GIS刀闸分合闸位置判断工具的研究

杨波++祝嘉明++吴明武++覃锦秋++王鑫富

摘 要：介绍了GIS工作原理及特点，设计了GIS刀闸分合闸位置判断工具，从根本上能判断GIS刀闸分合到位的问题；减少了值班员对操作GIS刀閘合闸不到位的风险。同时该工具判断准确，保障了设备的正常供电。

关键词：GIS设备；组合开关；刀闸位置；位置指示装置

1.GIS工作原理及技术特点

1.1 GIS工作原理

GIS刀闸式断路器主要是把所有带点部分封装在SF6气体内部，很好的与外部灰尘、气体进行有效绝缘，从而实现高压停、送电或者倒闸等控制。GIS英文全称为Gas Insulator Switch中文翻译成“气体绝缘开关”，气体一般采用六氟化硫，适用于各种变电站。

GIS断路器主要包括隔离开关传动装置、断路器动触头、断路器静触头中间出头、绝缘子、绝缘拉杆、筒体、合分闸指示装置、电动机等部件组成。

GIS开关操动机构获得操作命令后，电动机启动运转带动主轴及套在主轴上的拐臂板旋转特定角度，拐臂板推动导向套、绝缘拉杆及动触头沿隔离开关的中心线作直线运动，实现分、合闸操作。同时操动机构带动分合闸指示牌转动，指示与刀闸位置相对应的分合闸位置，有传动连杆时，其一端会变位靠近规定的代表刀闸分、合闸到位的点，而判断其内部的刀闸是否分、合闸到位需通过操动机构上的指示牌指示。GIS设备隔离开关（地刀）分、合闸指示方式主要为：第一种是安装在刀闸机构箱内的分合闸指示牌的分、合闸指示。第二种是刀闸操动机构传动连杆的变位指示[1]。

1.2 GIS刀闸技术特点

GIS应用广泛，技术比较简单，其主要技术特点如下：

（1）安全性能高，GIS组合开关全部带点设备均封装在惰性气体内并具有良好的接地的金属外壳内，消除了操作触电的危险，保证人身安全及操作安全，充填气体为不燃性气体，消除了火灾因素。

（2）设备结构紧凑化、小型化。组合开关设计紧凑，结构优良，采用绝缘性能较好的气体绝缘，实现小型化生产，有利于节约占地面积，节约资源。

（3）良好的可靠性。GIS开关全部带电部分全部密封于SF6中，隔绝了外部雨雪、灰尘等环境影响，减少了故障率，确保运行可靠性。

（4）电磁干扰小。GIS开关采用金属外壳封闭，很好的屏蔽了电磁波、静电、噪音等干扰，减少了环境污染问题。

（5）设备安装便捷。GIS开关全部实现量化生产封装，，设备运输、安装、实验便捷，安装调试周期短。

（7）设备维护方便，，降低生产成本。检修周期时间跨度较长，减少了工人维护工作量，降低了维护成本。

（8）设备采用全铝合金外壳，具有质量轻、耐腐蚀等特点；

（8）灭弧性能好，具有较强开断性，设备配有电动分合闸机构配弹簧操动机构。

（9）设备采用模块化设计，适应能力强，应用广泛。

2.GIS刀闸和分闸存在的问题

GIS刀闸现有指示装置虽然可以充分利用机构箱内空间和分合闸时连杆位置的变化，但是其指示牌装设在机构箱内部，假设指示牌安装位置不对或运行时间长存在松动，观察时很难观察到位，且指示牌无刻度存在指示不精确的问题。

部分GIS刀闸可能持续运行多年，GIS设备隔离开关（地刀）操动机构由于老化、锈蚀等会存在机构卡滞、连杆变位等情况，这时现有指示装置的缺点会很明显，若合闸指示牌有倾斜，刀闸的合闸超行程是否符合规定，超行程过小，接触电阻必然增大，运行过程中可能因为发热严重而发生安全事故。

若分闸指示牌有倾斜，刀闸分闸时行程无法准确判断，若刀闸分闸时行程不到位或刀闸分闸没分来，拉开断路器两侧隔离开关时，如果刀闸的分闸不到位，可能会导致动静触头无法完全分离，若此时合上相应地刀将会导致严重的安全事故；另外刀闸分合闸到位但是指示牌指示偏差很大或者刀闸合闸不到位，这种情况在实际使用中比较常见，如果刀闸合闸不到位，会造成线路中无电流运行或是缺相运行，若是刀闸的动静触头没有完全借助，极可能产生放电现象，由此会造成设备温度急剧升高，严重时可能会导致弧光接地短路。需要检查刀闸分、合闸到位的前提下调整指示牌[2]。

3.GIS刀闸分合闸位置检测工具设计

3.1设计依据及主要内容

通过对GIS刀闸分合闸位置判断工具的研究，从根本上能判断GIS刀闸分合到位的问题，这样减少了值班员对操作GIS刀闸合闸不到位的风险，同时保障了设备的正常供电，能更直观的判断GIS刀闸分合闸是否到位的问题。

针对GIS设备无法直接观察刀闸位置的结构特点，通过使用GIS刀闸分合闸位置判断工具可以分析出GIS刀闸是否分合闸到位。GIS刀闸分合闸位置判断工具是利用刀闸连杆拐臂行程的测量来判断刀闸触头的插入深度，从而判断刀闸是否分合闸到位。该工具主要是通过一个主表盘，在表盘里面装有3个回路的行程灯及刀闸总行程刻度，通过对刀闸的拐臂动作情况来判断刀闸插入深度，从而判断其分闸到位情况。

3.2 主要技术方案

收集广西电网有限责任公司贺州供电局220kV江口变电站西开GIS刀闸型号的准确分合闸位置、插入深度以及刀闸拐臂的角度。在GIS刀闸的传动轴装上一个角度尺，随着刀闸分合闸拐臂方向同步运动。 在仪表盘上装上红、绿指示灯，当刀闸合到位后红灯亮、刀闸分到位后绿灯亮。

3.3设计判断工具工作原理及操作方法

设计的GIS刀闸工具在检修时正确判断刀闸的分合闸位置，对刀闸触头进行精细的调整及正确调整指示器位置。 作用：将GIS刀闸两侧地刀合上，拆除地刀的外部接地扁铁，将指示器分别接至两地刀引出扁铁出，刀闸在合闸位置时指示器灯亮，分闸位置时，指示灯灭，通过手动分合刀闸，判断刀闸刚分、刚合位置；角尺作用：计算出刀闸指示器转动的圆弧角度[3]。

将磁力固定器安装固定在刀闸扁铁上，利用可调固定杆调节好位置，用标尺与可调固定杆相连接，标尺上端与量角器用活动螺丝固定在磁铁上 ，随着刀闸分合闸拐臂方向同步运动，用磁铁牢牢固定在刀闸传动轴上， 最后连上接触显示器，当刀闸在合闸位置时指示器灯亮，分闸位置时，指示灯灭，通过手动分合刀闸，判断刀闸刚分、刚合位置。

其工作原理为：刀闸的开距、超程和指示转动圆弧角度均为定量（可向要求厂家提供相关参数），即可算出指示器单位角度Ф与对应刀闸触头运行的距离L，刀闸开距与超程的比例S。手动合闸：在刀闸刚合时，记录刀闸的刚合角度Ф11，刚合至合闸到位时转动角度Ф12，总运转角度Ф13；手动分闸：在刀闸刚分时，记录刀闸的刚分角度Ф21，刚分至分闸到位时转动角度Ф22，总运转角度Ф23。

通过实际运行效果分析，该装置具有特点是可以观察到刀闸在分/合闸过程中的整个转动过程。能有效防止由于传动杆等中间传动器件的影响，造成位置指示的不不准确。能够直观显示刀闸位置，有助于操作人员判断设备状态，防止误操作的风险。

4.结论

GIS刀闸分合闸位置判断工具能通过GIS刀闸分合闸位置判断工具有效地观察刀闸位置，对值班员操作后更直观的判断GIS刀闸是否分合到位，防止刀闸分合不到位引起的电网安全事故；该设计简单，判断精确，便于推广。

参考文献

[1]刘海涛.GIS刀闸分合闸到位确认改进措施[J].硅谷，2014（24）：190-191.

[2]张科.220kVGIS刀闸分合到位的综合判断方法的研究[J].中国科技信息， 2014（14）：172-174.

[3]姜俊和，杨冠华，吴建文，等.GIS设备隔离开关（地刀）分、合闸位置精确指示装置的研究与应用[J].电气技术，2016（2）：100-101.