ABBELK3型GIS刀閘狀態確認的改進措施

侯小冬 王兵 鄒高市 饒榮 彭滄鈿

摘要：ELK3型GIS 是由ABB公司生產的550KV SF6封閉式組合電氣，由于設計缺陷，其位置指示器及輔助節點均僅能反應機構箱處輸出軸的力矩傳動情況，存在誤判斷風險。本文針對ELK3型GIS刀閘結構特點，分析其傳動和指示原理，在現有判斷刀閘狀態方法的基礎上，提出改進措施，提高設備可靠性。

關鍵詞：GIS；刀閘；狀態確認；改進措施

1 前言

GIS由于具有結構緊湊、靈活和免維護以及不受外界環境條件影響等優點，在電力系統中得到了越來越廣泛的應用，但GIS與傳統敞開式設備相比，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，存在誤判斷風險。某電廠500KV開關站采用的ABB ELK3型GIS，曾因刀閘傳動連桿松脫，位置指示器誤指示而導致500KV母線接地跳閘事故。由此也反應出ELK3型GIS刀閘的使用隱患，GIS設備一旦發生電力事故，處理難度大，恢復供電慢，事故處理費用高，所以在倒閘操作中能否快速、準確判斷刀閘狀態變得尤為重要。

2 ABB ELK3型GIS刀閘設備結構介紹及可靠性分析

ELK 3型隔離/接地開關在配電站SF6氣體絕緣開關設備中起隔離斷開和接地保護功能，其設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/接地開關只有一個位置指示器，安裝于操作機構側，其位置信號節點亦通過機構箱內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/接地開關外殼上有兩個可選配的檢查窗口，用來檢查內部活動零件的位置與狀態，檢查窗口位于靜觸頭側，約20mm寬，可連接內窺鏡通過內窺鏡和動觸頭上的兩個標記，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，如果能看到兩個標記中的一個，則說明接觸充分；如果兩個標記都可以看得到則說明接觸不足。

ELK3型GIS刀閘動作原理：操作刀閘的命令發出后，操作電機得電并驅動傳動齒輪旋轉，帶動內部主觸頭運動的同時翻轉位置指示器和改變輔助節點狀態，到位后在行程開關的作用下切斷控制回路，實現電機的停轉和刀閘狀態的轉換。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部觸頭狀態，判斷刀閘分合位置，可一旦出現下列情況時，ELK3型GIS的設計結構和指示原理無法進行判別，可能出現虛假指示，影響運行人員判斷。

1）觸頭安裝不規范，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）驅動軸齒輪損壞，電機齒輪僅帶動連桿和位置指示器旋轉，實際觸頭未動作；

3 現有的檢查方法及可靠性分析

現時為加強GIS設備的倒閘操作管理，提高運行人員對刀閘狀態的辨識能力，降低操作風險，結合現場設備情況，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）在保護監控系統中查看刀閘狀態是否和現場一致。在監控系統主接線圖，檢查刀閘指示圖標，紅色豎向圖標代表合閘，綠色橫向圖標代表分閘。

4）查閱監控變位報文。在監控系統信息窗，查看刀閘對應變位報文，是否出現且報送正確。

以上辨別方式均是基于就地位置指示和二次輔助節點提供的信號，由于ELK3型GIS刀閘其設計結構將位置指示器和二次信號節點均集成在刀閘一端的操作機構箱內，導致另外兩相的力矩傳動情況失去了監控，當出現連桿抱箍松脫或傳動齒輪失效時，無法有效識別，且此時二次信號節點返回的狀態，可使連鎖保護系統失效，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、C相接地短路事故的直接原因。

4 ABB ELK3型GIS刀閘狀態確認的改進措施

考慮到倒閘操作刀閘是否分合閘到位狀態確認的重要性，以及現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）連桿位置涂刷標記漆

ELK-3型GIS刀閘傳動連桿是金屬灰色，開關站設備緊湊、照明有限，倒閘操作過程，運行人員現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備，觀察連桿轉動，且如出現B、C相力矩傳動異常時，標記的顯色漆將發生平面錯位，可第一時間識別并發現，該項措施可作為ELK3型GIS刀閘狀態確認的臨時輔助措施。

2）傳動連桿懸掛標記繩

ELK-3型GIS刀閘設計的最大缺陷在于地刀位置信號接點和刀閘狀態指示器均在A相控制箱內，這導致當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點均無法識別，出現假指示信號。在刀閘驅動連桿A-B，B-C之間分別懸掛一標記繩，且在繩上用不同顏色標識（如紅、綠）設置刀閘狀態位置，運行倒閘操作期間可通過標記繩的轉動與否，及標識位置是否轉到相應刀閘狀態位來輔助判別刀閘/地刀是否正確動作。

3）操作機構箱遠端加裝指示器

操作機構箱遠端加裝位置指示器，可反應力矩在末端驅動軸的傳輸情況，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設備，其在倒閘操作過程中的位置狀態確認提高了可靠性。

4）利用檢修視窗增加刀閘觸頭可視化裝置

ELK-3型隔離/接地開關外殼上有兩個可選配的檢查窗口，用來檢查內部活動零件的位置與狀態，檢查窗口位于靜觸頭側，約20mm寬，可利用該檢修視窗，制作標準可視化成像裝置，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。與傳統通過機械傳動間接判斷GIS氣室內部刀閘觸頭分合位置狀態不同，可視化可直觀反應刀閘內部觸頭情況，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、誤操作風險。

5 總結

由于GIS與傳統敞開式設備相比，直觀性不強，無法通過直接觀察觸頭接觸情況來判斷GIS氣室內部刀閘/地刀觸頭是否分合閘到位，嚴重影響電力安全生產指標的實現。ABB ELK3型GIS刀閘/地刀的二次信號節點和就地位置指示在同一機構箱內的缺陷設計，已由于假指示而對某電廠造成了嚴重的損失。考慮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，通過分析其結構特點和缺陷模式，結合現場實際情況，提出在連桿位置涂刷標識漆和在連桿上綁定標記繩的臨時輔助措施；在機構箱遠端加裝位置指示器的改造措施；利用檢修視窗實現刀閘觸頭可視化的直觀監測方案；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備狀態，防止誤操作。

參考文獻

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

（作者單位：中廣核核電運營有限公司）