氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（gas insulated switchgear, GIS）設(shè)備由于占地面積少、運(yùn)行維護(hù)簡單、可靠性、安全性高等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多。GIS的核心設(shè)備是斷路器，其能承載正常工作電流，切除故障電流，在電網(wǎng)中具有保護(hù)和控制的雙重作用，是保障電力系統(tǒng)安全的重要設(shè)備。

斷路器動作時(shí)由操縱機(jī)構(gòu)提供能量，其操縱機(jī)構(gòu)有很多種，液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)是其中之一。液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)是由碟形彈簧作為儲能部件、液壓油為傳動載體的高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)，因驅(qū)動能量大、傳動平穩(wěn)、動作速度快的特點(diǎn)，在高壓斷路器中得到了廣泛應(yīng)用。

運(yùn)行中斷路器液壓機(jī)構(gòu)的故障現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。某燃機(jī)電廠220kV GIS在3年內(nèi)發(fā)生多起斷路器儲能機(jī)構(gòu)異常事件，由于不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響到整個(gè)220kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

2011年5月投產(chǎn)的220kV升壓站，采用ZF9C- 252型GIS設(shè)備，為雙母線接線方式。全套GIS設(shè)備共有13個(gè)間隔，其中2個(gè)母線電壓互感器間隔，11個(gè)斷路器間隔，斷路器型號為LW24-252，液壓彈簧操縱機(jī)構(gòu)型號為CYA10-1，儲能電機(jī)型號為GPFX-052143。

2 斷路器液壓彈簧儲能機(jī)構(gòu)介紹

CAY10-1型液壓彈簧操縱機(jī)構(gòu)采用從德國進(jìn)口的ABB公司1HDH411206M002型儲能模塊，由打壓模塊、控制模塊、儲能模塊、檢測模塊以及工作模塊組成。液壓彈簧操縱機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）當(dāng)機(jī)構(gòu)需要儲能時(shí)，伺服閥將高壓油缸與工作缸油路切斷，儲能電機(jī)從儲油箱對高壓油缸打壓至50MPa，同時(shí)推動高、低壓油缸間活塞向下運(yùn)動，使彈簧被壓緊。平時(shí)檢測模塊檢測高壓油缸內(nèi)油壓，當(dāng)油壓低于49.5MPa時(shí)，儲能油泵起動運(yùn)行直至正常油壓停止，如高壓油缸油壓低于49MPa閉鎖重合閘，低于45.5MPa閉鎖合閘，低于43MPa閉鎖分閘。

2）當(dāng)開關(guān)接受合閘指令時(shí)，伺服閥帶電動作，高壓油缸高壓油進(jìn)入工作油缸，在彈簧力作用和油壓作用下，推動斷路器動觸頭活塞向上運(yùn)動，完成快速合閘，合閘完成后高壓油缸繼續(xù)建壓為重合閘做準(zhǔn)備。

圖1 液壓彈簧操縱機(jī)組結(jié)構(gòu)圖

3）當(dāng)開關(guān)接受分閘指令時(shí)，伺服閥動作使工作油缸活塞下部與儲油箱相通，工作油缸上部與高壓油缸相通，油壓作用使斷路器動觸頭向下運(yùn)動，完成快速分閘。

3 設(shè)備異常情況及分析

2011年投產(chǎn)后，設(shè)備運(yùn)行情況良好，但在2015年至2017年共發(fā)生4次儲能機(jī)構(gòu)儲能電機(jī)頻繁打壓事件，每次都是運(yùn)行人員在巡檢時(shí)聽見儲能電機(jī)頻繁起動聲后才被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)內(nèi)漏情況較為嚴(yán)重，需匯報(bào)調(diào)度緊急停用設(shè)備。

該機(jī)構(gòu)為德國原裝進(jìn)口，國內(nèi)不具備修復(fù)能力，進(jìn)口至檢修完畢需半個(gè)多月時(shí)間，造成設(shè)備長時(shí)間停用。如故障斷路器為母聯(lián)開關(guān)或發(fā)變組出口開關(guān)，會對機(jī)組及220kV系統(tǒng)運(yùn)行方式產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。

停用設(shè)備檢查后發(fā)現(xiàn)故障原因都是機(jī)構(gòu)高壓油缸高壓油內(nèi)漏至低壓油缸。試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)儲能電機(jī)每次僅打壓3s后即可恢復(fù)至正常油壓，而在2s后又會跌至儲能電機(jī)起動油壓，造成儲能電機(jī)頻繁起停。如故障持續(xù)發(fā)展可能會閉鎖斷路器的分、合閘，可能會造成嚴(yán)重后果。

對儲能裝置解體檢查后發(fā)現(xiàn)4次故障分別為：高、低壓缸活塞密封圈損壞；高低壓缸活塞面裂縫；伺服閥故障滲漏。

為了能在輕微內(nèi)漏時(shí)被及早發(fā)現(xiàn)，避免造成被動局面，對運(yùn)行巡檢及設(shè)備情況進(jìn)行了分析。

1）運(yùn)行人員對斷路器儲能機(jī)構(gòu)巡檢的主要內(nèi)容：儲能機(jī)構(gòu)有無漏油、儲油箱油位是否正常、彈簧壓縮變化量。但儲能機(jī)構(gòu)內(nèi)漏可能是個(gè)緩慢發(fā)展過程，外部不會看到油跡，且彈簧壓縮變化量不超過10mm，無明顯觀察效果；而且儲能電機(jī)在嘈雜的環(huán)境中運(yùn)行聲幾乎聽不見，運(yùn)行人員不易發(fā)現(xiàn)儲能機(jī)構(gòu)內(nèi)漏異常。

2）為什么機(jī)構(gòu)內(nèi)漏頻繁打壓時(shí)無任何報(bào)警信號?儲能電機(jī)控制回路如圖2所示，當(dāng)高壓油缸壓力低至49.5MPa時(shí)，33HB油壓開關(guān)閉合，49MX常閉接點(diǎn)正常時(shí)在閉合狀態(tài)，88M儲能電機(jī)直流控制交流接觸器帶電，儲能電機(jī)動作，當(dāng)油缸壓力恢復(fù)后，33HB油壓開關(guān)斷開使電機(jī)停止儲能。

圖2 儲能電機(jī)控制回路

儲能電機(jī)帶“過流、超時(shí)”保護(hù)：異常情況電機(jī)打壓時(shí)間超過150s時(shí)48T時(shí)間繼電器動作；電機(jī)額定電流3A，當(dāng)運(yùn)行電流超過4.5A后熱偶繼電器動作。保護(hù)動作后中間繼電器49MX帶電斷開儲能電機(jī)接觸器控制回路，儲能電機(jī)跳閘并閉鎖起動，在就地GIS柜及機(jī)組DCS畫面上發(fā)信報(bào)警。

現(xiàn)場在液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)漏但通過儲能仍能保壓情況下，儲能電機(jī)只會頻繁起動打壓，但連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不會超過150s，并且也不會使熱偶動作，所以不會觸發(fā)任何報(bào)警。

4 處理對策

為了能及早發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)異常，為運(yùn)行調(diào)整方式及檢修留下空余時(shí)間，只有通過技術(shù)和管理手段進(jìn)行改造。經(jīng)共同討論提出了兩種改造方案：①在高壓油缸處加裝壓力表，由運(yùn)行人員巡檢時(shí)檢查油壓情況；②對儲能電機(jī)控制回路進(jìn)行改造。在對兩種方案進(jìn)行分析比對后，認(rèn)為第一種方案不具備改造條件。

第一種方案需對高壓油系統(tǒng)改造，并加裝量程0～60MPa的壓力表，但由于油缸壓力過高，開孔及接頭等可能會形成新的漏點(diǎn)，同時(shí)國內(nèi)廠家對機(jī)構(gòu)不具備改造能力。第二種方案在儲能電機(jī)控制回路中加裝電機(jī)動作計(jì)數(shù)器，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)頻繁起動，本著對原回路改動小，不影響原回路功能的原則下，認(rèn)為此方案簡單有效。

控制儲能電機(jī)運(yùn)行的接觸器為CJX4-259ZA直流控制交流接觸器，如圖3儲能電機(jī)接觸器回路所示，帶3對常開主觸頭和一對常閉輔助接點(diǎn)。現(xiàn)場輔助接點(diǎn)未使用，改造后引入220V交流電源，在輔助接點(diǎn)后串接德國庫伯勒公司的B16.21型6位機(jī)電式脈沖計(jì)數(shù)器，供電每通斷一次計(jì)數(shù)一次。由運(yùn)行人員每天對儲能電機(jī)的動作次數(shù)進(jìn)行抄錄、比對，如發(fā)現(xiàn)動作次數(shù)超過廠家規(guī)定的20次/天的要求或次數(shù)有明顯增加趨勢，則通知檢修人員檢查處理。

自2017年初起，利用每次機(jī)組及線路停電機(jī)會逐個(gè)對斷路器儲能機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改造。在2018年3月4日，運(yùn)行人員巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)停運(yùn)中的#8發(fā)變組出口斷路器儲能電機(jī)一天動作41次，檢查確認(rèn)為機(jī)構(gòu)內(nèi)漏，及時(shí)進(jìn)行了更換處理，避免了在發(fā)變組運(yùn)行中發(fā)生異常的安全隱患。

圖3 儲能電機(jī)接觸器回路

結(jié)論

對220kV斷路器儲能機(jī)構(gòu)的異常分析及改造，雖然不能徹底解決儲能機(jī)構(gòu)滲漏問題，但能及早發(fā)現(xiàn)異常，并進(jìn)行方式調(diào)整及檢修處理，也為遭遇同類異常情況的單位提供了改造方案。