220?kV GIS隔离刀闸操作机构卡阻分析与措施
2014-11-11张科
张科
摘 要：针对分析某220 kV GIS隔离刀闸操作机构卡阻异常问题，在通过各零部件分析，检测得出导致操作机构异常的根本原因是额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象，并进一步分析发生该卡阻的原因和由此可能带来的严重后果，最后，就如何避免此类问题提出一些建议.
关键词：GIS 隔离开关 机构卡阻
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0092-02
1 故障情况
某500k站4月03日在进行220 kV 5M母线由运行转检修，负荷转6M母线运行的操作任务中，对#3变中6M母线侧22036隔离开关进行第一次合闸过程中，出现了开关动、静触头未合到位而二次辅助接点均已接通的异常现象，监控后台显示22036刀闸已在合位，实际触头合闸不到位，主导电回路未接通，此种情况如果对刀闸发生误判断的话，会发生带电拉负荷的严重故障，范围将扩大至主变进行故障冲击。开关型号：ZF6-252-FDS，厂家：某高压开关有限公司。
2 隔离刀闸操作机构原理
合闸时由电机通过蜗杆带动涡轮转动，由涡轮带动传动曲轴给弹簧储能，过“死点”后弹簧自动释放能量推动主输出轴转动，同时由连在输出拐臂上的油缓冲器进行缓冲。机构主输出轴旋转会带动GIS隔离开关本体的主传动拐臂传动连杆及各相拐臂旋转，从而带动隔离开关动触头向下运动实现合闸。
3 原因分析
对故障的隔离刀闸进行了零部件的解体。
3.1 缓冲器检查
图2和图3对比可见，22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆顶端存在明显锈蚀，而其他完好的缓冲器相同位置并无锈蚀痕迹。说明22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆连接部位比较干涩，润滑效果较差，摩擦阻力大。这使得第一次合闸动作过程中，消耗了较大的操作能量，是导致第一次合闸不到位的主要因素之一。
图4所示22036隔离开关缓冲器防尘圈已完全粉化，导致第一次分、合闸操作后，缓冲器与活塞杆之间聚集了防尘圈粉化颗粒物。这些颗粒物增加了缓冲器活塞杆与法兰之间的摩擦阻力。
缓冲器法兰密封圈形变导致阻力增大，由图6可见，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈已变形、损伤，减小了密封圈与活塞杆之间的间隙，增大密封圈与活塞杆间的抱紧力，在活塞杆运动过程中，在活塞杆表面留下了周向痕迹，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈变形导致密封圈与缓冲器活塞杆之间的阻力明显增加，从而改变了缓冲器原有的性能，导致额外阻力的出现，消耗了弹簧输出功率。
3.2 齿轮传动机构
从图7可见，22036隔离开关的机构齿轮润滑良好，未见明显卡滞痕迹。
3.3 机构弹簧
弹簧机构的弹簧组由大、中、小3个弹簧组成，在22036缓冲器弹簧组的大弹簧内壁和中弹簧的外壁发现有明显的因碰撞摩擦产生的损伤。
弹簧组导向杆单侧磨损比较严重（见图11），说明22036隔离开关动作过程中弹簧组发生了弯曲变形，小弹簧的内壁与导向杆发生了碰磨。因此，大弹簧的内壁与中弹簧的外壁、小弹簧的内壁与导向杆之间的碰磨，增大了分合闸过程中弹簧的阻尼，削弱了弹簧有效输出功。
3.4 缓冲器油检查
通过测量缓冲器内部的油量发现，22036隔离开关缓冲器油为307 mL，同批次22035隔离开关缓冲器油量为360 mL，25295隔离开关缓冲器油量为398 mL。同时检查22036隔离开关机构箱，缓冲器周围未见漏油痕迹。可见22036隔离开关缓冲器油量明显低于其它缓冲器。减少缓冲器油，可有效降低缓冲器的阻力，提高分合闸速度。
3.5 传动连杆机构
机构输出轴、传动连杆、相间连杆等处的轴销、万向轴承处均涂抹了润滑脂。由于长期暴露在户外，已明显老化干涩呈结状，且粘附较多粉尘，在操作时造成连杆转动不灵活，存在阻力，是引起首次分合不到位的因素之一。
4 结论
弹簧输出功率与各部件阻尼力矩之间的平衡，是保障隔离开关分、合闸到位的关键。本次分合不到位的关键原因在于额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象。投运后，缓冲器防尘圈粉化，法兰与活塞杆顶端之间出现锈蚀、干涩，导致缓冲器自身阻力增大；缓冲器尾部固定销孔及轴销润滑不够，使得缓冲器上下活动时出现卡涩，引起缓冲器活塞头、活塞杆与内缸、法兰之间出现异常摩擦阻力；缓冲器密封圈变形，增加了法兰与活塞杆之间的摩擦阻力；机构外部传动连杆润滑脂老化干涩结块，也增加了额外的阻力，因此，外部额外的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，打破了出厂时的临界配合状态，导致隔离开关第一次存在出现合、分不到位的问题。而到第二次操作时，各产生摩擦阻力的环节均得到了润滑，摩擦阻力大为减小，因此，由第二次开始至后续多次操作，隔离开关均能合闸到位。
5 防范措施
针对本次多年未操作的隔离开关在操作过程中出现的异常及分析结果，建议在今后设备运维中增加以下措施，以确保设备操作可靠。
5.1 进一步修编设备运维管理规范，完善设备运维的手段
结合设备特点和运行情况，制定开关类设备定期轮换操作的标准，提出对长期没有进行操作的开关类设备操作、维护工作要求。
研究GIS隔离开关触头状态的“可视化”措施，提出切实可行的方法，制定技术改造计划，尽快完善状态监控手段。
5.2 进一步完善设备隐患排查标准，提高设备健康水平
在原有的基础上，进一步梳理设备运行中存在的风险，深入挖掘设备运行隐患，完善风险控制措施和隐患排查标准。
定期对110 kV及以上电压等级设备逐台开展状态评价工作，对设备运行健康值进行有效评价，以指导设备检修、技改工作。
5.3 加强设备出厂验收检测工作，有效提升设备入网质量
梳理总结设备在运行中存在的问题，完善设备订货技术条件要求，提升设备质量水平。
参考文献
[1] 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999.
[2] 张宇娇，庄日平，程炯.SF6气体绝缘全封闭组合电器故障分析[J].高电压技术， 2005（1）.
[3] Q/GDW123—2005 750 kV高压电器（GIS、隔离开关、避雷器）施工及验收规范[s].
[4] 王东，李飞.500 kV封闭组合电器（GIS）安装与试验[J].电源技术应用，2013（10）.
[5] 林青云.浅谈GIS变电站设备安装注意事项[J].科学之友，2011（8）.
[6] 尹小平.GIS设备安装中的有关问题[J].冶金动力，2006（5）.
[7] 高龙.关于GIS设备安装过程中的三大要素[J].科技信息，2009（21）.endprint
摘 要：针对分析某220 kV GIS隔离刀闸操作机构卡阻异常问题，在通过各零部件分析，检测得出导致操作机构异常的根本原因是额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象，并进一步分析发生该卡阻的原因和由此可能带来的严重后果，最后，就如何避免此类问题提出一些建议.
关键词：GIS 隔离开关 机构卡阻
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0092-02
1 故障情况
某500k站4月03日在进行220 kV 5M母线由运行转检修，负荷转6M母线运行的操作任务中，对#3变中6M母线侧22036隔离开关进行第一次合闸过程中，出现了开关动、静触头未合到位而二次辅助接点均已接通的异常现象，监控后台显示22036刀闸已在合位，实际触头合闸不到位，主导电回路未接通，此种情况如果对刀闸发生误判断的话，会发生带电拉负荷的严重故障，范围将扩大至主变进行故障冲击。开关型号：ZF6-252-FDS，厂家：某高压开关有限公司。
2 隔离刀闸操作机构原理
合闸时由电机通过蜗杆带动涡轮转动，由涡轮带动传动曲轴给弹簧储能，过“死点”后弹簧自动释放能量推动主输出轴转动，同时由连在输出拐臂上的油缓冲器进行缓冲。机构主输出轴旋转会带动GIS隔离开关本体的主传动拐臂传动连杆及各相拐臂旋转，从而带动隔离开关动触头向下运动实现合闸。
3 原因分析
对故障的隔离刀闸进行了零部件的解体。
3.1 缓冲器检查
图2和图3对比可见，22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆顶端存在明显锈蚀，而其他完好的缓冲器相同位置并无锈蚀痕迹。说明22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆连接部位比较干涩，润滑效果较差，摩擦阻力大。这使得第一次合闸动作过程中，消耗了较大的操作能量，是导致第一次合闸不到位的主要因素之一。
图4所示22036隔离开关缓冲器防尘圈已完全粉化，导致第一次分、合闸操作后，缓冲器与活塞杆之间聚集了防尘圈粉化颗粒物。这些颗粒物增加了缓冲器活塞杆与法兰之间的摩擦阻力。
缓冲器法兰密封圈形变导致阻力增大，由图6可见，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈已变形、损伤，减小了密封圈与活塞杆之间的间隙，增大密封圈与活塞杆间的抱紧力，在活塞杆运动过程中，在活塞杆表面留下了周向痕迹，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈变形导致密封圈与缓冲器活塞杆之间的阻力明显增加，从而改变了缓冲器原有的性能，导致额外阻力的出现，消耗了弹簧输出功率。
3.2 齿轮传动机构
从图7可见，22036隔离开关的机构齿轮润滑良好，未见明显卡滞痕迹。
3.3 机构弹簧
弹簧机构的弹簧组由大、中、小3个弹簧组成，在22036缓冲器弹簧组的大弹簧内壁和中弹簧的外壁发现有明显的因碰撞摩擦产生的损伤。
弹簧组导向杆单侧磨损比较严重（见图11），说明22036隔离开关动作过程中弹簧组发生了弯曲变形，小弹簧的内壁与导向杆发生了碰磨。因此，大弹簧的内壁与中弹簧的外壁、小弹簧的内壁与导向杆之间的碰磨，增大了分合闸过程中弹簧的阻尼，削弱了弹簧有效输出功。
3.4 缓冲器油检查
通过测量缓冲器内部的油量发现，22036隔离开关缓冲器油为307 mL，同批次22035隔离开关缓冲器油量为360 mL，25295隔离开关缓冲器油量为398 mL。同时检查22036隔离开关机构箱，缓冲器周围未见漏油痕迹。可见22036隔离开关缓冲器油量明显低于其它缓冲器。减少缓冲器油，可有效降低缓冲器的阻力，提高分合闸速度。
3.5 传动连杆机构
机构输出轴、传动连杆、相间连杆等处的轴销、万向轴承处均涂抹了润滑脂。由于长期暴露在户外，已明显老化干涩呈结状，且粘附较多粉尘，在操作时造成连杆转动不灵活，存在阻力，是引起首次分合不到位的因素之一。
4 结论
弹簧输出功率与各部件阻尼力矩之间的平衡，是保障隔离开关分、合闸到位的关键。本次分合不到位的关键原因在于额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象。投运后，缓冲器防尘圈粉化，法兰与活塞杆顶端之间出现锈蚀、干涩，导致缓冲器自身阻力增大；缓冲器尾部固定销孔及轴销润滑不够，使得缓冲器上下活动时出现卡涩，引起缓冲器活塞头、活塞杆与内缸、法兰之间出现异常摩擦阻力；缓冲器密封圈变形，增加了法兰与活塞杆之间的摩擦阻力；机构外部传动连杆润滑脂老化干涩结块，也增加了额外的阻力，因此，外部额外的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，打破了出厂时的临界配合状态，导致隔离开关第一次存在出现合、分不到位的问题。而到第二次操作时，各产生摩擦阻力的环节均得到了润滑，摩擦阻力大为减小，因此，由第二次开始至后续多次操作，隔离开关均能合闸到位。
5 防范措施
针对本次多年未操作的隔离开关在操作过程中出现的异常及分析结果，建议在今后设备运维中增加以下措施，以确保设备操作可靠。
5.1 进一步修编设备运维管理规范，完善设备运维的手段
结合设备特点和运行情况，制定开关类设备定期轮换操作的标准，提出对长期没有进行操作的开关类设备操作、维护工作要求。
研究GIS隔离开关触头状态的“可视化”措施，提出切实可行的方法，制定技术改造计划，尽快完善状态监控手段。
5.2 进一步完善设备隐患排查标准，提高设备健康水平
在原有的基础上，进一步梳理设备运行中存在的风险，深入挖掘设备运行隐患，完善风险控制措施和隐患排查标准。
定期对110 kV及以上电压等级设备逐台开展状态评价工作，对设备运行健康值进行有效评价，以指导设备检修、技改工作。
5.3 加强设备出厂验收检测工作，有效提升设备入网质量
梳理总结设备在运行中存在的问题，完善设备订货技术条件要求，提升设备质量水平。
参考文献
[1] 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999.
[2] 张宇娇，庄日平，程炯.SF6气体绝缘全封闭组合电器故障分析[J].高电压技术， 2005（1）.
[3] Q/GDW123—2005 750 kV高压电器（GIS、隔离开关、避雷器）施工及验收规范[s].
[4] 王东，李飞.500 kV封闭组合电器（GIS）安装与试验[J].电源技术应用，2013（10）.
[5] 林青云.浅谈GIS变电站设备安装注意事项[J].科学之友，2011（8）.
[6] 尹小平.GIS设备安装中的有关问题[J].冶金动力，2006（5）.
[7] 高龙.关于GIS设备安装过程中的三大要素[J].科技信息，2009（21）.endprint
摘 要：针对分析某220 kV GIS隔离刀闸操作机构卡阻异常问题，在通过各零部件分析，检测得出导致操作机构异常的根本原因是额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象，并进一步分析发生该卡阻的原因和由此可能带来的严重后果，最后，就如何避免此类问题提出一些建议.
关键词：GIS 隔离开关 机构卡阻
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0092-02
1 故障情况
某500k站4月03日在进行220 kV 5M母线由运行转检修，负荷转6M母线运行的操作任务中，对#3变中6M母线侧22036隔离开关进行第一次合闸过程中，出现了开关动、静触头未合到位而二次辅助接点均已接通的异常现象，监控后台显示22036刀闸已在合位，实际触头合闸不到位，主导电回路未接通，此种情况如果对刀闸发生误判断的话，会发生带电拉负荷的严重故障，范围将扩大至主变进行故障冲击。开关型号：ZF6-252-FDS，厂家：某高压开关有限公司。
2 隔离刀闸操作机构原理
合闸时由电机通过蜗杆带动涡轮转动，由涡轮带动传动曲轴给弹簧储能，过“死点”后弹簧自动释放能量推动主输出轴转动，同时由连在输出拐臂上的油缓冲器进行缓冲。机构主输出轴旋转会带动GIS隔离开关本体的主传动拐臂传动连杆及各相拐臂旋转，从而带动隔离开关动触头向下运动实现合闸。
3 原因分析
对故障的隔离刀闸进行了零部件的解体。
3.1 缓冲器检查
图2和图3对比可见，22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆顶端存在明显锈蚀，而其他完好的缓冲器相同位置并无锈蚀痕迹。说明22036隔离开关缓冲器法兰与活塞杆连接部位比较干涩，润滑效果较差，摩擦阻力大。这使得第一次合闸动作过程中，消耗了较大的操作能量，是导致第一次合闸不到位的主要因素之一。
图4所示22036隔离开关缓冲器防尘圈已完全粉化，导致第一次分、合闸操作后，缓冲器与活塞杆之间聚集了防尘圈粉化颗粒物。这些颗粒物增加了缓冲器活塞杆与法兰之间的摩擦阻力。
缓冲器法兰密封圈形变导致阻力增大，由图6可见，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈已变形、损伤，减小了密封圈与活塞杆之间的间隙，增大密封圈与活塞杆间的抱紧力，在活塞杆运动过程中，在活塞杆表面留下了周向痕迹，22036隔离开关缓冲器外法兰密封圈变形导致密封圈与缓冲器活塞杆之间的阻力明显增加，从而改变了缓冲器原有的性能，导致额外阻力的出现，消耗了弹簧输出功率。
3.2 齿轮传动机构
从图7可见，22036隔离开关的机构齿轮润滑良好，未见明显卡滞痕迹。
3.3 机构弹簧
弹簧机构的弹簧组由大、中、小3个弹簧组成，在22036缓冲器弹簧组的大弹簧内壁和中弹簧的外壁发现有明显的因碰撞摩擦产生的损伤。
弹簧组导向杆单侧磨损比较严重（见图11），说明22036隔离开关动作过程中弹簧组发生了弯曲变形，小弹簧的内壁与导向杆发生了碰磨。因此，大弹簧的内壁与中弹簧的外壁、小弹簧的内壁与导向杆之间的碰磨，增大了分合闸过程中弹簧的阻尼，削弱了弹簧有效输出功。
3.4 缓冲器油检查
通过测量缓冲器内部的油量发现，22036隔离开关缓冲器油为307 mL，同批次22035隔离开关缓冲器油量为360 mL，25295隔离开关缓冲器油量为398 mL。同时检查22036隔离开关机构箱，缓冲器周围未见漏油痕迹。可见22036隔离开关缓冲器油量明显低于其它缓冲器。减少缓冲器油，可有效降低缓冲器的阻力，提高分合闸速度。
3.5 传动连杆机构
机构输出轴、传动连杆、相间连杆等处的轴销、万向轴承处均涂抹了润滑脂。由于长期暴露在户外，已明显老化干涩呈结状，且粘附较多粉尘，在操作时造成连杆转动不灵活，存在阻力，是引起首次分合不到位的因素之一。
4 结论
弹簧输出功率与各部件阻尼力矩之间的平衡，是保障隔离开关分、合闸到位的关键。本次分合不到位的关键原因在于额外产生的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，导致触头在刚分、刚合点前停止运动，出现了第一次合不到位和分不到位的现象。投运后，缓冲器防尘圈粉化，法兰与活塞杆顶端之间出现锈蚀、干涩，导致缓冲器自身阻力增大；缓冲器尾部固定销孔及轴销润滑不够，使得缓冲器上下活动时出现卡涩，引起缓冲器活塞头、活塞杆与内缸、法兰之间出现异常摩擦阻力；缓冲器密封圈变形，增加了法兰与活塞杆之间的摩擦阻力；机构外部传动连杆润滑脂老化干涩结块，也增加了额外的阻力，因此，外部额外的阻尼力矩消耗了弹簧输出功率，打破了出厂时的临界配合状态，导致隔离开关第一次存在出现合、分不到位的问题。而到第二次操作时，各产生摩擦阻力的环节均得到了润滑，摩擦阻力大为减小，因此，由第二次开始至后续多次操作，隔离开关均能合闸到位。
5 防范措施
针对本次多年未操作的隔离开关在操作过程中出现的异常及分析结果，建议在今后设备运维中增加以下措施，以确保设备操作可靠。
5.1 进一步修编设备运维管理规范，完善设备运维的手段
结合设备特点和运行情况，制定开关类设备定期轮换操作的标准，提出对长期没有进行操作的开关类设备操作、维护工作要求。
研究GIS隔离开关触头状态的“可视化”措施，提出切实可行的方法，制定技术改造计划，尽快完善状态监控手段。
5.2 进一步完善设备隐患排查标准，提高设备健康水平
在原有的基础上，进一步梳理设备运行中存在的风险，深入挖掘设备运行隐患，完善风险控制措施和隐患排查标准。
定期对110 kV及以上电压等级设备逐台开展状态评价工作，对设备运行健康值进行有效评价，以指导设备检修、技改工作。
5.3 加强设备出厂验收检测工作，有效提升设备入网质量
梳理总结设备在运行中存在的问题，完善设备订货技术条件要求，提升设备质量水平。
参考文献
[1] 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999.
[2] 张宇娇，庄日平，程炯.SF6气体绝缘全封闭组合电器故障分析[J].高电压技术， 2005（1）.
[3] Q/GDW123—2005 750 kV高压电器（GIS、隔离开关、避雷器）施工及验收规范[s].
[4] 王东，李飞.500 kV封闭组合电器（GIS）安装与试验[J].电源技术应用，2013（10）.
[5] 林青云.浅谈GIS变电站设备安装注意事项[J].科学之友，2011（8）.
[6] 尹小平.GIS设备安装中的有关问题[J].冶金动力，2006（5）.
[7] 高龙.关于GIS设备安装过程中的三大要素[J].科技信息，2009（21）.endprint
