一起220 kV GIS隔离开关合闸不到位原因分析

杨舟，邱鹏锋，钟志刚，马御棠

（1. 云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100；2. 云南电网有限责任公司科学研究院，云南 昆明 650000；3. 云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663099）

0 前言

GIS 内隔离开关结构简单紧凑，使用量大，对变电站的设计、建立和安全运行的影响均较大，是电网中重要的开关电器之一。在实际的运行中因为各种因素诸如运行情况、维护情况、操作失误以及开关质量等都会使得GIS 隔离开关出现故障，由于GIS 全封闭式的结构导致其内部隐患难以直接观察判断，为确保电力系统安全有效地稳定运行，必须仔细分析故障产生的原因，寻求最佳的处理方案以及后续预防措施。

1 缺陷基本情况

1.1 设备运行情况

2022 年7 月某日，某局运行人员完成220 kV 1 号主变201 断路器由Ⅱ母倒至Ⅰ母运行的操作任务，按照GIS 设备隔离开关操作项目检查未发现异常。7 月某日，地调通知220 kV 1 号主变高压侧电流C 相指示为零，A、B 相电流指示正常。经现场检查发现后台机、故障录波装置、PMU、测控装置、保护装置上的1 号主变高压侧电流和地调通知情况一致，现场检查2011 隔离开关位置，后台及汇控柜位置显示2011 在合闸位置，三相公共合闸指示距离合闸位置欠位6 mm，超出合闸指示范围，使用厂家提供的定位销穿过定位孔检查发现，定位销距离合闸定位点偏差约为5 mm（标准为±2 mm），判定隔离开关合闸不到位，需立即停电。

现场确证2011 隔离开关合闸不到位后，操作合上2012 隔离开关，拉开2011 隔离开关，将201 断路器由Ⅰ母倒至Ⅱ母，检查2012 隔离开关机械、电气指示正常，合闸到位，2011 隔离开关的汇控箱和后台位置显示在不定态，1 号主变高压侧三相电流指示正常，现场检查2011隔离开关分闸不到位，定位销距离分闸定位点偏差约为4.5 mm（标准为±2 mm），分闸不到位，手动操作将2011 隔离开关分闸到位后，汇控箱和后台位置显示在分位。

1.2 解体检查情况

对其进行拆盖检查发现A 相静触头座烧伤较为严重，动触头有烧蚀后的少量白色附着物；B 相有轻微放电，静触头座少量触指炭化变黑；C 相烧蚀严重，静触座内存在大量触头烧蚀后的金属粉尘，触头座、触指座梅花触指炭化变黑，屏蔽罩有放电但烧蚀轻微。三相触头、触指均存在不同程度的异常，C 相动、静触头均烧蚀严重，A 相约90% 静触头及对应动触头触指存在发热烧蚀痕迹，B 相轻微烧烧，6 片触指外金属镀层脱落，如图1～图3 所示。

图1 从左到右A相、B相、C相静触头情况

图2 从左到右A相、B相、C相动触头情况

图3 从右到左C相动触头、静触头、屏蔽罩等

B 相静触头大约有30% 触指放电烧伤，A相静触头大约有90%触指放电烧伤，烧蚀情况比B 相严重。

另外，2011 隔离开关动触头在分闸位置时存在分闸不到位的情况。依据设计值，动触头位置应该在屏蔽罩内部约2 mm 的位置，但开盖检查其分闸位置动触头在屏蔽罩外部约10 mm位置。

2 分解产物及X射线检测情况

2.1 分解产物检测

7 月某日对2011 隔离开关气室做气体分析试验（如图4），分解产物中SO2严重超标（实测值501 μL/L，规程值不大于3 μL/L），H2S超标（实测值11.7 uL/L，规程值不大于2 μL/L），湿度20 ℃超标（实测值400 μL/L，规程值不大于300 μL/L），分解产物中HF 测试提示超标。8 月某日，再次开展检测（如图5），2011 隔离开关分解产物中SO2严重超标（实测值248.5 μL/L，规程值不大于3 μL/L），H2S正常（实测值0 uL/L，规程值不大于2 μL/L），湿度20 ℃（实测值30.1 μL/L，规程值不大于300 μL/L），分解产物中HF 测试提示超标。

图4 从左到右2011隔离开关C相、A相断口X射线图谱

图4 7月9日气体分析结果

图5 2011机构箱俯视图

图5 8月12日气体分析结果

经过1 个月气室自然冷却、吸附剂吸附后，SO2、H2S 有所下降，但是SO2仍严重超标，并提示分解物很高，存在高能量故障。推断为内部发生电弧放电导致SF6气体分解。

2.2 X射线检测

8 月某日，技术人员对2011 隔离开关气室开展X 射线检测（如图4），通过图谱发现该隔离开关触头、触指轮廓清晰、弹簧未见位移，端部未见明显变形、缺口或锯齿状，未发现明显异常，需解体后进一步检查。

3 隔离开关电气部分检查情况

3.1 检查隔离开关机构箱内的辅助开关接点

辅助开关部分接线端子外表面锈蚀，辅助接点切换触头塑料密封片完整，内部切换触头无明显锈蚀，在分合闸到位时测量各接点通断正常，汇控箱隔离开关位置对应正确。机构箱密封不良、底部存在积水，机构箱内长期受潮严重，导致缓冲块防松挡卡、缓冲碟簧、齿轮盘表面锈蚀，如图5 和图6 所示。

图6 机构箱正面图

3.2 检查隔离开关机构箱电机

8 月某日首次测量电机电阻，其中定子端红蓝为5.8 Ω（标准值为7.8±2 Ω），转子端绿黑为6 Ω（标准值为7±2 Ω），电机阻值在合格范围内，电机按照设计回路接线，接线正确，电机外部传动齿轮与直齿轮啮合良好。电动操作分合隔离开关，发现电机声音较大，电机输出受阻，在连续操作两三次后，电机明显发热。8 月某日电机在大约电动10 次分合操作后，电机受损，不能电动，测量其定子端电阻约为7 Ω，转子端电阻约为1.5 Ω，转子端电阻明显下降，内部已有短路故障。拆解电机检查，电机防护罩内有氧化物，电机碳刷磨损严重，电机绕组发黑，如图7 所示。

图7 从左到右电机绕组发黑、电机碳刷磨损、电机防护罩内氧化物

3.2 检查机构箱总输出角度

机构箱总输出拐臂在带本体情况下的输出角度约为50°，小于标准值为60°，总输出角度不足，导致隔离开关分合不到位。在机构箱脱开外部传动连杆后测量机构拐臂输出的角度，大约也为53°左右，比机构带着传动连杆是输出角度略有增加，增大约2°～3°，如图8 所示。

图8 机构总输出拐臂分合闸位置时划线及角度测量

4 隔离开关机械部分检查情况

4.1 检查隔离开关机构箱内齿轮

直齿轮、锥齿轮各齿完整，无断齿，啮合良好，齿轮上润滑脂流失、变干，润滑失效，涡轮与蜗杆配合良好，在手动、电动操作时齿轮无明显卡滞。

4.2 检查机构箱内缓冲碟簧

碟簧本体锈蚀严重，固定碟簧的轴销防松挡卡锈蚀，手动、电动分合闸到位时测量分闸、合闸缓冲碟簧压缩量分别约为23 mm、21 mm，标准值为20.5 mm，分、合闸缓冲碟簧压缩量不足。

4.3 检查隔离开关外部传动部件

外部传动连杆固定螺母无松动、开口销无缺失；拐臂、连杆无变形、无锈蚀，拐臂与连杆连接处有积污，轴销部位润滑脂流失，润滑失效。用手扳动检查连杆与拐臂连接处轴销部位卡滞情况：其中A 相、B 相拐臂轴销存在卡涩，A 相在扳动检查是发现拐臂与连杆处积污严重，在运动时在接触面有较大摩擦痕迹；B 相机构箱总输出拐臂轴销与连杆连接处卡涩严重，在进行多次润滑后，可以灵活转动；C 相拐臂轴销卡涩不明显。拐臂轴销的卡涩导致隔离开关机构在运动过程中增加了阻力。

4.3.1 分合闸后拐臂定位孔与分合闸定位点偏差检查

手动合闸，到合闸限位行程开关刚断开点时，用定位销查看定位孔与合闸定位点偏差（如表1 所示）。A：-4.4 mm，B：-5.5 mm，C：-4.5 mm。手动分闸，到分闸限位行程开关刚断开点时，用定位销查看定位孔与分闸定位点偏差。A：-4.4 mm，B：-4 mm，C：-5.5 mm。电动合闸，在机构合闸停止后，用定位销查看定位孔与合闸定位点偏差。A：-5 mm，B：-5 mm，C：-4.5 mm。电动分闸，在机构分闸停止后，用定位销查看定位孔与分闸定位点偏差。A：-4.5 mm，B：-4 mm，C：-5.5 mm。

表2 分合闸数据 （单位 / mm）

从以上数据看出，手动操作到分闸限位行程开关刚断开点时与电动操作停止时，定位孔与合闸定位点偏差基本一致，说明电动操作到限位行程开关刚断开点时机构就停止缓冲了，造成分、合闸不到位。

4.3.2 分合闸后动触头插入深度检查

开隔离开关气室侧孔盖，手动合闸到位后，对动触头插入位置进行标记，手动分开后测量其插入深度为：A：28.5 mm，B：28.5 mm，C：26 mm，标准插入深度为28 mm～29 mm。电动合闸操作后，对动触头插入位置进行标记，分开后测量其插入深度为：A：17.5 mm，B：17.5 mm，C：15 mm。可以看出电动合闸操作隔离开关动触头插入静触头深度比手动合闸到位时，三相均减少了11 mm，说明电动合闸不到位，其中C 相插入最少，烧蚀也最严重。

表2 分合闸数据 （单位 / mm）

4.4 隔离开关本体内部传动部件检查

将隔离开关外部传动连杆、拐臂拆开，用力矩扳手检查拐臂盒输出轴力矩，检查结果如表3 所示。

表3 分合闸数据 （单位 / N·m）

通过该表来看A、B 相内部传动部件运动正常，无明显卡涩现象，C 相内部放电烧蚀后，绝缘拉杆传动部件存在明显卡涩。

5 隔离开关本体动静触头插入配合检查

手动分合闸操作，观察刚插入时的角度，动、静触头中心对正，能正常插入，触指、触头未发现明显摩擦痕迹，电动操作，动触头也可以对中插入静触头，动、静触头插入配合没有问题。

6 原因分析

综合以上对隔离开关气室、机构箱电气部分、机构箱机械部分、外部传动部件、本体内部传动部件以及本体动静触头配合检查、排查及试验情况，该隔离开关合闸不到位有以下两方面的原因：

隔离开关合闸不到位的主要原因是隔离开关机构箱密封不良，机构箱内长期受潮严重，导致电机性能下降，隔离开关电机输出扭矩不足，导致输出拐臂总输出大约为50°左右（标准值为60°），电机带动机构到合闸限位行程开关刚断开点时就停止转动，无继续缓冲合闸行程，导致隔离开关合闸不到位。

该隔离开关合闸不到位的次要原因是外部传动连杆与拐臂连接处的轴承卡涩，导致操作力矩增大。

7 结束语

合闸不到位是造成2011 隔离开关触头烧蚀的主要原因。合闸不到位的主要原因是电机输出力矩不足，机构拐臂总输出角度不够，导致隔离开关合闸不到位，动触头插入深度不足，动静触头虚接，导致电弧放电烧蚀动触头，动静触头接触间隙增大，导致负荷电流为零。对如何预防此类故障的发生提出了改进措施如下：

1）严格把关电动操作机构的选材。对电动机、机械限位装置定位件及主轴等零部件材质和机械尺寸的选择严格按照产品技术要求进行，提高设备的可靠性。

2）加强设备的巡视检查，对存在异常的隔离开关及时进行维护与检修，严防家族性缺陷的产生。

3）对常年处于潮湿运行环境的机构箱、汇控箱重点进行运维检修，保证其防潮密封性，延长电气元件的使用寿命。

4）正常倒闸操作时，注意观察外部传动动作是否顺畅，听电机、机构动作声音是否正常，若发现异常，需要核查拐臂定位点是否在标准值内。

5）在停电检修时，重点检查机构箱的密封性，对于老化变形的密封胶条更换，密封后对密封面打胶做好双重保护；对机构内受潮锈蚀的二次元器件进行更换，传动齿轮进行润滑，啮合不良的要进行更换；测量电机绝缘电阻和直流电阻，对比历史数据和标准，若不合格或偏差较大，则因查明原因，更换电机或损坏的部件；检查缓冲碟簧是否锈蚀，对锈蚀的缓冲碟簧进行更换。