ABBELK3型GIS刀閘狀態(tài)確認的改進措施

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)計缺陷，其位置指示器及輔助節(jié)點均僅能反應(yīng)機構(gòu)箱處輸出軸的力矩傳動情況，存在誤判斷風(fēng)險。本文針對ELK3型GIS刀閘結(jié)構(gòu)特點，分析其傳動和指示原理，在現(xiàn)有判斷刀閘狀態(tài)方法的基礎(chǔ)上，提出改進措施，提高設(shè)備可靠性。

關(guān)鍵詞：GIS；刀閘；狀態(tài)確認；改進措施

1 前言

GIS由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活和免維護以及不受外界環(huán)境條件影響等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但GIS與傳統(tǒng)敞開式設(shè)備相比，直觀性不強，無法通過直接觀察觸頭接觸情況，來判斷GIS刀閘是否分合閘到位，存在誤判斷風(fēng)險。某電廠500KV開關(guān)站采用的ABB ELK3型GIS，曾因刀閘傳動連桿松脫，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功能，其設(shè)計采用直線型接觸運動方式，動觸頭通過一根軸傳動或者齒條傳動方式由一臺電機驅(qū)動，通過傳動軸的力矩傳輸對三相進行操作。三相隔離/接地開關(guān)只有一個位置指示器，安裝于操作機構(gòu)側(cè)，其位置信號節(jié)點亦通過機構(gòu)箱內(nèi)部的機械傳動部件輸出二次控制信號和保護信號。另外，ELK 3型隔離/接地開關(guān)外殼上有兩個可選配的檢查窗口，用來檢查內(nèi)部活動零件的位置與狀態(tài)，檢查窗口位于靜觸頭側(cè)，約20mm寬，可連接內(nèi)窺鏡通過內(nèi)窺鏡和動觸頭上的兩個標(biāo)記，就可檢查觸頭觸子是否正確位于“I”位或者“O”位置，即動觸頭插入到靜觸頭是否有足夠的深度，如果能看到兩個標(biāo)記中的一個，則說明接觸充分；如果兩個標(biāo)記都可以看得到則說明接觸不足。

ELK3型GIS刀閘動作原理：操作刀閘的命令發(fā)出后，操作電機得電并驅(qū)動傳動齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動內(nèi)部主觸頭運動的同時翻轉(zhuǎn)位置指示器和改變輔助節(jié)點狀態(tài)，到位后在行程開關(guān)的作用下切斷控制回路，實現(xiàn)電機的停轉(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，過度依賴機械傳動，在考慮各機械傳動部件可靠的情況下，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，ELK3型GIS的設(shè)計結(jié)構(gòu)和指示原理無法進行判別，可能出現(xiàn)虛假指示，影響運行人員判斷。

1）觸頭安裝不規(guī)范，動靜觸頭對中不良，倒閘操作過程中觸頭實際分合不到位；

2）刀閘連桿傳動齒輪松脫，非全相動作；

3）力矩傳動齒輪卡扣松脫，僅有部分傳動力矩有效；

4）驅(qū)動軸齒輪損壞，電機齒輪僅帶動連桿和位置指示器旋轉(zhuǎn)，實際觸頭未動作；

3 現(xiàn)有的檢查方法及可靠性分析

現(xiàn)時為加強GIS設(shè)備的倒閘操作管理，提高運行人員對刀閘狀態(tài)的辨識能力，降低操作風(fēng)險，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備情況，通常有以下幾種確認方式：

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）在保護監(jiān)控系統(tǒng)中查看刀閘狀態(tài)是否和現(xiàn)場一致。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)控變位報文。在監(jiān)控系統(tǒng)信息窗，查看刀閘對應(yīng)變位報文，是否出現(xiàn)且報送正確。

以上辨別方式均是基于就地位置指示和二次輔助節(jié)點提供的信號，由于ELK3型GIS刀閘其設(shè)計結(jié)構(gòu)將位置指示器和二次信號節(jié)點均集成在刀閘一端的操作機構(gòu)箱內(nèi)，導(dǎo)致另外兩相的力矩傳動情況失去了監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)連桿抱箍松脫或傳動齒輪失效時，無法有效識別，且此時二次信號節(jié)點返回的狀態(tài)，可使連鎖保護系統(tǒng)失效，這也是某采用ABB ELK3型GIS的電廠，在進行線路送電操作時，500KV I母A相地刀正常拉開，B、C實際未實際拉開且無法識別而引起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)確認的改進措施

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

1）連桿位置涂刷標(biāo)記漆

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

2）傳動連桿懸掛標(biāo)記繩

ELK-3型GIS刀閘設(shè)計的最大缺陷在于地刀位置信號接點和刀閘狀態(tài)指示器均在A相控制箱內(nèi)，這導(dǎo)致當(dāng)A-B相、B-C相之間的傳動齒輪脫開時，位置指示器和后臺信號節(jié)點均無法識別，出現(xiàn)假指示信號。在刀閘驅(qū)動連桿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（如紅、綠）設(shè)置刀閘狀態(tài)位置，運行倒閘操作期間可通過標(biāo)記繩的轉(zhuǎn)動與否，及標(biāo)識位置是否轉(zhuǎn)到相應(yīng)刀閘狀態(tài)位來輔助判別刀閘/地刀是否正確動作。

3）操作機構(gòu)箱遠端加裝指示器

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

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)外殼上有兩個可選配的檢查窗口，用來檢查內(nèi)部活動零件的位置與狀態(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，通過檢查觸頭是否正確位于“I”位或者“II”位置，來辨別刀閘分合狀態(tài)。與傳統(tǒng)通過機械傳動間接判斷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，觸頭是否對中良好，是否有電灼傷痕跡等信息。可避免傳動卡澀、齒輪損壞帶來的誤指示、誤操作風(fēng)險。

5 總結(jié)

由于GIS與傳統(tǒng)敞開式設(shè)備相比，直觀性不強，無法通過直接觀察觸頭接觸情況來判斷GIS氣室內(nèi)部刀閘/地刀觸頭是否分合閘到位，嚴重影響電力安全生產(chǎn)指標(biāo)的實現(xiàn)。ABB ELK3型GIS刀閘/地刀的二次信號節(jié)點和就地位置指示在同一機構(gòu)箱內(nèi)的缺陷設(shè)計，已由于假指示而對某電廠造成了嚴重的損失?？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效性，通過分析其結(jié)構(gòu)特點和缺陷模式，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出在連桿位置涂刷標(biāo)識漆和在連桿上綁定標(biāo)記繩的臨時輔助措施；在機構(gòu)箱遠端加裝位置指示器的改造措施；利用檢修視窗實現(xiàn)刀閘觸頭可視化的直觀監(jiān)測方案；基于本文提出的改進措施，可在刀閘分合過程中對各傳動部件進行直觀監(jiān)測，能有效防止由于傳動桿等中間傳動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

[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：中廣核核電運營有限公司）