侯小冬 王兵 鄒高市 饒榮 彭滄鈿

摘要：ELK3型GIS 是由ABB公司生產(chǎn)的550KV SF6封閉式組合電氣，由于設(shè)計(jì)缺陷，其位置指示器及輔助節(jié)點(diǎn)均僅能反應(yīng)機(jī)構(gòu)箱處輸出軸的力矩傳動(dòng)情況，存在誤判斷風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)ELK3型GIS刀閘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其傳動(dòng)和指示原理，在現(xiàn)有判斷刀閘狀態(tài)方法的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)措施，提高設(shè)備可靠性。

關(guān)鍵詞：GIS；刀閘；狀態(tài)確認(rèn)；改進(jìn)措施

1 前言

GIS由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活和免維護(hù)以及不受外界環(huán)境條件影響等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但GIS與傳統(tǒng)敞開式設(shè)備相比，直觀性不強(qiáng)，無(wú)法通過(guò)直接觀察觸頭接觸情況，來(lái)判斷GIS刀閘是否分合閘到位，存在誤判斷風(fēng)險(xiǎn)。某電廠500KV開關(guān)站采用的ABB ELK3型GIS，曾因刀閘傳動(dòng)連桿松脫，位置指示器誤指示而導(dǎo)致500KV母線接地跳閘事故。由此也反應(yīng)出ELK3型GIS刀閘的使用隱患，GIS設(shè)備一旦發(fā)生電力事故，處理難度大，恢復(fù)供電慢，事故處理費(fèi)用高，所以在倒閘操作中能否快速、準(zhǔn)確判斷刀閘狀態(tài)變得尤為重要。

2 ABB ELK3型GIS刀閘設(shè)備結(jié)構(gòu)介紹及可靠性分析

ELK 3型隔離/接地開關(guān)在配電站SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中起隔離斷開和接地保護(hù)功能，其設(shè)計(jì)采用直線型接觸運(yùn)動(dòng)方式，動(dòng)觸頭通過(guò)一根軸傳動(dòng)或者齒條傳動(dòng)方式由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)軸的力矩傳輸對(duì)三相進(jìn)行操作。三相隔離/接地開關(guān)只有一個(gè)位置指示器，安裝于操作機(jī)構(gòu)側(cè)，其位置信號(hào)節(jié)點(diǎn)亦通過(guò)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部的機(jī)械傳動(dòng)部件輸出二次控制信號(hào)和保護(hù)信號(hào)。另外，ELK 3型隔離/接地開關(guān)外殼上有兩個(gè)可選配的檢查窗口，用來(lái)檢查內(nèi)部活動(dòng)零件的位置與狀態(tài)，檢查窗口位于靜觸頭側(cè)，約20mm寬，可連接內(nèi)窺鏡通過(guò)內(nèi)窺鏡和動(dòng)觸頭上的兩個(gè)標(biāo)記，就可檢查觸頭觸子是否正確位于“I”位或者“O”位置，即動(dòng)觸頭插入到靜觸頭是否有足夠的深度，如果能看到兩個(gè)標(biāo)記中的一個(gè)，則說(shuō)明接觸充分；如果兩個(gè)標(biāo)記都可以看得到則說(shuō)明接觸不足。

ELK3型GIS刀閘動(dòng)作原理：操作刀閘的命令發(fā)出后，操作電機(jī)得電并驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)部主觸頭運(yùn)動(dòng)的同時(shí)翻轉(zhuǎn)位置指示器和改變輔助節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，到位后在行程開關(guān)的作用下切斷控制回路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)和刀閘狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。上述操作模式雖然原理思路清晰，但是也可看出ELK3型GIS刀閘的分合狀態(tài)顯示，過(guò)度依賴機(jī)械傳動(dòng)，在考慮各機(jī)械傳動(dòng)部件可靠的情況下，位置指示牌和匯控箱分合指示器能可靠指示刀閘內(nèi)部觸頭狀態(tài)，判斷刀閘分合位置，可一旦出現(xiàn)下列情況時(shí)，ELK3型GIS的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和指示原理無(wú)法進(jìn)行判別，可能出現(xiàn)虛假指示，影響運(yùn)行人員判斷。

1）觸頭安裝不規(guī)范，動(dòng)靜觸頭對(duì)中不良，倒閘操作過(guò)程中觸頭實(shí)際分合不到位；

2）刀閘連桿傳動(dòng)齒輪松脫，非全相動(dòng)作；

3）力矩傳動(dòng)齒輪卡扣松脫，僅有部分傳動(dòng)力矩有效；

4）驅(qū)動(dòng)軸齒輪損壞，電機(jī)齒輪僅帶動(dòng)連桿和位置指示器旋轉(zhuǎn)，實(shí)際觸頭未動(dòng)作；

3 現(xiàn)有的檢查方法及可靠性分析

現(xiàn)時(shí)為加強(qiáng)GIS設(shè)備的倒閘操作管理，提高運(yùn)行人員對(duì)刀閘狀態(tài)的辨識(shí)能力，降低操作風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，通常有以下幾種確認(rèn)方式：

1）查看刀閘位置指示器，該指示器位于一次設(shè)備本體，看到綠色“0”字代表分閘位置，紅色“I”字代表合閘位置。

2）檢查就地匯控箱指示燈。在就地匯控柜觀察對(duì)應(yīng)的刀閘位置指示燈，“紅燈”代表合閘，“綠燈”代表分閘。

3）在保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)中查看刀閘狀態(tài)是否和現(xiàn)場(chǎng)一致。在監(jiān)控系統(tǒng)主接線圖，檢查刀閘指示圖標(biāo)，紅色豎向圖標(biāo)代表合閘，綠色橫向圖標(biāo)代表分閘。

4）查閱監(jiān)控變位報(bào)文。在監(jiān)控系統(tǒng)信息窗，查看刀閘對(duì)應(yīng)變位報(bào)文，是否出現(xiàn)且報(bào)送正確。

以上辨別方式均是基于就地位置指示和二次輔助節(jié)點(diǎn)提供的信號(hào)，由于ELK3型GIS刀閘其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)將位置指示器和二次信號(hào)節(jié)點(diǎn)均集成在刀閘一端的操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，導(dǎo)致另外兩相的力矩傳動(dòng)情況失去了監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)連桿抱箍松脫或傳動(dòng)齒輪失效時(shí)，無(wú)法有效識(shí)別，且此時(shí)二次信號(hào)節(jié)點(diǎn)返回的狀態(tài)，可使連鎖保護(hù)系統(tǒng)失效，這也是某采用ABB ELK3型GIS的電廠，在進(jìn)行線路送電操作時(shí)，500KV I母A相地刀正常拉開，B、C實(shí)際未實(shí)際拉開且無(wú)法識(shí)別而引起B(yǎng)、C相接地短路事故的直接原因。

4 ABB ELK3型GIS刀閘狀態(tài)確認(rèn)的改進(jìn)措施

考慮到倒閘操作刀閘是否分合閘到位狀態(tài)確認(rèn)的重要性，以及現(xiàn)有檢查方法的局限性，特別是針對(duì)ABB ELK3型GIS刀閘的位置指示設(shè)計(jì)缺陷，提出以下輔助判別措施和改進(jìn)方案：

1）連桿位置涂刷標(biāo)記漆

ELK-3型GIS刀閘傳動(dòng)連桿是金屬灰色，開關(guān)站設(shè)備緊湊、照明有限，倒閘操作過(guò)程，運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)觀察連桿動(dòng)作情況較困難，連桿涂刷顯色漆可方便運(yùn)行人員識(shí)別設(shè)備，觀察連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，且如出現(xiàn)B、C相力矩傳動(dòng)異常時(shí)，標(biāo)記的顯色漆將發(fā)生平面錯(cuò)位，可第一時(shí)間識(shí)別并發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)措施可作為ELK3型GIS刀閘狀態(tài)確認(rèn)的臨時(shí)輔助措施。

2）傳動(dòng)連桿懸掛標(biāo)記繩

ELK-3型GIS刀閘設(shè)計(jì)的最大缺陷在于地刀位置信號(hào)接點(diǎn)和刀閘狀態(tài)指示器均在A相控制箱內(nèi)，這導(dǎo)致當(dāng)A-B相、B-C相之間的傳動(dòng)齒輪脫開時(shí)，位置指示器和后臺(tái)信號(hào)節(jié)點(diǎn)均無(wú)法識(shí)別，出現(xiàn)假指示信號(hào)。在刀閘驅(qū)動(dòng)連桿A-B，B-C之間分別懸掛一標(biāo)記繩，且在繩上用不同顏色標(biāo)識(shí)（如紅、綠）設(shè)置刀閘狀態(tài)位置，運(yùn)行倒閘操作期間可通過(guò)標(biāo)記繩的轉(zhuǎn)動(dòng)與否，及標(biāo)識(shí)位置是否轉(zhuǎn)到相應(yīng)刀閘狀態(tài)位來(lái)輔助判別刀閘/地刀是否正確動(dòng)作。

3）操作機(jī)構(gòu)箱遠(yuǎn)端加裝指示器

操作機(jī)構(gòu)箱遠(yuǎn)端加裝位置指示器，可反應(yīng)力矩在末端驅(qū)動(dòng)軸的傳輸情況，可避免刀閘電機(jī)輸出力矩在中間A-B、B-C相傳動(dòng)過(guò)程中失效無(wú)法識(shí)別的情況，作為ELK-3型GIS刀閘設(shè)計(jì)缺陷的改造措施，刀閘遠(yuǎn)端加裝指示器已在事故電站各大修中實(shí)施，加裝指示器后的GIS設(shè)備，其在倒閘操作過(guò)程中的位置狀態(tài)確認(rèn)提高了可靠性。

4）利用檢修視窗增加刀閘觸頭可視化裝置

ELK-3型隔離/接地開關(guān)外殼上有兩個(gè)可選配的檢查窗口，用來(lái)檢查內(nèi)部活動(dòng)零件的位置與狀態(tài)，檢查窗口位于靜觸頭側(cè)，約20mm寬，可利用該檢修視窗，制作標(biāo)準(zhǔn)可視化成像裝置，通過(guò)檢查觸頭是否正確位于“I”位或者“II”位置，來(lái)辨別刀閘分合狀態(tài)。與傳統(tǒng)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)間接判斷GIS氣室內(nèi)部刀閘觸頭分合位置狀態(tài)不同，可視化可直觀反應(yīng)刀閘內(nèi)部觸頭情況，包括是否分合到位，觸頭是否對(duì)中良好，是否有電灼傷痕跡等信息?？杀苊鈧鲃?dòng)卡澀、齒輪損壞帶來(lái)的誤指示、誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

5 總結(jié)

由于GIS與傳統(tǒng)敞開式設(shè)備相比，直觀性不強(qiáng)，無(wú)法通過(guò)直接觀察觸頭接觸情況來(lái)判斷GIS氣室內(nèi)部刀閘/地刀觸頭是否分合閘到位，嚴(yán)重影響電力安全生產(chǎn)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。ABB ELK3型GIS刀閘/地刀的二次信號(hào)節(jié)點(diǎn)和就地位置指示在同一機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的缺陷設(shè)計(jì)，已由于假指示而對(duì)某電廠造成了嚴(yán)重的損失?？紤]到原有倒閘操作檢查手段的片面性和不直觀性，以及ABB ELK3型GIS刀閘改造消缺的迫切性和實(shí)效性，通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和缺陷模式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出在連桿位置涂刷標(biāo)識(shí)漆和在連桿上綁定標(biāo)記繩的臨時(shí)輔助措施；在機(jī)構(gòu)箱遠(yuǎn)端加裝位置指示器的改造措施；利用檢修視窗實(shí)現(xiàn)刀閘觸頭可視化的直觀監(jiān)測(cè)方案；基于本文提出的改進(jìn)措施，可在刀閘分合過(guò)程中對(duì)各傳動(dòng)部件進(jìn)行直觀監(jiān)測(cè)，能有效防止由于傳動(dòng)桿等中間傳動(dòng)器件松脫造成的假指示，有助于操作人員判斷設(shè)備狀態(tài)，防止誤操作。

參考文獻(xiàn)

[1] 翁利民，靳劍鋒.GIS在大型企業(yè)變電站的應(yīng)用[J].大眾用電.2003（03）

（作者單位：中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司）