HB10-550型GIS断路器合闸同期不合格原因分析及处理

陈文剑

（广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223）

0 引言

气体绝缘全封闭组合电器（GasInsulatedSwitchgear，GIS）有着结构紧凑、占地面积小、维护量小、可灵活用于户内或户外的优点，如今广泛用于变电站、电厂等发输配电系统中[1]。GIS由不同SF6气室部件罐体组成，包括断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、互感器和导体等部件，GIS断路器是GIS中用于实现传输电流通断及故障电流切除的重要部件，其性能好坏决定着GIS能否稳定安全运行。GIS断路器由操动机构和灭弧室组成，灭弧室可将开断电流时的电弧迅速熄灭，操动机构控制着断路器的准确动作，操动机构的可靠性是断路器正常运行的重要保证，断路器三相相间合闸不同期需不大于5 ms，分闸不同期不大于3 ms，断路器动作不同期时间过大会导致断路器动静触头间产生过电压，严重时可能引起断路器爆炸[2]。断路器不同期合闸也会引起电网震荡，威胁电网的稳定运行。

1 设备信息

HB10-550型GIS生产厂家为法国维奥输配电（VATECH-T&D）公司，出厂时间为2005年6月，2011年安装、投运，额定电压550 kV，额定母线、进线、出线电流为4 000 A，断路器型号为GDHB2，操动机构为液压氮气储能，液压操动机构工作压力最高33.6 MPa，最低25 MPa，报警压力28 MPa，闭锁压力25 MPa，分合闸回路额定电压为DC110 V。

2 现场情况

2018-07-08T14：17：17，HB10-550型GIS 5023开关远控合闸，自投运以来首次出现明显合闸不同期现象，故障录波图显示C相辅助开关接点滞后A、B相大约970 ms后合闸，如图1所示。

图1 7月8日5023开关远控合闸后故障录波图

2018-08-12T01：58：00，HB10-550型GIS 5023开关远控合闸，A、B两相合闸成功，C相一直没有合闸成功，2.5 s后，断路器本体三相不一致保护动作，同时将5023开关A、B两相跳开。12日白天，测量三相合闸线圈阻值无异常，再多次对5023开关进行合闸操作，就地、远方合闸均正常。

2018年8月16日，为了确保开关可靠动作，更换5023 C相开关合闸线圈，并进行开关机械特性试验，试验数据正常，如表1所示。试验后经过多次传动也未发现异常。

表1 5023开关机械特性试验数据单位：ms

此后，对每次5023开关合闸不同期情况进行跟踪，汇总如表2所示。

表2 5023开关合闸不同期情况汇总

2018-08-20T09：51：15，5023开关远控带负荷合闸，C相电流和辅助开关接点变位都滞后A、B相大约176 ms，C相电流和C相辅助开关接点变位是相对应的，可知C相开关确实滞后合闸，排除了是辅助开关接点异常导致故障录波中C相显示滞后的可能性。

3 故障排查及原因分析

鉴于5023开关合闸不同期反复并偶发出现，为排查故障、分析原因、彻底处理，2018年10月12日，将开关申请停电进行详细检查。

3.1 排查控制回路

首先对控制回路进行检查，在汇控柜内对调B、C两相合闸控制回路，同时利用示波器对三相合闸线圈电压进行记录，对比三相合闸不同期性与合闸线圈电压翻转时间和幅值，以明确缺陷是出现在控制回路上还是操作机构中。在最初几次合闸操作中，三相同期性均能满足要求。16：25再次进行合闸操作时，开关出现了较明显的不同期现象，滞后相仍为C相，滞后时间为167 ms，而示波器显示合闸线圈电压翻转时间和幅值均无明显差异，三相线圈得电时差为0.3 ms，且检查三相合闸控制回路的直阻大小基本一致：A相为56.8 Ω，B相为54.2 Ω，C相为56.1 Ω。

由此可判断控制回路正常，故障原因应为操作机构存在异常，导致5023开关出现偶发性合闸不同期现象。

3.2 排查操作机构

HB10-550型GIS断路器的三相操动机构共用一套液压储能装置，高压液压油经油泵泵出后，通过分配器供给到三相各自的操动机构，各相操动机构动作后的低压油再回到同一个油箱中，油压低动作辅助开关测量的是三相共同的储能压力。

操动机构发生不同期故障的原因可能有动作线圈和机构顶针粘连卡涩，导致机构不灵活，动作滞后；控制阀液压回路内部存在气体，导致液压油传递压力时间延后，机构随之延后动作；储能筒内存在油气混合的情况，导致储能压力过大或过小，机构动作时的速度与设计值不一致。

首先对液压系统接入精密油压表，进行释压并切断储能电源，保证机构内无高压油存在，避免机构误动或高压油对人造成伤害，液压油压力降为零后拆卸操动机构线圈和机构顶针进行活动，并未发现有粘连卡涩现象。

回装操动机构线圈和机构顶针，关闭释压阀，对设备的液压系统重新建压，记录建压完成后三相连通情况下储能氮气预充压力，对液压系统进行释压，当压力下降到零后，对高压油分配器A、B、C三相管道的连接部位分别进行两相、两相的拆卸与封堵（即：封堵AB相、封堵AC相、封堵BC相），然后对第三相（C、B、A）分别进行测试，在单相连通的情况下重新建压并进行单相分合闸，测试单相氮气预充压力、液压系统建压时间、单相的合闸时间及合闸压降、单相的分闸时间及分闸压降（分闸1、分闸2），对三相的测试结果进行对比，并未发现有压力、时间异常问题。

对操动机构液压回路进行排气检查，首先进行释压并切断储能电源，通过手动建压阀给液压系统建立一个较低的压力，然后对液压系统各处排气阀连通排气管排气，发现三相的控制阀均有气体排出，C相液压系统内部的气体相对A相和B相更明显，气泡较多，排气的时间更长。

3.3 原因分析

开关液压工作原理图如图2所示，当合闸信号发出后，电磁阀驱动控制阀8动作，高压系统在合闸节流阀附近迅速下降，双向阀5在复位弹簧作用下向下动作，高压通过双向阀进入分闸回路。关闭分闸动力阀，打开合闸动力阀，高压同时进入工作缸活塞上部及下部，由于活塞上下面积差异，高压驱动活塞向下运动，完成合闸过程。

图2 操动机构液压原理图

通过液压工作原理可知，合闸的速度是由合闸节流阀控制，节流阀内径过大或者过小都会导致合闸失败。根据故障现象分析，开关故障具有偶发性，且每次故障时间不同，显然不是节流阀内径过大造成的，因此节流阀内径过小可能是开关合闸故障的主要原因。节流阀内径过小，在液压油正常流过时对合闸速度影响不大，但当液压系统内部存在较多气体时，气泡通过节流阀会膨胀堵塞阀通道，造成压降的时间被推迟，且推迟的时间因为气泡的大小和数量而不同，从而导致开关动作时间滞后。

4 故障处理措施及预防

现场更换备用的一相液压单元的控制模块，含一级合闸阀、一级分闸阀、合闸节流阀、双向控制阀，使用原电磁阀，保留原合闸和分闸动力阀。更换液压油，对液压系统进行排气，重新建立高压，并进行机械特性试验，5次分、合闸的时间都符合质量要求。

由于操动机构的液压油为进行储能需要建立高压，通过油泵泵出的高压液压油会掺杂少量气体，如果长期未对液压系统进行排气或更换新液压油，长期积累的气体可能会聚集在液压系统控制阀中，控制阀内各处阀芯阀杆均很小，即使是少量气体也可能造成控制阀的误动拒动或动作不准确，从而导致操动机构无法正常运行。为预防操动机构液压系统积聚较多气体导致的动作不准确问题，应每年在断路器停电检修期间对液压系统进行排气，并检查液压油质情况，每三年对断路器进行机械特性试验，开展液压系统滤芯清理等工作。

5 结束语

如今GIS越来越广泛地应用于变电站、电厂等重要发输变电系统中，其安全稳定运行关乎着电网系统的稳定性。GIS断路器是GIS的重要部件，为避免出现拒动、误动、三相不同期动作等问题，需要及时对其进行检修维护，保证断路器能够长久地稳定运行。断路器操动机构结构精密、输出力矩大、与断路器的配合要求精度高，其可靠性直接影响断路器能否准确动作。本文针对断路器出现的分合闸不同期问题，提出了排查方法，可先排查控制回路，如控制回路正常，对操动机构可从线圈和机构顶针、液压回路、储能筒或弹簧这几部分进行检查。在对操动机构进行检修维护时，应检查线圈和机构顶针是否粘连卡涩，液压回路内部是否存在气体，储能筒或储能弹簧是否压力异常等，确保断路器操动机构的可靠运行。