摘要：采用气动机构的GIS设备目前在我国110kV及以上电力系统中有较多应用。空压机系统作为此类GIS设备重要组成部分，其在日常运行中的异常分析与处理就显得尤为重要。文章从一起GIS设备空压机系统无法建压事件展开研究，最后更换损坏的自动排水阀消除故障，并提出了运维建议，为今后此类GIS设备的运行维护提供参考。
关键词：GIS设备；空压系统；自动排水阀
0引言
断路器在电网安全运行中起着举足轻重的作用，而断路器的操作机构更是重中之重，如果无法正常动作将会酿成大事故。110kV及以上电压等级GIS（气体绝缘组合电器）设备的操作机构形式较多，有弹簧机构、液压机构、气动机构、液压弹簧机构、气动弹簧机构等。其中气动机构具有能量大、无污染、成本低等特点，但同时也存在较多缺点，结构笨重、连接元件较多、密封性要求较高等，特别是同一电压等级所有间隔均使用一套空气压缩机系统（以下简称空压机系统）提供分合闸动力，一旦空压机系统发生故障，将对所有间隔设备的正常操作产生影响，带来扩大事故范围的危险，降低电网可靠性[1]。
1自动排水阀简介
空压机系统中如果不进行排水，会导致压缩空气中含水量增加，影响气体品质，过多的水分进入后端用气设备内部，会引起气动执行机构元件锈蚀、卡涩，甚至会发生液体冲击，破坏气缸、活塞等部件，增加GIS设备的安全隐患，所以必须要使用排水阀排出减压阀、储压罐、过滤器等重要部位中的积水。
排水阀按照动作方式分为手动排水阀和自动排水阀两大类。手动排水阀多见于储压罐底部等油污颗粒杂质多的地方，操作简单同时阀门不易损坏，但需要专人定时检查和排放，同时存在排放不彻底或过度排放等问题。为减少人工维护、及时排出积水，在空压机系统的重要部位多采用自动排水阀。
目前在工业控制领域，多采用电动式自动排水阀，常见的有定时排水电磁阀和电子自动排水器两种。定时排水电磁阀原理较简单，是电磁阀和定时器的组合，装置得电后通过定时器控制电磁阀在预设时间内打开排放积水。由于是通过高压气体带动水分排放，所以在排放过程中会将部分压缩空气一并排出，且排水时间不易确定，但安装空间小，出现故障易排查和更换。电子自动排水器结构相对复杂，它的原理是内部液位筒收集积水，当积水达到一定液位高度后就会触发液位开关，然后控制电磁阀隔离高压气体并打开排水薄膜阀进行排水，积水液位下降后停止排水。本文中涉及的故障排水阀属于定时排水电磁阀。
2故障事件概况
运维人员在对该站110kV某间隔GIS断路器进行操作后，发现该站空压机系统不能建压，储压罐以及通向GIS的输出管道压力均降至0.5MPa，如不及时消除缺陷，可能导致该站110kV断路器无法动作甚至闭锁的严重后果。
GIS设备气动机构的异常问题主要有以下几种情况：(1)空压机和储气罐之间的逆止阀不能可靠逆止，致使空压机频繁打压，时间长了会烧毁电动机，进而空压机系统不能建压，断路器被迫停运；(2)手动排水阀漏气，手动排水阀在多年使用后密封性能下降，开启后不能完全关闭，导致高压空气发生泄漏；(3)空压机打完压后，汽水分离装置的自动排水阀正常开启后不能自动关闭，高压气体通过排水阀开始漏气；(4)空压机损坏，在开关压力低于启动压力后空压机未启动，不久就会导致GIS设备闭锁重合闸和分合闸回路；(5)空压机系统中一般性的高压气体泄露，由于GIS气动机构为三相一体，管路长，压力高(一般为1.5MPa)，机构或管路会发生一些轻微渗漏[2]。
经现场检查，空压机系统的空压机工作正常，储压罐底部手动排水阀门密封良好，空压机与组合电器之间的连接管路亦未发现漏气情况。逐个排查空压机系统内高压气体与大气的连接管道，当关闭减压阀与其自动排水阀之间的截止阀后，储压罐压力恢复正常，随即确定漏气点位于减压阀下方截止阀至自动排水阀之间的管路，即图1虚线框中的管路部分。然后检查截止阀至自动排水阀之间的管路，紧固各连接处，使用肥皂水没有发现漏点。故根据现场情况，判断是自动排水阀在预设排水时间结束后，因故障无法复归，导致排水管路持续导通，储压罐经减压阀直接与大气连通，空压机系统无法建压。
图1 空压机系统管路图
3自动排水阀工作原理和故障分析
该站空压机系统使用两只日本FUKUHARA公司生产的P1-1-40-S型自动排水阀（以下简称为P1型排水阀），分别与储压罐和其输出端的减压阀相连。
3.1工作原理
当储压罐压力降到2.65MPa时压力开关吸合，进而通过接触器启动空压机，同时P1型排水阀得电，储压罐压力达到2.94MPa后压力开关复归，P1型排水阀随即失电。即P1型排水阀在每次空压机启动时得电，同时排水通道打开，随后通过电子计时器控制排水通道关闭。排水时间可调范围为1-13秒，1.5MPa压力下P1型排水阀13秒内的排水能力（清水值）约为800cc。
3.2故障分析
由前述可知，P1型排水阀在空压机启动时得电，同时阀体内线圈得电，随后线圈中间密闭导气通道的阀芯向上移动，排水阀导通，高压气体将空压机减压阀中积聚的水分排出，然后自动排水阀内的电子计时器在经过预设排水时间后，切断阀体内线圈回路，阀芯复归，排水过程结束。
可见此次P1型排水阀故障的直接原因是密闭导气通道的阀芯向上移动后没有复归，可能原因有两点：（1）电子计时器在排水时间结束后未切断阀体内线圈回路，致使线圈长时带电；（2）阀芯机构卡涩，不能正常复位。
现场检查时，关闭P1型排水阀前端的截止阀后，储压罐压力恢复正常，压力节点复归，此时排水阀应已失电，但重新打开截止阀后，储压罐压力立即出现下降情况。综上所述，阀体内线圈失电后，P1型排水阀内部通道仍在导通状态，可以判断故障原因应为机械原因导致阀芯不能复位，需更换新的排水阀。
4结语
本文以一起GIS设备自动排水阀故障为例，详细阐述了分析过程和处理方法，为运行检修人员分析处理类似问题提供了参考，并提出运维建议：运行人员应严格按照空压机系统维护说明，巡视时应每两周手动操作检查自动排水阀是否工作正常；空压机系统检修维护时应把自动排水阀列为检修项目，应包括检查管路、更换滤芯和清洗阀芯等步骤；对于运行时间较长的自动排水阀应加强巡视，必要时提前进行更换以减少空压机系统发生故障的概率，提高GIS设备的可靠性。
参考文献
[1]张磊.高压组合电器及断路器空压系统的检漏方法[J].江苏电机工程，2009，28(5)：21-23.
[2]宋彦军.开关气动分闸机构的异常及处理[J].电力安全技术，2005,7(12):35-36.
[3]李超,陶蓉.一起126kVGIS设备故障后的检测实例分析[J].高压电器,2015,51(01):145-149.
论文作者:郑皓元1,黄国良2,柏文杰1,陈怡然1,王尊3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
标签：空压机论文; 排水阀论文; 系统论文; 管路论文; 机构论文; 设备论文; 压力论文; 《电力设备》2019年第12期论文;