传动机构失效引起的GIS隔离开关故障分析及处理

逯文佳，李永明，韩翊，沈潇涵

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250018）

0 引言

GIS 因其结构紧凑，维护工作量小，性能稳定等优点在电力系统中的应用越来越广泛， 但是GIS 的全封闭式结构导致其内部隐患难以直接观察判断，其中传动机构故障引起的分合闸不到位而导致的接触不良、过热、甚至放电烧损等故障频繁发生，严重影响电网安全运行水平［1-3］。

本文结合两起GIS 隔离开关传动装置故障的典型案例，通过现场检查、故障后试验、返厂解体，分析了事故原因，制订了处理方案并提出了预防措施。

1 220 kV GIS隔离开关传动机构介绍

220 kV GIS 隔离开关的分合闸操作一般是通过安装在边相或者中间相的操作机构带动相间连杆运动来实现。 常见的传动方式有两种：一种是齿轮-旋转轴连接的传动方式，即轴传动，如图1 所示；一种是拐臂-拉杆连接的传动方式，即连杆传动，如图2所示。对于轴传动方式，齿轮基座与旋转轴之间的连接是一个薄弱环节， 一旦设计不合理或者工艺质量不满足要求， 在操作过程中易造成齿轮基座与主轴之间传动失效，引起隔离开关分合闸不到位［4-7］。 连杆传动的方式，会出现机械部位磨损、机械阻力、部件卡涩、 缓冲装置失效而引起隔离开关分合闸不到位的状况［8-11］。

图1 轴传动机构示意图

图2 连杆传动机构示意图

2 轴传动的隔离开关故障分析

2.1 故障介绍

2019 年6 月， 某站新扩建主变202 间隔验收过程中，需要相邻某220 kV 线路218-1、218-2 刀闸以及218 断路器配合操作， 发现218-2 刀闸在合闸时虽然合闸指示已经到位， 但是通过观察孔发现A 相动触头未动，且齿轮声音异常。

2.2 现场检查与试验

对传动机构现场检查情况如下： 打开传动轴的护盒，在合闸时观察A 相的齿轮动作情况，主动齿轮与传动轴存在空转，从动齿轮未动，特高频检测结果如图3 所示，结果正常。 拆除A、B 相之间的传动模块，手动转动传动轴，主动齿轮与传动轴之间同样存在空转，从动齿轮未动。 初步分析，怀疑为218-2 刀闸内部动触头处卡涩，需更换。

图3 轴传动隔离开关带电检测图谱

2.3 处理措施及原因分析

针对故障情况，对218-2 刀闸进行了更换，对更换下来的刀闸进行检查后发现此次故障的原因为218-2 刀闸A 相动触头处卡涩， 电机继续转动导致齿轮与传动轴之间连接的平键断裂， 从而出现传动轴空转的情况，致使A 相未合闸。

从此次事故可以看出，GIS 隔离开关在机械位置指示正常、智能终端位置指示正常、监控后台信号指示正常情况下， 只能通过观察孔来确认隔离开关实际分合闸状态。 通过观察孔观测实际位置的方法实施难度大，若是动静触头虚接的情况，更加增加误判的可能性。因此，有必要采取其他有效的方法来定量判断隔离开关三相分合闸状态。

3 连杆传动的隔离开关故障

3.1 故障介绍

2019 年8 月， 某变电站220 kV 线路送电时发现213 开关C 相无电流，213 间隔所属开关、刀闸电气指示及机械位置正常， 三相拐臂均动作且方向基本一致；线路及母差保护、测控、故录装置电流均为零，电流回路无开路象征。现场检查发现213-1 刀闸一级、二级连杆备紧螺栓有松动现象，测量发现该刀闸C 相本体拐臂与其他相相比行程不够。 初步判断为内部导电回路动触头插入深度不足。

3.2 检测与试验

带电检测发现213-1 刀闸C 相气室存在悬浮放电信号，PRPS 图谱内八字放电信号不明显，但PRPD图谱上部有较为明显的两簇分布，如图4 所示。经分析，开关分闸后，因213-1 刀闸C 相合闸不到位导致动静触头存在压差，引起异音和放电。

图4 连杆传动隔离开关带电检测图谱

213 间隔气体组分测试结果如表1 所示，从测量结果可以看出213-1 刀闸C 相SO2含量稍高且明显高于 A、B 相，得出结论：一是 213-1 刀闸 C 相气室有轻微放电情况，并无严重放电或长期放电可能；二是213-1 刀闸A、B 两相气室 SF6气体未受C 相气体污染。

为了进一步判断213-1 刀分合闸状况， 对其进行了机械特性试验，数据如表2 所示。通过分析行程数据可以判断隔离开关触头分闸距离和合闸插入深度， 通过分析分合闸同期时间可以判断三相分合闸同步情况。 从表 2 的数据可以看出，213-1 刀闸 C 相动触头行程已小于技术要求， 存在合闸插入深度不足的问题。

表1 SF6 气体组分测量结果 单位：μL／L

表2 213-1 隔离开关试验数据

3.3 处理措施及原因分析

针对213-1 刀闸传动连杆螺栓松动的情况，对刀闸行程进行了详细测量。 经测量，213-1 刀闸C 相本体拐臂向合闸侧运动方向角度不足，C 相本体拐臂上端与下端的垂直横向距离为6 cm，A、B 两相同样位置距离为7 cm， 一级连杆与其他间隔相比长约1.5 cm。 一级连杆主要控制C 相拐臂行程，相间二级连杆分别控制A、B 两相拐臂行程，现场判断为一级连杆松动导致C 相拐臂行程不够， 内部导电回路动触头插入深度不足。

现场缩短一级拉杆1.5 cm， 使C 相本体拐臂向分闸方向运动， 同时紧固B、C 两相相间二级连杆备紧螺栓，使C 相最终角度其他两相一致，并与其他间隔内同类设备基本一致， 同时对三相拐臂进行分闸位置标记。 213-1 刀闸操作合闸后，C 相刀闸本体异音消失，对三相拐臂进行了合闸位置标记。

根据上述情况分析，220 kV 线路送电后C 相无电流是由于213-1 刀闸C 相未合闸到位引起。 经检查测量，C 相拐臂一级连杆备紧螺栓松动导致行程拉长，从而造成C 相合闸不到位。

4 结论

本文通过对两起典型案例的分析，得出以下结论：

1）GIS 隔离开关的操作机构大都安装在边相或中间相，通过相间传动实现三相分合闸，一旦传动机构出现故障，极易出现合闸不到位的情况，而带电检测、 导电回路电阻等常规试验项目无法定量判断合闸状态。

2）GIS 隔离开关的开距和行程是表征内部动静触头分合闸状态的重要参数， 隔离开关的机械特性试验能有效检测出分合闸是否到位， 目前出厂时机械特性试验已广泛开展， 有条件的单位可以在设备运行阶段开展GIS 隔离开关的机械特性试验。

3）GIS 隔离开关传动机构的故障很大程度上和设备出厂时装配工艺与精度有关， 设备制造厂应提高机构制造工艺和装配精度。

4）GIS 隔离开关传动机构故障时相间传动失效导致机构上的分合闸指示不能准确反应设备本体状况，因此有必要装设三相独立的分合闸指示标志。