气体绝缘开关设备的运行与维护

2013-11-20 08:18雍成林朱承明
水利信息化 2013年5期
关键词:江都开关设备合闸

雍成林,朱承明

(江苏省江都水利工程管理处,江苏 江都 225200)

0 引言

江都水利枢纽共有4座大型泵站(以下简称江都站),一、二站装有8台水泵机组,配1000kW 同步电机;三站装有10台水泵机组,配1600kW 同步电机;四站装有7台水泵机组,配3400kW 同步电机,总装机容量55800kW。江都站设有2座变电所,1座江都站变电所110kV 单回路供电,装有25000和40000kV·A 的2台主变压器,供一、二、三站6kV 电源;另1座四站专用变电所,由江都站变电所转供110kV 电源,该变电所装有1台31500kV·A的主变压器,供四站6kV 电源。江都站变电所及四站专用变电所110kV 系统采用110kV 气体绝缘开关设备(以下简称 GIS)[1]。

GIS 是采用六氟化硫 SF6气体作为开关设备的绝缘介质,用 SF6为灭弧介质,将母线、断路器、隔离开关、接地开关等集中密闭在箱体中,综合运用现代绝缘、开断、制造、传感、数字等技术生产的集智能控制,保护,监视,测量和通讯于一体的高新技术产品。具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等特点。与以往独立布置的高压电气设备相比,结构简单,安全可靠,维护方便,但在实际运用中,尤其是与计算机监控系统配合使用,如运行、操作、维护不当极易造成供电故障,甚至引发事故[2]。

1 GIS 主接线

江都站110kV GIS 主接线如图1所示,主要由断路器、快速接地开关、接地开关、三工位开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、进出线套管及相应各气室间隔组成。

其中快速接地开关为故障关合接地开关,具有关合短路电流及开合感应电流能力,快速分合;接地开关仅用于检修时保护安全的工作接地开关,慢速分合[2-3]。

2 GIS 控制基本原理

2.1 控制方式

GIS 开关设备控制方式有以下3种:远控(远方的控制按钮或泵站监控系统控制)、就地控制柜控制(就地柜按钮的电气控制)、开关操作箱处控制(开关设备操作机构处的机械控制)。

2.2 闭锁

图1 江都站110kV GIS 主接线图

GIS 开关为了确保电气操作安全,有严格的操作程序要求及限制。为防止操作人员的误操作,在进行 GIS 一次开关设备及二次控制电路设计时,设置了闭锁及限制要求。GIS 开关设备的操作闭锁的基本要求如下:当断路器处于合闸位置时,隔离开关不能操作;当隔离开关处于合闸位置时,接地开关不能操作;当接地开关处于合闸位置时,隔离开关不能操作;当接地开关处于合闸位置时,断路器不能合闸。

闭锁及限制主要有以下4种形式:

1)电气闭锁。电气闭锁是为了实现操作闭锁要求,防止误操作,在断路器、快速接地开关、接地开关、三工位开关等电气控制回路之间设置的闭锁。江都站变电所 GIS 闭锁电路简图如图2所示,该电路串联在相应开关控制回路中。

为了检修和试验时单独操作开关的需要,在三工位开关电气控制回路闭锁电路中设有解锁电路。

2)机械闭锁。机械闭锁是指接地开关与隔离开关之间由机械实现的闭锁。早期的 GIS 产品为了运行和检修需要,主接线中每个隔离开关,配1个接地开关,原理如图3所示。操作时,隔离开关在分闸位时,接地刀闸可接地,隔离开关在合闸位时,接地刀闸禁止接地,接地刀闸在接地位时,隔离开关禁止合闸,其间的操作顺序要求通过电气闭锁实现,但电气闭锁不是绝对可靠的。近期的 GIS 产品,隔离开关与接地开关组合成1个三工位开关,该开关有3个工作位置,合闸、分闸、接地,简称三工位,原理如图4所示。该开关只能处于其中1个位置,实现运行操作时的机械闭锁,运行更加安全可靠。

图2 闭锁电路

图3 隔离、接地开关

图4 三工位开关

3)调度按钮。GIS 开关设备为了供电线路检修需要,在进线处专门设置了进线快速接地开关,该开关只有在上一级供电变电所调度下使用,为了防止误操作,除与本变电所 GIS 进线隔离开关闭锁外,另增加1个带钥匙调度按钮,只有在接到上一级供电变电所调度指令,使用调度按钮钥匙,才能进行该接地开关的分合操作。

4)SF6气压过低报警和闭锁。SF6气体具有很高介电强度和良好的灭电弧性能,GIS 设备使用 SF6气体用作绝缘及断路器灭弧。为了满足介电强度和灭弧能力,GIS 气体应达到一定压力。压力过低表明GIS 间隔气体泄漏,并可能导致绝缘强度和断路器开断能力下降,因此,GIS 设有气压过低报警,达到下限压力时应闭锁断路器,不能进行分合操作,防止引发事故[4-6]。

3 GIS 运行管理

3.1 GIS 的操作

GIS 的操作必须按规定顺序,即操作闭锁的要求进行,以江都站变电所110kV 进线送电操作为例,操作顺序和要求如表1和2所示的江都站变电所监控系统操作票。

表1 110kV 进线送电操作票

为了正确操作,避免误操作,引发操作事故,在操作中应执行操作票制度。由现泵站设备运行操作,操作方式可分为以下2种:

1)现场操作。泵站运行前,应按电气操作顺序要求制定操作票,并审查。操作时,应严格按操作票规定认真执行,过程:按操作顺序进行,实行监护、唱票、复诵、操作和复查。当操作有疑问或故障时,应停止操作。

表2 110kV 母线送电操作票

2)监控系统上位机操作。监控系统上位机控制操作程序设计,由自动化开发人员按电气操作顺序要求和限制,进行操作票或流程的制定,在监控系统上位机操作程序中,前一条操作结果“回讯”应为后一条操作的限制条件,过程为操作、回讯、验证、依次自动或手动确认进行下一条操作。当操作过程中出现设备故障拒动或通讯故障时,应能自动停止操作并返回该操作任务的原始状态[7]。

3.2 GIS 的运行

SF6是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的气体,但在电弧作用下会分解强烈的腐蚀性和毒性气体。因此 GIS 室内应安装空气含氧量或 SF6气体浓度自动检测报警装置。GIS 室内空气中氧气应大于 18% 或 SF6气体的浓度不应超过1000μL/L(或6g/m3)。GIS 室内应装有足够的通风排气装置,排风口设置在室内底部;运行人员经常出入的 GIS 室,每班通风时间不少于15min;对不经常出入的 GIS室,应定期检查通风设施。室外 GIS 发生 SF6气体严重漏气事故时,值班人员应从上风接近设备;GIS安装在室内时,在进入室内前必须先行强迫通风20min 以上,待开关室内含氧量和 SF6气体浓度符合标准后才可进入。

GIS 依靠 SF6气体具有很高介电强度和良好的灭电弧,而压力过低会导致其性能下降,因此当断路器 SF6气体压力降至闭锁压力时,应立即断开操作电源,悬挂禁示牌,采取减负荷或上一级断开负荷后再退出故障断路器。

GIS 为保证二次控制电路闭锁及限制要求的实现,防止操作人员的误操作,GIS 在正常情况下,开关操作使用远方操作或就地控制柜上就地操作方式,紧急情况下,在分闸电动操作失灵时可使用手动机械操作。

GIS 开关、隔离刀闸及接地刀闸电气闭锁回路在运行中应切至“联锁”位置。当电气闭锁回路存在某种缺陷无法进行操作时,应立即汇报并及时处理,但不得解锁[8]。

3.3 GIS 的巡视检查

为保证 GIS 可靠安全运行,运行期间应定期巡视检查,主要检查内容及要求如下:

1)断路器和隔离开关、接地开关及快速接地开关位置应指示正确,断路器、隔离开关的累积动作次数指示应准确、正常。

2)各种指示灯、信号灯和带电监测装置的指示应正常,控制开关的位置应正确,避雷器的动作计数器、在线检测泄漏电流的指示值应正常。

3)裸露在外的接线端子无过热,汇控柜内无异常现象,无异常声音和气味。外壳、支架等无锈蚀和损坏,瓷套无开裂、破损或污秽现象,外壳漆膜无局部颜色加深或烧焦、起皮现象。各类管道及阀门无损伤、锈蚀,阀门的开闭位置应正确,管道的绝缘法兰与支架应完好。金属外壳的温度应正常。

4)各种压力表的指示值应正常,设备应无漏气现象。

5)GIS 室内照明、通风设备、防火器具及监测装置应正常,完好。

非运行期间,为保证 GIS 随时投入运行,应定期巡视检查,每月 3~5次,并应记录巡查情况、SF6气体压力表的指示值及环境温度。检查内容及要求如下:SF6气体压力表的指示值应正常,无异常气味,加热器应按规定要求投入或退出[9]。

4 GIS 维修管理

为保证 GIS 可靠安全运行,应定期进行维护和检修,主要内容如下:

1)GIS 应按电力设备预防性试验规程要求进行预防性试验,并将试验结果与该设备历次试验结果相比较,判断设备是否正常,是否符合运行条件。

2)GIS 每 2a应进行1次定期检查,检查维护的内容主要有,操作机构检查维护、传动机构磨损检查和添加润滑油、断路器的机械特性及动作电压试验、漏气处理、控制系统检查及绝缘测量、外壳的清扫和油漆。

3)GIS 在运行中发现异常或缺陷时应进行有关的电气性能、SF6气体湿度、气室密封性能、机构动作机械特性等试验,根据相应的试验结果,进行必要的分解检修。GIS 处于全部或部分停电状态下,对断路器或其他设备进行分解检修,内容与范围应根据运行中所发生的问题而定,分解检修应在制造厂指导下进行。

断路器本体在达到制造厂规定的或表3的操作次数时应进行分解检修。断路器分解检修时,应在制造厂指导下进行。检修时将主回路元件解体进行检查,根据需要更换不能继续使用的零部件。

表3 断路器动作(或累计开断电流)次数

4)GIS 每15a 或按制造厂规定进行1次大修,检修年限可以根据设备运行状况适当延长。主要内容包括电气回路、操作机构、气体处理、绝缘件检查及相关试验等[9-10]。

5 经验和总结

江都站变电所 GIS 设备自 2009年2月投入运行以来,至 2012年底,已运行942d,主要回路投切操作达352次。在运行中曾发生多起操作故障和不正常运行状态,为正确处理和防止事故发生,总结如下:

1)GIS 的电气闭锁,GIS 在运行状态下禁止解锁,只有在检修和试验时,才能解锁。

2)调度按钮,只有在110kV 供电线路检修时由上级供电部门调度命令,分、合110kV 进线接地开关时使用。合或分操作完毕后调度按钮钥匙应立即取出,另行保管。

3)解锁开关,只有在110kV 相应间隔检修或试验时,根据工作票要求,操作相应三工位隔离和接地刀闸时,才可解锁,进行相应分、合操作。操作完毕后解锁开关钥匙应立即取出,另行保管。

4)GIS 接地开关在运行操作中不作接地操作,只有在执行检修和试验工作时,按工作票要求进行接地和退出。在运行送电操作中,接地开关位置在操作票中作为检查和操作的必备条件。

5)断路器运行操作时,禁止在断路器操作机构操作箱处进行机械合闸操作,紧急情况下可进行机械分闸操作。

6)GIS 运行操作中发生开关拒动时应查明原因,予以排除,在未排除故障前,不得解锁,更不得再开关机械操作箱强行操作。

7)监控系统上位机在进行运行操作时有可能发生因死机、系统程序出错,导致操作和回汛混乱,同时电气闭锁电路也有可能发生错误,为避免此类故障造成操作故障或事故,在上位机进行操作时,应注意监视操作过程是否正常,重要操作必要时应进行现场确认。

以上要求,为避免误操作,建议安装有 GIS 的泵站在运行规程和技术管理细则中做出明确规定。

[1] 江苏省水利勘测设计研究院.南水北调东线第一期工程长江至骆马湖段 (2003)年度工程江都站改造工程初步设计[R].扬州:江苏省水利勘测设计研究院有限公司,2004: 186-210.

[2] 中国电力企业联合会.DL/T603-2006气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程[S].北京:中华人民共和国国家发展和改革委员会,2006: 10-16.

[3] 江苏省水利厅,江苏省水利工程科技咨询中心.SL317-2004 泵站安装及验收规范[S].北京:中国水利水电出版社,2005: 20-25.

[4] 雍成林,朱承明.江都抽水站更新改造工程技术[J].南京:水利水电科技进展,2011,5(5): 53-58.

[5] 山东泰开高压开关有限公司.GIS 设备使用说明书[R].济南:山东泰开高压开关有限公司,2007: 3-8.

[6] 江苏省江都水利工程管理处.江苏省江都水利工程管理处技术管理实施细则[S].扬州:江苏省江都水利工程管理处,2010: 20-89.

[7] 蒋钢.气体绝缘金属封闭开关设备的特点、原理及运行[J].成都:水电站设计,2007,6(2): 29-31.

[8] 中国电力企业联合会.DL/T 555-2004气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则[S].北京:中国电力出版社,2004: 1-5.

[9] 国家电网公司,中国电力科学研究院.GB/Z 24836-2009110kV 气体绝缘金属封闭开关设备技术规范[S].北京:中国标准出版社,2009: 2-17.

[10] 中国电力企业联合会.DL/T 618-2011气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程[S].北京:中国电力出版社,2011: 4-6.

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