220kV断路器储能机构异常分析及对策

产品简介

在2019年第10期《电气技术》杂志上撰文，针对某燃机电厂220kV气体绝缘封闭开关设备3年中多次发生断路器液压弹簧操纵机构内漏，由于发现不及时，造成运行和检修非常被动的情况，对断路器储能机构及二次回路详细检查、分析，最终确认在储能电机回路加装计数器，及早发现设备异常，及时进行处理。

气体绝缘金属封闭开关（gas insulated switchgear, GIS）设备由于占地面积少、运行维护简单、可靠性、安全性高等优点在电力系统中应用越来越多。GIS的核心设备是断路器，其能承载正常工作电流，切除故障电流，在电网中具有保护和控制的双重作用，是保障电力系统安全的重要设备。

断路器动作时由操纵机构提供能量，其操纵机构有很多种，液压弹簧操动机构是其中之一。液压弹簧操动机构是由碟形弹簧作为储能部件、液压油为传动载体的高压断路器操动机构，因驱动能量大、传动平稳、动作速度快的特点，在高压断路器中得到了广泛应用。

运行中断路器液压机构的故障现象时有发生。某燃机电厂220kV GIS在3年内发生多起断路器储能机构异常事件，由于不能及时发现，严重影响到整个220kV系统的安全运行。

1 设备概况

2011年5月投产的220kV升压站，采用ZF9C- 252型GIS设备，为双母线接线方式。全套GIS设备共有13个间隔，其中2个母线电压互感器间隔，11个断路器间隔，断路器型号为LW24-252，液压弹簧操纵机构型号为CYA10-1，储能电机型号为GPFX-052143。

2 断路器液压弹簧储能机构介绍

CAY10-1型液压弹簧操纵机构采用从德国进口的ABB公司1HDH411206M002型储能模块，由打压模块、控制模块、储能模块、检测模块以及工作模块组成。液压弹簧操纵机组结构如图1所示。

1）当机构需要储能时，伺服阀将高压油缸与工作缸油路切断，储能电机从储油箱对高压油缸打压至50MPa，同时推动高、低压油缸间活塞向下运动，使弹簧被压紧。平时检测模块检测高压油缸内油压，当油压低于49.5MPa时，储能油泵起动运行直至正常油压停止，如高压油缸油压低于49MPa闭锁重合闸，低于45.5MPa闭锁合闸，低于43MPa闭锁分闸。

2）当开关接受合闸指令时，伺服阀带电动作，高压油缸高压油进入工作油缸，在弹簧力作用和油压作用下，推动断路器动触头活塞向上运动，完成快速合闸，合闸完成后高压油缸继续建压为重合闸做准备。

图1 液压弹簧操纵机组结构图

3）当开关接受分闸指令时，伺服阀动作使工作油缸活塞下部与储油箱相通，工作油缸上部与高压油缸相通，油压作用使断路器动触头向下运动，完成快速分闸。

3 设备异常情况及分析

2011年投产后，设备运行情况良好，但在2015年至2017年共发生4次储能机构储能电机频繁打压事件，每次都是运行人员在巡检时听见储能电机频繁起动声后才被发现，此时内漏情况较为严重，需汇报调度紧急停用设备。

该机构为德国原装进口，国内不具备修复能力，进口至检修完毕需半个多月时间，造成设备长时间停用。如故障断路器为母联开关或发变组出口开关，会对机组及220kV系统运行方式产生严重的安全隐患。

停用设备检查后发现故障原因都是机构高压油缸高压油内漏至低压油缸。试验时发现储能电机每次仅打压3s后即可恢复至正常油压，而在2s后又会跌至储能电机起动油压，造成储能电机频繁起停。如故障持续发展可能会闭锁断路器的分、合闸，可能会造成严重后果。

对储能装置解体检查后发现4次故障分别为：高、低压缸活塞密封圈损坏；高低压缸活塞面裂缝；伺服阀故障渗漏。

为了能在轻微内漏时被及早发现，避免造成被动局面，对运行巡检及设备情况进行了分析。

1）运行人员对断路器储能机构巡检的主要内容：储能机构有无漏油、储油箱油位是否正常、弹簧压缩变化量。但储能机构内漏可能是个缓慢发展过程，外部不会看到油迹，且弹簧压缩变化量不超过10mm，无明显观察效果；而且储能电机在嘈杂的环境中运行声几乎听不见，运行人员不易发现储能机构内漏异常。

2）为什么机构内漏频繁打压时无任何报警信号?储能电机控制回路如图2所示，当高压油缸压力低至49.5MPa时，33HB油压开关闭合，49MX常闭接点正常时在闭合状态，88M储能电机直流控制交流接触器带电，储能电机动作，当油缸压力恢复后，33HB油压开关断开使电机停止储能。

图2 储能电机控制回路

储能电机带“过流、超时”保护：异常情况电机打压时间超过150s时48T时间继电器动作；电机额定电流3A，当运行电流超过4.5A后热偶继电器动作。保护动作后中间继电器49MX带电断开储能电机接触器控制回路，储能电机跳闸并闭锁起动，在就地GIS柜及机组DCS画面上发信报警。

现场在液压机构内漏但通过储能仍能保压情况下，储能电机只会频繁起动打压，但连续运行时间不会超过150s，并且也不会使热偶动作，所以不会触发任何报警。

4 处理对策

为了能及早发现机构异常，为运行调整方式及检修留下空余时间，只有通过技术和管理手段进行改造。经共同讨论提出了两种改造方案：①在高压油缸处加装压力表，由运行人员巡检时检查油压情况；②对储能电机控制回路进行改造。在对两种方案进行分析比对后，认为第一种方案不具备改造条件。

第一种方案需对高压油系统改造，并加装量程0～60MPa的压力表，但由于油缸压力过高，开孔及接头等可能会形成新的漏点，同时国内厂家对机构不具备改造能力。第二种方案在储能电机控制回路中加装电机动作计数器，能及时发现电机频繁起动，本着对原回路改动小，不影响原回路功能的原则下，认为此方案简单有效。

控制储能电机运行的接触器为CJX4-259ZA直流控制交流接触器，如图3储能电机接触器回路所示，带3对常开主触头和一对常闭辅助接点。现场辅助接点未使用，改造后引入220V交流电源，在辅助接点后串接德国库伯勒公司的B16.21型6位机电式脉冲计数器，供电每通断一次计数一次。由运行人员每天对储能电机的动作次数进行抄录、比对，如发现动作次数超过厂家规定的20次/天的要求或次数有明显增加趋势，则通知检修人员检查处理。

自2017年初起，利用每次机组及线路停电机会逐个对断路器储能机构进行了改造。在2018年3月4日，运行人员巡检时发现停运中的#8发变组出口断路器储能电机一天动作41次，检查确认为机构内漏，及时进行了更换处理，避免了在发变组运行中发生异常的安全隐患。

图3 储能电机接触器回路

结论

对220kV断路器储能机构的异常分析及改造，虽然不能彻底解决储能机构渗漏问题，但能及早发现异常，并进行方式调整及检修处理，也为遭遇同类异常情况的单位提供了改造方案。

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