220kV GIS操作气系统运行分析

张代军

摘 要：220kV GIS操作气系统在现代电气领域中的应用广泛，文章首先对220kV GIS系统断路器气动-弹簧机构原理进行介绍，然后对系统漏气原因与异常运行原因进行分析，最后根据作者多年的工作经验，提出运行监视及巡检对策，以期对操作维护该系统的人员提供一些帮助。

关键词：220kV GIS系统；操作气系统；运行；分析

1 220kV GIS操作气系统漏气记录

2015年11月04日，220kV GIS一断路器间隔操作气管路逆止阀联接至A相储气罐的铜管接头脱落，直接原因为接头松动，机组停机断开断路器时震动较大使得铜管与接头脱落，导致操作气压泄漏。

2016年02月13日，对220kV GIS操作气系统检查时发现一断路器操作气C相气罐进气管接头处存在漏气现象，直接原因为管路接头松动。

2016年05月15日，巡检发现一断路器操作机构箱内操作气压测试阀（常闭）漏气，直接原因为阀门接头松动。

2 220kV GIS断路器气动-弹簧操作机构原理

220kV GIS操作气系统几次漏气点的不同使得我们对操作气系统的日常巡检及维护工作面临更细致、更严格的要求。220kV GIS操作气系统出现漏气情况，可导致断路器重合闸被闭锁，严重时可导致斷路器分闸被闭锁，若此时遇事故还会扩大事故范围，对系统造成重大影响。要掌握220kV GIS操作气系统可能存在的漏气点及漏气原因，首先需了解220kV断路器操作机构的构成和动作原理，大致介绍如图1。

如图1所示，断路器处于合闸位置时，操作机构内合闸弹簧处于向上伸张状态，将气缸内的活塞推至最顶端，活塞杆向上伸至最长，断路器动、静触头处于闭合状态。断路器分闸操作时，分闸回路接通，分闸线圈带电，通过衔铁和传动机构使掣子和拐臂脱扣，控制阀在弹簧的作用下向上打开，压缩空气罐内的压缩空气进入气缸，推动活塞向下运动，活塞杆带动断路器动触头也向下运动，使断路器动、静触头分开，实现断路器分闸，同时压缩空气推动活塞向下使合闸弹簧压缩蓄能（见图2）。

在断路器分闸的最后阶段，分闸保持掣子将活塞杆扣住，闭锁活塞及活塞杆的上下运动，使断路器保持分闸状态、使弹簧保持压缩储能状态，同时活塞杆带动凸轮逆时针方向转动将拐臂向下压，使分闸控制阀关闭，阻断气罐进入活塞气缸的压缩空气，先前断路器分闸过程中进入活塞气缸内的压缩空气通过排气孔泄出，断路器最后保持在分闸状态；断路器合闸操作时，合闸回路接通，合闸线圈带电，通过衔铁将分闸保持掣子与活塞杆之间的锁扣解除，合闸弹簧所储能量被释放，活塞和活塞杆被合闸弹簧向上推动，将断路器动、静触头接合，实现断路器合闸（整个合闸过程，分闸控制阀未动作，活塞气缸内没有压缩空气，通过排气孔与大气相通，以保持活塞气缸内外压力平衡）。

3 220kV GIS操作气系统漏气分析

压缩空气外部流通路径主要涉及压缩空气罐、铜管、截止阀、管路接头、表计、压力传感器、过滤器、减压阀、逆止阀、卸压阀等。

漏气点分析：压缩空气外部流通路径尤其以截止阀、管路接头居多，漏气点容易出现在：三通管路接头（如Ⅰ路供气总管与断路器间隔Ⅰ路供气阀门之间的管路接头或气源侧供气管路与测压管路之间的接头等）、四通管路接头、断路器压缩空气罐进气管路接头、测压管路与表计或压力传感器之间的接头以及常开截止阀、常闭截止阀等。

漏气原因分析：220kV GIS操作气系统已投运十余年，相关压缩空气管路阀门密封和接头密封已趋于老化，加之220kV GIS运行中这些管路和接头长期带压运行，不易进行维护和保养，气体中的杂质和水分在管路中经过积累，易导致管路和接头密封被腐蚀，从而引起接头松动自行漏气或由于断路器动作产生的较强震动将密封不牢固或密封老化的接头振脱。此外，由于压缩空气管路制造工艺方面的原因，部分薄弱的管体可能在长期带压过程中被击穿形成小的漏气砂眼；由于安装工艺及管路中水分长期积累的原因，管路接头与管路之间容易被腐蚀，严重时可导致管路接头与管路重叠部分由于腐蚀而直接断裂漏气。

压缩空气内部流通路径主要涉及压缩空气罐、分闸控制阀、活塞气缸、排气孔等，即断路器分闸时压缩空气通过分闸控制阀由压缩空气罐进入活塞气缸，分闸完成时控制阀关闭，阻断压缩空气罐给活塞气缸的供气，气缸内压缩空气通过排气孔排至大气。

漏气点分析：从上述断路器的分、合闸动作原理可以看出，无论断路器处于合闸状态还是分闸状态，分闸控制阀均在关闭位置，若操作机构内部漏气，只能是压缩空气罐内气体通过分闸控制阀并从其上方的排气孔漏出。

漏气原因分析：操作机构内部漏气主要有两方面原因：其一，分闸控制阀关闭不严，出现此种情况的原因可能是气压不够、弹簧弹力降低、传动机构故障使得控制阀未完全关闭到位，从而压缩空气罐内气体通过控制阀并从其上方的排气孔漏出；其二、分闸控制阀密封老化、腐蚀或杂质卡涩密封不严，分闸控制阀与压缩空气罐之间有2处密封，分别位于控制阀靠气罐侧的上下端，若这两处密封不严，断路器压缩空气罐内气体将缓慢通过控制阀并从其上方的排气孔漏出，造成气罐压力缓慢下降的现象。

4 220kV GIS操作气系统异常运行原因分析

4.1 某一点漏气导致其余断路器间隔操作气压普遍降低

通过最近几次漏气情况发现，在220kV所有断路器均没有分合闸操作时，某一点出现漏气会导致所有断路器间隔操作气罐压力降低，说明当该点漏气导致两路供气总管压力降低后，未漏气的断路器间隔操作气罐均存在向总供气管路回流压缩空气的现象，由此可以判断：断路器间隔操作气罐与两路供气总管之间的逆止阀普遍存在反向密封不严的问题。例如逆止阀内密封老化、逆止阀内气体杂质积累卡涩导致反向关闭不严等。虽然空压机出口气源管路配置有气水分离装置，但由于此装置自投运至今从未拆卸清理和维护，完全有可能对压缩空气中的水分和杂质未起到有效的过滤作用，气体中的颗粒杂质和水分便会渗入到各供气管路、阀门、接头等部位，造成堵塞或腐蚀现象，从而导致逆止阀反向密封不严的问题。

4.2 断路器间隔操作气罐压力缓慢降低（无分合闸操作或操作很少）

2016年02月中旬至05月中旬，220kV GIS除206断路器有分合闸操作外，其余断路器间隔基本没有分合闸操作，这段时间220kV GIS各断路器间隔气压总体上呈现缓慢降低的情况，原因大致有三：第一、操作机构内分闸控制阀关闭不到位或密封不严，使得压缩空气罐内气体缓慢从排气孔渗出，虽然空压机有启动补气行为，但是若逆止阀两侧气压差值达不到正向导通差压，逆止阀不会导通；第二、由于压缩空气管路制造工艺方面的原因，部分薄弱的管体可能在长期带压过程中被击穿形成小的漏气砂眼，加之逆止阀的反向密封性能影响，结果同第一点分析；第三、由断路器分合闸原理可知，断路器每分闸一次，将消耗一部分压缩空气，由于逆止阀的反向密封性能下降，206断路器每分闸一次都会导致其余间隔气压下降，即使有空压机的启动补气行为，也会同第一点的分析一样涉及逆止阀的导通和排气孔的渗气情况，同样会导致气罐压力缓慢下降。

4.3 断路器间隔操作气罐补气速度偏慢

空压机补气时断路器气罐气压上升速度与逆止阀正向导通开度和操作机构排气孔渗气速度有关，逆止阀两侧差压越大，排气孔渗气速度越慢，则气罐补气速度越快，气压上升越快，因此目前可考虑将减压阀后压力定值再适当提高一些，增大断路器操作气罐逆止阀两侧差压，以便逆止阀正向导通到位。此外，若操作气管路气水分离器性能下降，使得进入气源总管路的水分和杂质积累过多，将会导致压缩空气不纯、逆止阀卡涩或密封老化腐蚀等情况，也会导致氣罐补气速度的降低。

5 运行监视及巡检对策

由于220kV GIS操作气系统投运已十余年，相关管路、阀门、接头及其密封等缺少定期保养与维护，老化现象逐渐显现，漏气现象已逐渐增多，运行巡检及值班应多加关注，从上述断路器间隔操作气漏气案例分析可以看出，操作气漏气是一个从缓慢到突变的过程，只要关注和跟踪及时，漏气情况可以被及时发现并控制。

（1）中控室值班期间，应关注和统计空压机启动和运行情况，发现空压机启动频繁或运行时间过长，则须立即现地排查除漏，必要时采取隔离措施，通知专业人员处理；尤其在220kV断路器有分、合闸操作时更应加强关注。（2）每日巡查工作须特别关注220kV GIS操作气系统各间隔气压变化情况，当气压普遍低于额定值时，应及时汇报并联合专业人员进行检查排漏。（3）巡检负责人应每天核实220kV GIS操作气系统巡检结果，并做好记录。（4）中控室值班期间统计220kV GIS操作气空压机启动次数，目的在于及早发现漏气趋势。

以上仅为个人分析，仅供参考，若有不妥之处敬请告知或讨论。