氣體絕緣金屬封閉開關（gas insulated switchgear, GIS）設備由于占地面積少、運行維護簡單、可靠性、安全性高等優點在電力系統中應用越來越多。GIS的核心設備是斷路器，其能承載正常工作電流，切除故障電流，在電網中具有保護和控制的雙重作用，是保障電力系統安全的重要設備。

斷路器動作時由操縱機構提供能量，其操縱機構有很多種，液壓彈簧操動機構是其中之一。液壓彈簧操動機構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構，因驅動能量大、傳動平穩、動作速度快的特點，在高壓斷路器中得到了廣泛應用。

運行中斷路器液壓機構的故障現象時有發生。某燃機電廠220kV GIS在3年內發生多起斷路器儲能機構異常事件，由于不能及時發現，嚴重影響到整個220kV系統的安全運行。

1 設備概況

2011年5月投產的220kV升壓站，采用ZF9C- 252型GIS設備，為雙母線接線方式。全套GIS設備共有13個間隔，其中2個母線電壓互感器間隔，11個斷路器間隔，斷路器型號為LW24-252，液壓彈簧操縱機構型號為CYA10-1，儲能電機型號為GPFX-052143。

2 斷路器液壓彈簧儲能機構介紹

CAY10-1型液壓彈簧操縱機構采用從德國進口的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。液壓彈簧操縱機組結構如圖1所示。

1）當機構需要儲能時，伺服閥將高壓油缸與工作缸油路切斷，儲能電機從儲油箱對高壓油缸打壓至50MPa，同時推動高、低壓油缸間活塞向下運動，使彈簧被壓緊。平時檢測模塊檢測高壓油缸內油壓，當油壓低于49.5MPa時，儲能油泵起動運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）當開關接受合閘指令時，伺服閥帶電動作，高壓油缸高壓油進入工作油缸，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動，完成快速合閘，合閘完成后高壓油缸繼續建壓為重合閘做準備。

圖1 液壓彈簧操縱機組結構圖

3）當開關接受分閘指令時，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動，完成快速分閘。

3 設備異常情況及分析

2011年投產后，設備運行情況良好，但在2015年至2017年共發生4次儲能機構儲能電機頻繁打壓事件，每次都是運行人員在巡檢時聽見儲能電機頻繁起動聲后才被發現，此時內漏情況較為嚴重，需匯報調度緊急停用設備。

該機構為德國原裝進口，國內不具備修復能力，進口至檢修完畢需半個多月時間，造成設備長時間停用。如故障斷路器為母聯開關或發變組出口開關，會對機組及220kV系統運行方式產生嚴重的安全隱患。

停用設備檢查后發現故障原因都是機構高壓油缸高壓油內漏至低壓油缸。試驗時發現儲能電機每次僅打壓3s后即可恢復至正常油壓，而在2s后又會跌至儲能電機起動油壓，造成儲能電機頻繁起停。如故障持續發展可能會閉鎖斷路器的分、合閘，可能會造成嚴重后果。

對儲能裝置解體檢查后發現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。

為了能在輕微內漏時被及早發現，避免造成被動局面，對運行巡檢及設備情況進行了分析。

1）運行人員對斷路器儲能機構巡檢的主要內容：儲能機構有無漏油、儲油箱油位是否正常、彈簧壓縮變化量。但儲能機構內漏可能是個緩慢發展過程，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；而且儲能電機在嘈雜的環境中運行聲幾乎聽不見，運行人員不易發現儲能機構內漏異常。

2）為什么機構內漏頻繁打壓時無任何報警信號?儲能電機控制回路如圖2所示，當高壓油缸壓力低至49.5MPa時，33HB油壓開關閉合，49MX常閉接點正常時在閉合狀態，88M儲能電機直流控制交流接觸器帶電，儲能電機動作，當油缸壓力恢復后，33HB油壓開關斷開使電機停止儲能。

圖2 儲能電機控制回路

儲能電機帶“過流、超時”保護：異常情況電機打壓時間超過150s時48T時間繼電器動作；電機額定電流3A，當運行電流超過4.5A后熱偶繼電器動作。保護動作后中間繼電器49MX帶電斷開儲能電機接觸器控制回路，儲能電機跳閘并閉鎖起動，在就地GIS柜及機組DCS畫面上發信報警。

現場在液壓機構內漏但通過儲能仍能保壓情況下，儲能電機只會頻繁起動打壓，但連續運行時間不會超過150s，并且也不會使熱偶動作，所以不會觸發任何報警。

4 處理對策

為了能及早發現機構異常，為運行調整方式及檢修留下空余時間，只有通過技術和管理手段進行改造。經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，由運行人員巡檢時檢查油壓情況；②對儲能電機控制回路進行改造。在對兩種方案進行分析比對后，認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，同時國內廠家對機構不具備改造能力。第二種方案在儲能電機控制回路中加裝電機動作計數器，能及時發現電機頻繁起動，本著對原回路改動小，不影響原回路功能的原則下，認為此方案簡單有效。

控制儲能電機運行的接觸器為CJX4-259ZA直流控制交流接觸器，如圖3儲能電機接觸器回路所示，帶3對常開主觸頭和一對常閉輔助接點。現場輔助接點未使用，改造后引入220V交流電源，在輔助接點后串接德國庫伯勒公司的B16.21型6位機電式脈沖計數器，供電每通斷一次計數一次。由運行人員每天對儲能電機的動作次數進行抄錄、比對，如發現動作次數超過廠家規定的20次/天的要求或次數有明顯增加趨勢，則通知檢修人員檢查處理。

自2017年初起，利用每次機組及線路停電機會逐個對斷路器儲能機構進行了改造。在2018年3月4日，運行人員巡檢時發現停運中的#8發變組出口斷路器儲能電機一天動作41次，檢查確認為機構內漏，及時進行了更換處理，避免了在發變組運行中發生異常的安全隱患。

圖3 儲能電機接觸器回路

結論

對220kV斷路器儲能機構的異常分析及改造，雖然不能徹底解決儲能機構滲漏問題，但能及早發現異常，并進行方式調整及檢修處理，也為遭遇同類異常情況的單位提供了改造方案。