面的原因，也有电气回路方面的原因。本论文通过对某站HGIS隔离开关合闸异常的情况进行故障排查，最终确定故障原因，为现场运行人员处理隔离开关分合闸异常时提供参考，以便及时分析判断出异常的原因，提高处理隔离开关异常的效率。

正文：

一、隔离开关分合闸故障简要情况

某日，运行人员在操作将500kV开关由冷备用转热备用过程中，当操作合上某隔离开关时，观察到隔离开关合闸过程中，A、B相未动作，C相电机启动约0.5秒后，隔离开关电机电源空开跳开，后台显示隔离开关位置不定态。随后，运行人员操作将该隔离开关电动分开，无反应，隔离开关A、B相处于分闸状态，C相处于不定态，如图1所示。

图1隔离开关故障时情况

二、故障原因排查及原因分析

为查找缺陷原因，现场运行人员联合检修、继保自动化人员对该设备进行检查。

1、控制及电机回路检查

短接地刀电气闭锁接点，恢复隔离开关控制电源，正常合闸操作，汇控柜内继电器能够正常吸合并能自保持，确认控制回路正确。测试电机合闸启动顺序为A→B→C，电机分闸启动顺序为A→B→C，确认电机启动顺序正确。恢复隔离开关电机电源，测量各相电机电压为UA=220.4V、UB=220.2V、UC=220.4V，均在合格范围。直接在三相机构内测量电机阻值分别为RA=6.1Ω、RB=6.4Ω、RC=6.0Ω，均在合格范围内。

对隔离开关二次控制回路进行全面检查后，可排除二次控制回路造成本次隔离开关卡滞缺陷。

2、机构内部现场检查情况

对隔离开关机构进行局部解体检查。打开机构防水外壳，确认机构内部密封良好，无进水受潮；各部件无锈蚀；内部润滑脂完好，如图2所示。

图2隔离开关内部机构

经现场检查确认，隔离开关A、B相机构箱内电机轴与传动杆连接，以及传动杆与壳体转轴连接均良好，无松动；传动杆、电机轴、辅助开关、位置指示牌均指示分闸位置。检查隔离开关C相机构箱发现，机构箱内继电器连同底座脱落；电机轴与传动杆连接，以及传动杆与壳体转轴连接均良好，无松动；传动杆、电机轴、辅助开关、位置指示牌均指示半分合的不定态位置，如图3所示。

图3继电器连同底座脱落

隔离开关机构运行原理为：齿轮1与扇形齿轮连接，齿轮1带动蜗杆2运行，蜗杆2带动连杆3运动，连杆3带动隔离开关内部拐臂运动，可见图4机构内部结构图。

图4隔离开关机构内部结构图

3、返厂解体检查

为了进一步明确机构合闸异常的原因，对本次出现合闸异常的隔离开关机构进行返厂解体检查。

对此次返厂解体的异常机构分别使用标配的2.5牛米力矩扳手进行手动合闸操作，发现普遍存在机构合闸阻力大于规定的2.5牛米的情况，说明合闸异常隔离开关机构普遍存在合闸时阻力大于厂家规定值的情况。

选取隔离开关B相机构齿轮箱（原装进口）进行了解体检查。依次拆除机构内蜗杆封盖、大齿轮盘、蜗杆、缓冲垫片、缓冲垫片的挤压推板等主要零部件，未发现各部件有明显划痕、磨损、锈蚀以及润滑脂裂化等异常迹象。手摇涡杆传动轴机构内各主要传动部件也均可正常运动，未见明显磕碰、松脱等配合异常。

选取隔离开关A相机构在厂内进行分闸过冲模拟试验，如图5所示。在机构电动分闸到位后继续使用力矩扳手给机构施加分闸过冲力。此次模拟过程中改变过冲力的大小进行多次试验，发现随着过冲力的逐步增大，机构在接着电动合闸时的卡滞现场越明显。说明开始过冲力较小时，虽然有所卡滞但还是可以勉强合闸成功，但最终在过冲力达到一定限值时，卡滞现象最终会严重到导致机构无法正常合闸。说明该款机构当出现分闸过冲力时，确实存在由于分闸过冲力导致合闸过程卡滞的可能。

图5分闸过冲模拟试验

选取隔离开关A、C相开展交直流电源下分合闸对比试验。试验中给每台机构分别施加交、直流电压（幅值220V）进行对比，发现每台机构在交流电源下每次分闸后都会出现合闸阻力大于2.5牛米的情况，电动合闸操作时，发现会出现不同程度的卡滞情况，但最终可完成合闸动作。保持其他条件不变，仅将电机电源由交流改为直流（均为220V）再次测试，每次分闸后手摇测量，摇动过程顺畅无卡阻，合闸阻力均未超过2.5牛米规定值，电动合闸时也不会出现卡滞现象。

4、初步原因分析

试验结果表明该款机构的电机（国产）在交流电源情况下工作时确实存在分闸过冲力，会导致合闸启动时阻力过大。这是由于该机构设计中蜗杆与扇形齿轮只能单向运动（即只能蜗杆带动扇形齿轮转动，反之不行），因此当机构中出现分闸过冲时，缓冲垫片通过挤压推板对扇形齿轮施加反向作用力，扇形齿轮受力后试图带动蜗杆转动却受限于无法反向运动的设计限制，两者之间出现金属接触“顶死”现象，相互间阻力过大，表现在整个机构上即为合闸卡滞。

5、机构性能验证

为验证隔离开关机构在交流电机和直流电机的性能，对隔离开关机构电机（交直流两用型式）分别采用交电源和直流电源开展分合闸对比试验。隔离开关开展分合闸对比试验具体结果，如表所示。

表2隔离开关分合闸对比试验结果

注：不做任何改变，仅将交流电源改为直流电源。

由表2可以发现，隔离开关机构采用直流电机时，即使对机构施加了一定的分闸过冲力，机构也可以正常动作。表明此型号机构采用直流电机时性能较优。

经了解，隔离开关机构原国外生产厂家原设计为直流电机，且机构二次回路存在与直流电机匹配的刹车电阻，可保证机构分闸到位时电机断电后及时停止运动。但在生产该站HGIS设备时，国内合资公司为满足相应招标技术标准要求，在未进行相关试验的情况下，将隔离开关机构的原直流电机设计更改为交流电机，存在更改后的电机在交流电源下与原设计不匹配的问题。该款隔离开关机构中并没有机械限位、行程开关等设计，因此当分合闸到位时无法通过机械上实现对过冲、过位等问题的保护。同时，该电机在使用交流电源的情况下，刚启动时的输出扭矩偏小，所以再次合闸时，会出现电机堵转甚至完全卡滞的情况。

6、解决方案

结合设备现场检查、机构返厂解体和相关试验验证的结果，可以发现导致本次隔离开关合闸异常的主要原因为所用的国产交流电机与原设计不匹配，特别是在分闸时，转速过高，功率过大，而且国产交流电机在交流电源下克服堵转的能力比较差。为彻底解决以上问题，建议对HGIS该型号隔离开关机构整体更换为直流电动机构。

三、结束语

HGIS设备由于其结构紧凑、可靠性高、维护工作量很小等优点，已经在高压领域被广泛应用。HGIS设备生产、制造、安装过程应严格按照图纸进行安装，避免因为设计变更或安装质量问题造成设备异常。同时，变电站运行人员应严格按照相关要求做好HGIS设备的运行维护工作，高度重视设备的异常情况，及时解决设备的安全隐患，提高设备运行的可靠性。

参考文献：

[1].《550kVHGIS隔离开关拒动分析》，段剑，何子东，霍凤鸣，甄利，李晓峰，《高压电器》,2010,46(1):58-60.

[2].《一起GIS隔离开关故障的原因分析及处理》，李尹光，杨晓玲，张健，《科技资讯》,2015,13(35).

[3].《220kVGIS隔离开关电机故障原因分析及处置方案》，施红军，《上海电力》,2012:162-164.

[4].《110kVGIS隔离开关故障原因分析及反事故措施研究》，张秀斌，温定筠，彭鹏，许峰，范迪铭，王津，《电工技术》,2014(6):51-52.