HGIS组合电器维护与常见故障的分析处理课件

HGIS组合电器结构原理

及常见故障分析吉林供电公司变电检修工区张连波２０１０年１月５日概述2006年6月，吉林省电力公司在省内部分二次变电站推广安装了一种新型的紧凑型组合电器，即PASS组合开关。它是一种综合了敞开式和封闭式开关设备的优势，将高压元件高度集成，使高压设备更加紧凑的组合式高压开关设备。简称HGIS即“半GIS（HalfGIS）”，它把断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器等多种设备集成为一个模块，与敞开式开关设备相比，大大节省了占地面积，提高了设备的可靠性；与GIS组合电器相比，省略了封闭式母线，节省了费用，并有以下的技术特性：一般特性1、体积小，重量轻，所用空间和占地面积小。2、组合灵活，运行可靠性高，检修维护量小（25年免维护）。3、安装方式简单，快捷，适用于室内和室外。4、SF6气体用量少，（只有GIS用量的20％），符合环保要求。5、密封好，抗污性及憎水性高。一、PASS开关结构断路器灭弧室结构隔离开关与接地开关结构600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600600123456图D–操作机构的视图隔离开关操作机构在PASSM0装置上使用的套管为环氧树脂浸渍的带有玻璃纤维内筒的套管，在内筒外面有模铸的硅橡胶裙，因此本产品可在污秽环境中和有雨的气候条件下使用。PASSM0装置在很长时间内都不需要维护，25年免维护。检查时间与检查内容。定期检查：.功能检查和目视检查可在不打开气室的情况下进行。.每年进行一次目视检查(在装置处于运行的情况下进行)：1、套管检查2、重新紧固螺栓接头并检查部件是否有腐蚀或变形。3、检查SF6密度计4、记录断路器的操作次数5、控制柜门的密封垫的密封6、检查加热器功能7、一般部件的检查：位置指示器、连接器、电缆、等电位连接、接地回路。辅助设备应没有磨损或过热，而且继电器绝不能受到震动。此外，必须检查和解决以前的检查中发现的次要故障或缺陷以及因装置运行未解决的问题。每五年:

除了上面列出的工作外，在设备退出运行的情况下,还需要:检查报警、跳闸和闭锁检查SF6气室的水分含量检查隔离开关操作机构的润滑和盖密封垫检查断路器操作机构的润滑和盖密封垫重复进行调试时进行的机械试验测量主回路的接触电阻清洁套管(根据环境条件)部件有无腐蚀或变形三、吉林供电公司常见故障的分析与处理在设备运行期间，我们发现，由于该设备安装使用说明书的内容较少，如：无工作条件、技术参数等，甚至连合闸时间，分闸时间，开断电流，耐受电流等一些常用的技术数据都无法在使用说明书中找到，给设备的检修和维护带来很大的难度，特别是对该类设备发生故障时如何判定和处理，没有任何的技术痕迹。该种类设备在吉林供电公司投入运行后，发生了多次故障，如：欢喜变电站1号主变一次主开关甲、乙刀闸拒分；口前变电站一号一次主甲、乙刀闸拒分；石井沟变电站2号一次主甲、乙刀闸拒分；七家子变电站1号主变一次主断路器拒分；欢喜变电站3台PASS开关SF6气体液化，密度降低等。以及近日发生的观察窗密封不良等故障。由于缺少相关的技术资料和缺陷处理方法，对设备的维护和故障的处理都带来了很大的问题。为了解决这个问题，在公司生产部的协助下，于2007年1月利用个人休假的时间到国电博纳（北京）电气技术有限公司进行了现场学习和考察，现将学习后的一点体会进行整理，与大家共同探讨。三、常见故障分类：2、故障分析：2.1、该厂家生产的HGIS组合开关是在意大利引进，由ABB公司设计的组合开关，但是，组合开关的主要元件汇控柜，则是由北京博纳电气技术有限公司自行仿制的，所使用的中间继电器来源于西班牙，与国内同类型继电器相比，产品质量较差，所以，发生的故障多为继电器接触不良所致，如欢喜、石井沟、口前等变电站断路器及隔离开关拒分的原因，而七家子变电站故障则是由于中间继电器对柜体短路所致，所反应的也是继电器质量问题。同样，温度控制器失灵也同属于产品质量问题。2.3、观察窗碎裂故障属于设备在国外组装时，观察窗玻璃安装位置不当，玻璃边缘没有安装在密封胶垫上，而是压在了密封罐金属部分，使密封玻璃受机械应力的作用而碎裂。2.4、密封不良导致气体压力降低故障原因是，由于原观察窗密封采用的是单密封胶垫，而且密封垫压缩量较小，在紧固时，密封法兰与预留孔的间隙不够，在低温的长期作用下，设备金属部位发生应力变形后密封胶垫不能及时补偿金属外壳变形后的密封，导致气室内的绝缘气体外逸。4、潜在故障点：4.1、在北京博纳电器公司学习时发现，该类型组合设备所使用的辅助开关，不是我们常用的机械辅助开关，而是由定位片与限位开关共同组成的一种新型的辅助开关系统，当定位片运动到一定位置时，定位片上的缺口带动限位开关，使限位开关动作，达到切断和闭合控制回路的目的。也正是因为采用了这种限位开关，给设备的运行带来了潜在的故障点。我们在以往维护设备时发现，限位开关存在的问题一直是一个很难解决的问题，一是限位开关在运行时经常发生的粘连问题，再就是限位开关的质量问题。另外，该类型设备所使用的定位片是用环氧树脂制成，其厚度不到1mm,在长时间的运行中，环氧树脂的老化必然会导致定位片的碎裂，失去定位功能，最终会导致组合开关控制回路和信号回路的故障，严重时会导致组合电器的拒分、拒合，扩大事故。4.2、储能系统的限位问题也是一个很大的潜在故障点，由于该类型设备的传动系统是公用的，如：甲、乙刀闸的传动与接地开关的传动，断路器的传动。如果没有一个可靠的终点限位功能，将使传动机构失去限制而不停的运动，最终导致传动系统的损坏或失灵。该设备的终点限位功能所使用的元件不是传统的机械元件，而是采用了磁感应限位，在传动机构箱内的相对位置安装了一个磁感应器。而该设备储能元件为盘簧结构，在盘簧储能毂上装有一个衔铁，当该衔铁随盘簧毂的运动旋转到磁感应器的位置时，磁感应器受磁动作，切断储能回路并发出信号，储能停止。而设备在长时间运行中，由于灰尘的积沉，及衔铁、感应器的老化都会影响到磁感应器的灵敏度，严重时会失去限位功能，失去感应后，机械传动部分会继续运动，从而导致机械传动元件的损坏。最近，在山东、江苏等地已经发生了由于磁传感器失灵而导致的过储能故障。磁感应器位置1：

断路器在合闸位置。

合闸弹簧已储能。

分闸弹簧已储能。

位置2：

断路器在分闸位置

缓冲器已经阻尼断路器的触头移动。

在分闸位置缓冲器在终端止动器位置。合闸弹簧已储能。

位置3：

断路器正好合闸。拐臂G4和掣卡G41正好与偏心导杆G5和掣卡G51分离.缓冲器活塞完全拉出并为分闸操作做好准备。电动机启动和合闸弹簧重新储能，这之后，到达位置1，并且操作装置为新的合闸操作做好准备。3.3合闸弹簧释能

重要注意事项：跳闸掣闭锁跳闸掣解锁在断路器或者操作装置的维护工作开始以前，合闸弹簧必须释放能量。3.3.1电动机释能利用电动机释放弹簧能量,按如下进行：--切断控制柜上的电动机保护开关F1--控制柜上的位置选择开关S43的位置在当地位置--进行一个分-合-分操作循环--检查:弹簧的能量已经释放，断路器在OPEN(分闸)位置，弹簧储能/释能指示器指示弹簧释能。3.3.2手动释能手动释放能量,按如下进行：--切断控制柜上的电动机保护开关F1--移开操作机构箱外罩--插入摇把并按照箭头I-5所示转动摇把释放弹簧的能量--当滚轮释放操作机构，弹簧完全释放了能量,并且弹簧储能/释能指示器显示弹簧能量完全释放。注释：制动器E-10必须被压下。警告：绝对不要释放制动器E-10，直至手动释放能量过程完成。否则将引起传动装置损坏。其他需要掌握和了解的问题技术参数：1、正常工作条件：海拔高度：≤1000米环境温度：-30—55℃（-40—40）相对湿度：100%覆冰厚度：10mm2、额定绝缘水平：额定电压：72.5kV额定频率：50Hz额定工频耐压水平：相对地：140kV断口间：160kV额定雷电冲击耐压水平：相对地：32.5kV断口间：37.5kV3、电流额定值：额定电流：2000A额定短时耐受电流：31.5kA额定短时持续时间：3s额定峰值耐受电流：80kA4、气体重量：8kg5、断路器：操作机构型号：BLK82最大机械操作次数：10000次额定电流：2000A额定短时耐受电流：31.5kA额定短时持续时间：3s额定峰值耐受电流：80kA额定电流下最大操作次数：3000次短路故障开断电流：31.5kA合闸时间：28±5ms分闸时间：28±5ms控制回路额定电压：DC220V分闸线圈：0.21A45W合闸线圈：1.10A200W辅助接点：5NC+5NO（NC合，NO分）电动机额定电压：DC220V电动机额定功率：400W电动机额定电流：1.8±1.5A电动机额定冲击电流：7±1.5A6、组合隔离开关/接地开关：机构型号：BES7电动机额定电压：DC220V电动机额定功率：180W电动机操作时间：<10s电动机额定电流：1±0.25A电动机额定冲击电流：6±0.5A7、SF6气体：年泄漏量：<0.1%充气压力（20相对压力）：0.60Mpa报警压力（20相对压力）：0.56Mpa闭锁压力（20相对压力）：0.54Mpa外壳：设计压力：0.7Mpa试验压力：1.05Mpa破裂压力：3.0Mpa防爆膜释放压力：1.058、套管：长度：560mm爬距：1852mm承受最大负载：纵向：750N横向：500N垂直：750N9、电流互感器：型号：TAT环型容量：<40VA精度限制系数：10P20测量铁芯等级：0.2S—0.5—110、其他特性：最小燃弧时间：7.5ms近区故障电流：22.5kA控制回路工作电流：2.5A加热器功率：150W关于ＰＡＳＳ开关近期压力降低故障频发

原因的分析一、产品使用条件：在通过查找各类技术资料发现，厂家在产品推介书里所推介的运行环境温度与我们现运行的产品使用条件不符和（下图是２００９年９月２０日北京博纳电器有限公司技术部彭海涛工程师在国网公司高技能人才培训班上授课时所讲的技术参数复制件）在产品推介书和授课时推荐的使用温度是－30～55℃，而在我们的使用说明书中规定的运行环境温度为－４０～４０℃．PASSM0额定值

（厂家产品介绍说明书）额定电压kV 72.5

123

145

170额定频率Hz 50/60 额定电流A 2500 额定开断电流kA 40/31.5额定关合电流kA 100/80额定冲击水平kV 325

550

650

750温度 -30°C/+55°C

72.5kVPASSM00的额定参数值

（博纳彭总授课）72.5kV额定频率

50/60Hz额定工频耐压140kV额定冲击耐压325/375kV额定电流A20002500(按要求)额定短时耐受电流kA31.5额定关合电流

kA80额定短路持续时间s3环境温度(其他温度根据要求)55°C;-30°C

二、密度继电器问题：在厂家推介书中推荐的密度继电器型号为：MDS100ex．是一种带有刻度的继电器．而我们运行的设备中所使用是无刻度密度继电器，该型号密度继电器在完全脱离设备后的压力指针指向０.１２～0.14ＭPＡ．在充装SF6、CF4气体时无法观察到充入气体的实际值，只能凭感觉确定二种气体的比例。三、气体比例问题：目前国际通常采用的避免在-40℃时液化的方法是在ＳＦ６气体中加入ＣＦ４．ＳＦ６与ＣＦ４的压力比为６比４，重量比为７比３，在摄氏２０度时．先充入６０％ＳＦ６气体至０.３６ＭＰＡ，再补充４０％ＣＦ４至０.６ＭＰＡ（额定压力）．由于本产品所使用的密度继电器无刻度，而且有0.12-0.14的压力空程，所以不能保证所充入的气体符合技术要求的比例，所以导致了气体比例不准确，在低温条件下，SF6气体液化。四。关于—01Mpa——0破坏真空时的SF6气体与气体混合比例的关系关于密度继电器

厂家产品介绍说明书推荐密度继电器运行中开关使用的密度继电器关于SF6气体与CF4气体混合运行问题目前国际通常采用的避免在-40℃时液化的方法是在ＳＦ６气体中加入ＣＦ４．ＳＦ６与ＣＦ４的压力比为６比４，重量比为７比３，在摄氏２０度时．先充入６０％ＳＦ６气体至０.３６ＭＰＡ，再补充４０％ＣＦ４至０.６ＭＰＡ（额定压力）．经试验证明，２０％的ＳＦ６与８０％的Ｎ２混合，气体绝缘性能下降不多，这是由于Ｎ２电气强度达到ＳＦ６的０.３１，但灭弧性能下降一个档次，这是由于Ｎ２的热开断相对ＳＦ６才达到０.０２；而３０％的ＳＦ６与７０％的ＣＦ４混合，气体绝缘性能下降不明显，这是由于ＣＦ４的电气强度相对ＳＦ６达到０.４１，灭弧性能下降更不明显，这是由于ＣＦ４的热开断相对ＳＦ６达到０.６，所以如果在冬季发生气体液化或者气压低等情况，有条件的运行单位应先分析开关内气体成分，确定应该补充的气体，如果没有这种设备，发生少量漏气时，建议只补充CF4化碳气体。三种气体特性对比关于PASS开关压力降低问题分析SF6的熔点为－５０.８℃，沸点为－６３.８℃，临界温度为４５.６℃，也就是说ＳＦ６气体只有在４５.６℃以上才是恒定的气态，当低于这个温度时，就已经开始产生液化，当到达－５０.８℃时由液态变为固态．由于压力对气体的液化有着重大的影响，所以，气体的液化程度与该因素有关，根据ＳＦ６特性理论，ＳＦ６气体在０.６ＭＰＡ，温度达到－２８.5℃不是液化的开始点，而是在这个温度下，ＳＦ６已经大量液化．（ＳＦ６气体状态曲线图见表1），近期在我公司运行的部分ＰＡＳＳ开关出现了多次的ＳＦ６密度降低以至于报警，开关闭锁（见表２），原因分析如下：一、由于ＳＦ６在0.6MPA的液化温度在-28℃，而这期间我们地区气温持续低，大约（-34—-38℃），导致了气体大量液化；二、开关本体由于气温下降，在低温的长期作用下，设备金属部位发生应力变形，而密封胶垫由于在低温条件下失去原有弹性，不能及时补偿金属外壳变形后的密封不良间隙，导致气室内的绝缘气体外逸。三、混合气体均匀度问题，我们在充入SF6与CF4气体时，是先充入SF6气体，然后充入CF4气体，两种气体的均匀度很难达到平衡。（见图）ＳＦ６气体状态曲线图不同环境温度下的充气压力修正：

近期ＰＡＳＳ开关故障气室气体平衡示意图关于气体平衡问题：在PASS开关充装SF6和CF4气体时，往往采用的是由一侧充气孔进行充气，在充装SF6气体时，气体是均匀的，但是，在补充CF4气体时，由于CF4气体比重要比SF6气体比重小，在充装时，CF4气体处于SF6气体上部，无法沉降，在压力的作用下，第一个气室的CF4气体与SF6气体比例高，第二气室的比例要比第一气室低，第三气室的比例最少.所以，当发生低温SF6气体液化的时候，第三气室是最早液化的。CF4SF6CF4SF6CF4SF6关于密度继电器我们通常使用的密度继电器有2种，一带有刻度的密度表；一种是不带刻度的密度继电器，温度范围:30C至+60C电气接点:3个低压力动作的接点正常电流:0.6A关合和开断电流:0.7A(带磁稳定装置的1.0A)切换容量:30W,50VA,250V(最大)标称电压:250V(最大)接点之间和对地的绝缘:2000V,50Hz,一分钟保护等级:IP55接点的滞後:用磁稳定装置调整,为满刻度的0.5-3%精度:1级(在20C)接点的