广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523000
摘要：针对GIS刀闸分合闸不到位的常见故障分析其在电网运行中的安全隐患，并对故障常见原因进行总结和分析。并以某220kV变电站一起GIS刀闸分合闸不到位的缺陷为例，介绍了缺陷排查过程和消缺方法，对缺陷原因进行简要分析，并提出整改及防范措施。
关键词：GIS；刀闸；隔离开关；分合闸不到位；缺陷分析
0前言
近年来，随着电网规模的不断扩大以及城市中心区用地紧张，供电负荷快速增长与变电站建设征地难的矛盾日益凸显。而气体全封闭组合电器GIS（Gas Insulated Switchgear，GIS）具有结构紧凑、占地面积小、受外界环境影响小、故障率低等特点，在现代电网建设中被广泛采用[1-3]。在实际运行中，由于GIS全封闭的结构特点，其内部刀闸可能发生分合闸不到位的情况而未能及时发现，由此会造成严重的电网运行安全隐患[4]。如2004年某变电站在进行220kV母线刀闸操作时，由于某条线路的其中一把母线刀闸的机构传动阻力增大，导致该把刀闸合闸不到位，同时拉开另一把母线刀闸，造成带负荷拉刀闸的情况，最终导致该站220kV母线全部失压。因此，对各类GIS刀闸分合闸不到位的现象进行总结以及原因分析，对于及时发现和处理刀闸分合闸不到位的缺陷具有重要意义。
1 GIS刀闸分合闸不到位原因分析
GIS隔离开关的故障主要分为绝缘故障、传动机构故障、操作机构及二次回路故障，通常机械方面的故障表现为拒分、拒合、误动、分合闸不到位等，其中拒分是发生频率最高的故障之一[5]。然而刀闸分合闸不到位会对电网运行造成严重的安全隐患，近年来该类缺陷越来越受到关注[6]。在GIS内部，刀闸分合闸是否到位往往难以准确判断，而后台监控对刀闸分合闸操作完成时的发信有时并不可靠，即有可能出现在刀闸分合并未到位的情况下二次回路已经发信，因此后台监控信号也无法成为刀闸分合闸到位的依据。
造成GIS刀闸分合闸不到位的原因有很多，大部分原因可归结为机械问题。在正常情况下，隔离开关分合闸到位是一个受力平衡和能量平衡的状态，即由回路得电、电机做功、传动至刀闸机构进行动作，到回路断电、电机停止、机构在惯性作用和机械阻力以及缓冲装置等阻力作用下走完剩余行程，刚好到达分合闸到位的位置。在这种情况下刀闸分合闸的操作功与阻力功是相匹配的。然而随着长时间运行和操作，由于机械部位磨损、机械阻力、部件卡涩、缓冲装置失效等原因，机构的分合闸操作功不足以抵消在刀闸完整行程中的阻力功，可能会导致GIS刀闸出现分合闸不到位的情况，即处于半分合位置。另外，由于控制回路异常，造成电机动作或结束时机不正确，导致刀闸行程过程中操作功与阻力功的不匹配，也是可能造成刀闸分合闸不到位的原因。
2 GIS刀闸分合闸不到位案例分析
以某220kV变电站发生的一起GIS刀闸分合闸不到位的实际案例为例，通过全面介绍该案例中的缺陷情况、排查经过、缺陷处理和总结分析等过程，分析了一种由控制回路异常造成的刀闸分合闸不到位的情况，并提出相应整改和防范措施。
（1）设备缺陷情况
在配合某220kV变电站110kV GIS倒母操作过程中，检修人员发现某110kV线路一把母线侧刀闸出现合闸不到位情况。现场对刀闸机构进行详细检查，缓冲器、电机、行程开关等均无异样。将刀闸手动摇至合闸到位状态，电动分闸，无异常。继续电动合闸，合闸到位后电机不能自动切断电源，随后热偶继电器保护动作切断电源，合闸拐臂受缓冲器作用反弹，再次出现合闸不到位状态。为了确保倒母操作顺利完成，值班员将该把刀闸手动摇至合闸到位状态。由于处理该缺陷涉及母线停电，因此只能待有合适的停电计划再安排处理。
b）检查机构拐臂、传动杆等传动部件无变形，插销、卡簧无脱落，手动分合刀闸检查传动部件的运动状况良好；
c）电机外观检查无烧伤痕迹，测量电机阻值为7.4Ω，证明电机状况良好；
d）分、合闸限位开关检查，由于限位开关在机构内部，难以对拨片与合闸凸轮的位置进行检查，结合刀闸合闸到位时电机不能切断电源而继续空转的现象，可以判断合闸限位开关未能切换，不能切断储能回路，即限位开关拨片与合闸凸轮不能有效接触。
确定故障点后，合闸限位开关拨片进行调整。按照厂家的技术标准，限位开关拨片与分、合闸凸轮的间隙应在2-3mm，此间隙不在标准范围内是造成此次缺陷的主要原因。处理措施是将合闸限位开关拨片向外弯曲以缩短与合闸凸轮的间隙，随后刀闸电动合闸，合闸到位，电机及时停转，合闸拐臂无反弹现象。
（3）缺陷分析
经厂家技术人员分析，确定该把刀闸缺陷原因是合闸限位开关拨片与合闸凸轮间隙过大，不在2-3mm的标准范围内，刀闸合闸到位后合闸凸轮不能有效接触拨片，电机不能切断电源而持续转动，电机过流致使热偶继电器动作，切断电机电源，合闸拐臂受缓冲器作用力反弹，导致刀闸合闸不到位情况。
CJG3型电动操作机构传动系统内部结构如下图所示。
电动合闸时，电机通电旋转，通过一对直齿圆锥齿轮和二对直齿圆柱齿轮减速，直接带动主轴及拐臂转动，再通过连杆及连接机构代动隔离开关合闸。接近合闸位置时，装于主轴上的合闸凸轮（516）控制合闸限位开关（514）切换，使合闸接触器及电机相继断电。惯性运动使主轴上的拐臂与合闸缓冲器（501）活塞连杆接触，减少惯性运动的冲击并将机构和开关定位。
限位开关在机构内部深处，正常情况下不会出现由于外力影响导致拨片变形、移位的情况，推测此次缺陷的主要原因是限位开关拨片与合闸凸轮的间隙在出厂时未能调整好。
（4）整改及防范措施
由缺陷案例说明，由于元器件产品质量、安装调试工艺等问题，部分设备出厂前即存在缺陷隐患。因此，在对设备进行出厂验收时加强设备制造环节质量监造，通过厂内安装工艺见证、检查装配卡等手段提高对现场工艺的把控，从源头入手可有效控制出厂设备质量，对于提高GIS设备现场运行可靠性至关重要。
此外，设备出厂后变电站现场的交接验收和交接试验是设备投运前的最后一道防线，应加强验收环节把控，对设备每一个部件的功能进行调试，及时发现设备隐患，保证设备投运前的初始健康水平。
第三，对已投运设备按照规定的周期年限开展各类检修维护。根据网省公司修编的设备运维策略及管控机制和电力设备检修规程，对在运设备按期开展专业巡视和检修维护，及时发现设备隐患，保证电网的安全稳定运行。
3小结
针对GIS隔离开关分合闸不到位的故障，本文进行了常见原因的分析和总结，并结合某220kV变电站一起GIS刀闸分合闸不到位的缺陷案例，通过缺陷描述、排查过程、缺陷分析和提出整改意见，对该案例进行分析探讨，对检修人员在今后GIS设备同类缺陷的处理上具有参考借鉴意义。
参考文献
[1] 王诚良. 全封闭 SF6 组合电器的应用. 宁夏电力，2009 年第 3 期.
[2] 陈飞. GIS 设备的发展和应用研究.浙江大学，2007 年.
[3] 蓝增钰. 国外 110kv GIS 发展的新特点. 电力设备，2002 年第 1 期.
[4] 李张秀，张树忠. GIS 隔离开关分闸异常原因分析及处理[J]. 四川水力发电，2015（10）：115-117.
[5] 陈仓，张杰，赵满江，等. GIS 典型绝缘故障案例及原因分析[J]. 电瓷避雷器，2013（12）：7-14.
[6] 汤铭华. GIS 组合电器典型故障分析及改进. 华南理工大学，2013年.
项目编号：GDZC-031920160020
项目名称：刀闸分合闸不到位原因及案例分析
论文作者:王凯亮,袁镜江
论文发表刊物:《电力技术》2016年第10期
论文发表时间:2017/1/9
标签：不到位论文; 缺陷论文; 电机论文; 设备论文; 原因论文; 凸轮论文; 机构论文; 《电力技术》2016年第10期论文;