隔離開關(guān)在核電廠GIS的應(yīng)用及自動(dòng)化改進(jìn)措施

趙 玲

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修一處，浙江 嘉興 314000）

0 引言

核電廠500kVGIS開關(guān)站應(yīng)用的隔離開關(guān)是高壓開關(guān)的一種，因?yàn)闆]有專門的滅弧裝置，所以不能切斷負(fù)荷電流和短路電流。核電廠隔離開關(guān)是組成550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的主要元件，該產(chǎn)品采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，該氣體間隔正常壓力0.4MPA，當(dāng)壓力降至0.35MPA時(shí)發(fā)出報(bào)警。隔離開關(guān)可以電動(dòng)操作也可以手動(dòng)操作，正常操作都是在控制系統(tǒng)上完成[1]。隔離開關(guān)在運(yùn)行中存在著自身缺陷，本文對此提出了自動(dòng)化改進(jìn)措施，避免事故的發(fā)生或擴(kuò)大，從而保證設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 500kV開關(guān)站隔離開關(guān)的功能

1.1 普通隔離開關(guān)

通常在電力系統(tǒng)中接觸最多的隔離開關(guān)都是普通的隔離開關(guān)，用于檢修時(shí)保證設(shè)備的安全隔離，主要裝設(shè)于母線處和斷路器兩側(cè)，使檢修設(shè)備與運(yùn)行系統(tǒng)之間有明確的分界點(diǎn)，從而保障設(shè)備和檢修人員的安全。隔離開關(guān)由110V直流給其提供操作電源以及控制、保護(hù)、報(bào)警電源。

1.2 隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)及自動(dòng)化動(dòng)作原理

隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)為CJG6電動(dòng)機(jī)操作機(jī)構(gòu)，隔離開關(guān)的A、B、C三相只利用一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)連桿進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分合閘。機(jī)構(gòu)的整個(gè)傳動(dòng)部分和電器部分都置于方形機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，其機(jī)構(gòu)箱外部主要有位置指示器、分合操作指示銘牌、插接件座、鎖蓋等零部件。

它的工作原理是通過電機(jī)通電高速轉(zhuǎn)動(dòng)，小直齒輪驅(qū)動(dòng)離合器裝置，再由離合器出軸上的小齒輪帶動(dòng)直齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)構(gòu)主軸上的傘齒輪帶動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的操動(dòng)[2]。機(jī)構(gòu)的分、合閘運(yùn)動(dòng)其原理一致，只是各部分元件的運(yùn)動(dòng)方向相反而已。

1.3 隔離開關(guān)的日常維護(hù)

日常應(yīng)檢查設(shè)備標(biāo)牌完整性，檢查機(jī)構(gòu)箱體、支架、接地導(dǎo)體有無生銹或損傷情況，檢查緊固筒體法蘭連接螺栓、支架的支撐螺栓和地腳螺栓、接地導(dǎo)體連接部位有無松動(dòng)，檢查就地控制柜選擇開關(guān)位置是否正常，就地控制柜光字牌有無報(bào)警；檢查隔離開關(guān)、接地開關(guān)分、合閘指示是否正確；檢查隔離開關(guān)、接地開關(guān)SF6壓力表的指示值是否正確，檢查SF6氣路有無漏氣現(xiàn)象。

2 隔離開關(guān)倒閘操作的一般原則

500kV開關(guān)站隔離開關(guān)的操作順序有著嚴(yán)格的規(guī)定，斷路器兩側(cè)相同的開關(guān)操作時(shí)也有著先后順序，遵循此規(guī)格才能實(shí)行自動(dòng)化聯(lián)鎖及報(bào)警系統(tǒng)，下面將作具體的分析。

核電廠500kV開關(guān)站3/2接線方式下的線路停電操作，先斷開中間斷路器，后斷開母線側(cè)斷路器，拉開隔離開關(guān)時(shí)，由負(fù)荷側(cè)逐步向母線側(cè)拉，送電操作時(shí)與此相反。需注意以下方面：

主變或線路停電過程的操作。如主變或線路側(cè)帶負(fù)荷拉閘發(fā)生事故，兩側(cè)斷路器跳閘，故障點(diǎn)切除，保證主變及母線、其它線路運(yùn)行正常；如母線側(cè)發(fā)生帶負(fù)荷拉閘事故，母線關(guān)聯(lián)所有斷路器跳閘，造成母線失壓，威脅整個(gè)供電系統(tǒng)。所以，應(yīng)按照斷路器→主變或線路側(cè)隔離開關(guān)→母線側(cè)隔離開關(guān)的順序依次操作。送電操作應(yīng)與上述相反的順序進(jìn)行。

主變或線路運(yùn)行，母線停役的操作。如母線側(cè)發(fā)生帶負(fù)荷拉閘事故，母線關(guān)聯(lián)所有斷路器跳閘，故障點(diǎn)切除，保證線路及主變運(yùn)行不受影響；如主變或線路側(cè)發(fā)生帶負(fù)荷拉閘事故，兩側(cè)斷路器跳閘，造成主變或線路停電故障，危及整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)行。所以，應(yīng)按照斷路器→母線側(cè)隔離開關(guān)→主變或線路側(cè)隔離開關(guān)的操作順序依次執(zhí)行。送電操作應(yīng)與上述順序相反。

主變或線路停電時(shí)，斷路器合環(huán)運(yùn)行的操作。如短引線側(cè)發(fā)生帶負(fù)荷合閘事故，兩側(cè)斷路器跳閘切除故障，不影響整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。如母線側(cè)發(fā)生帶負(fù)荷合閘事故，造成母線無電壓，此時(shí)變?yōu)閱文妇€運(yùn)行方式，大大降低運(yùn)行的可靠性。所以，應(yīng)按照母線側(cè)隔離開關(guān)→短引線側(cè)隔離開關(guān)→斷路器的順序依次操作。解環(huán)操作應(yīng)與上述順序相反執(zhí)行[3]。

中間斷路器兩側(cè)線路或主變運(yùn)行，檢修中間斷路器的停電的操作。操作斷路器的順序應(yīng)視對電網(wǎng)的影響程度大小進(jìn)行考慮，即按照斷路器→對電網(wǎng)的較小影響一側(cè)的隔離開關(guān)→對電網(wǎng)的較大影響一側(cè)的隔離開關(guān)的順序依次操作。送電時(shí)則進(jìn)行相反的操作。

3 隔離開關(guān)通過聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

隔離開關(guān)設(shè)置聯(lián)鎖的目的是使犯操作錯(cuò)誤的可能性降至實(shí)際的最低程度，并保證遵守正確的操作程序，誤操作時(shí)能夠自動(dòng)化聯(lián)鎖。避免斷路器在合閘狀態(tài)下，操作任何隔離開關(guān)，避免隔離開關(guān)在合閘狀態(tài)下，操作接地開關(guān)；避免接地開關(guān)在合閘狀態(tài)下，操作隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的聯(lián)鎖有很多種，電氣聯(lián)鎖是通過GIS開關(guān)站就地控制柜上選擇開關(guān)“43IL2”的位置來確定是否在聯(lián)鎖狀態(tài)，因此操作前必須要判斷此選擇開關(guān)聯(lián)鎖位置。在NCS上隔離開關(guān)還做了微機(jī)防誤系統(tǒng)，只有滿足軟邏輯聯(lián)鎖條件時(shí)才能進(jìn)行操作[4]。另外，操作機(jī)構(gòu)上還有自鎖裝置：自鎖裝置有“運(yùn)行位置”和“檢修位置”，平時(shí)被機(jī)械外罩罩住，只有檢修的時(shí)候才會(huì)打開，因此在隔離開關(guān)做完檢修工作后運(yùn)行人員需要向檢修確認(rèn)此自鎖裝置是否在“運(yùn)行位置”。若在“檢修位置”，隔離開關(guān)將無法電動(dòng)操作。

隔離開關(guān)只有在相鄰斷路器及接地閘刀在分位時(shí)才能操作。其中，主變高壓側(cè)手搖隔離開關(guān)比較特殊，除了與斷路器和接地開關(guān)有聯(lián)鎖外，還需要相鄰的隔離開關(guān)50136分閘才能操作。斷路器在就地控制柜合閘時(shí)需要兩側(cè)隔離開關(guān)斷開才可以合閘，分閘則無聯(lián)鎖。

4 隔離開關(guān)存在的問題及自動(dòng)化改進(jìn)措施

隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)只能帶動(dòng)單相開關(guān)動(dòng)作，另外兩相通過鼓形齒輪與尼龍齒輪的配合與該相連接，接受CJG6電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的扭矩，因此NCS的分、合閘指示以及就地分、合閘指示均來自其裝于該相的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不能反映另外兩相動(dòng)作情況。再加上另外兩相聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)沒有可靠的機(jī)械指示，若隔離開關(guān)內(nèi)部發(fā)生故障，很有可能出現(xiàn)三相動(dòng)作不一致的情況，從而引起更為嚴(yán)重的運(yùn)行事件，甚至是像帶電合接地開關(guān)這樣的惡劣事故[5]。這對電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對設(shè)備和人員的安全都存在重大隱患。

2012年，國內(nèi)某電廠在進(jìn)行500kV GIS開關(guān)站啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)500kV GIS開關(guān)站隔離開關(guān)50136分閘后，其后端電壓互感器的某兩相仍有300kV左右相電壓的異常情況。此時(shí)5012開關(guān)及5013開關(guān)均合閘運(yùn)行，隔離開關(guān)50136就地均顯示及NCS監(jiān)控均在分閘位置。但實(shí)際為隔離開關(guān)50136的某相已分閘，但另外兩相未分閘，或者分閘未到位。在兩相之間連桿鼓形齒輪從尼龍齒輪中脫落，致使該相連桿無法聯(lián)動(dòng)另外兩相，導(dǎo)致隔離開關(guān)50136從遠(yuǎn)方分閘時(shí)該相動(dòng)作，但另外兩相不動(dòng)作。因此，必須在另外兩相均增加機(jī)械指示，考慮到500 kVGIS設(shè)備為室內(nèi)設(shè)計(jì)，可在不透明防塵外殼上開孔并安裝透明有機(jī)玻璃蓋板，這樣也不存在密封漏水問題。安裝后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過微動(dòng)開關(guān)所在的固定板所開直線導(dǎo)向槽左右平移，從而觸動(dòng)左右兩側(cè)微動(dòng)開關(guān)，進(jìn)而產(chǎn)生分合信號。兩微動(dòng)開關(guān)上方噴涂分、合指示，這樣不但便于巡檢，更能可靠地在就地看到機(jī)械指示以及分合狀態(tài)及內(nèi)部動(dòng)作狀態(tài)，這樣更好地保障了隔離開關(guān)的安全運(yùn)行。

改造后仍存在不足，現(xiàn)在隔離開關(guān)的B相只有驅(qū)動(dòng)桿聯(lián)動(dòng)微動(dòng)開關(guān)的指示并無直接的機(jī)械指示，況且左右兩側(cè)微動(dòng)開關(guān)的距離太近，不能很明顯地辨別B相開關(guān)操作到位與否。這存在著安全隱患，需要在B相處增加機(jī)械位置指示[6]。

4.1 開關(guān)站進(jìn)出線隔離開關(guān)電源共用問題及自動(dòng)化改進(jìn)措施

500kV開關(guān)站的兩條進(jìn)線和三條出線上的隔離開關(guān)操作報(bào)警電源與斷路器間隔的電源共用一個(gè)空氣開關(guān)，當(dāng)進(jìn)出線單獨(dú)停運(yùn)而斷路器需要合環(huán)操作時(shí)，還需把空開合上，這樣停運(yùn)線路隔離開關(guān)的操作和報(bào)警電源無法隔離。在最早編寫500kV運(yùn)行規(guī)程時(shí)就發(fā)現(xiàn)這一問題，后經(jīng)專項(xiàng)討論，需把電源獨(dú)立開，增設(shè)一個(gè)空氣開關(guān)，用它來控制進(jìn)出線間隔隔離開關(guān)的直流電源。這樣就可以很好地解決電源共用問題，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的自動(dòng)化[7]。

現(xiàn)改造后空氣開關(guān)的跳閘報(bào)警沒有單獨(dú)做進(jìn)NCS中去（與開關(guān)間隔隔離開關(guān)共用報(bào)警），在出線及主變線隔離時(shí)，在NCS上會(huì)有間隔控制開關(guān)跳閘的報(bào)警，易造成操縱員的誤解。如果這時(shí)發(fā)生斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)及接地開關(guān)控制開關(guān)的跳閘，已無法提示操縱員。建議將涉及至出線的隔離開關(guān)的控制電源開關(guān)增加未合閘的單獨(dú)報(bào)警，這樣才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化報(bào)警。

4.2 主變高壓側(cè)隔離開關(guān)高空問題及改進(jìn)措施

核電廠主變A、B、C三相高壓側(cè)隔離開關(guān)501363處于5m高空，又需手動(dòng)操作，此處也有接地開關(guān)5013637和SF6表計(jì)，平時(shí)無法查看開關(guān)狀態(tài)和表計(jì)參數(shù)，這給運(yùn)行留下了隱患。此區(qū)域?yàn)楦唠妷捍箅娏鲄^(qū)域，腳手架需在主變停役后才能搭建，大修時(shí)這將增加大修工作時(shí)間，并消耗大量人力物力，因此需要在主變高壓側(cè)隔離開關(guān)和接地開關(guān)處增加永久固定操作平臺(tái)及爬梯。考慮此設(shè)備有單相電流，操作平臺(tái)需采用非導(dǎo)磁性材料，若用導(dǎo)磁材料，操作平臺(tái)不能為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間需有斷口或設(shè)置絕緣措施并設(shè)可靠接地點(diǎn)，這樣才能縮短主變維修工期及方便平時(shí)巡檢[8]。

4.3 開關(guān)站進(jìn)出線隔離開關(guān)SF6表計(jì)高空問題及改進(jìn)措施

核電廠500kV GIS進(jìn)出線隔離開關(guān)SF6氣體表計(jì)安裝高度離地面為5m左右且設(shè)計(jì)角度不合理，不能就地觀察SF6實(shí)時(shí)壓力值，控制柜上SF6微水密度是換算過來的，沒有表計(jì)準(zhǔn)確。這給日常巡檢、預(yù)維帶來了極大難度，若SF6氣體出現(xiàn)泄漏只有壓力到達(dá)0.35MPA時(shí)才會(huì)發(fā)出報(bào)警；若處理不及時(shí)，導(dǎo)體和筒體之間絕緣大大減低，將嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行，甚至出現(xiàn)運(yùn)行事故。因此，需將進(jìn)出線隔離開關(guān)SF6氣體表計(jì)安裝高度降至離地面高度2m處，并將密度繼電器和SF6在線監(jiān)測傳感器信號電纜重新制作橋架，這樣方便日常巡檢、預(yù)維。經(jīng)分析調(diào)研，湖北荊門1000kV變電站、廣西云南金安橋550kVGIS變電站等已經(jīng)做了同類設(shè)備的整改，表計(jì)移位對設(shè)備安全運(yùn)行沒有任何影響。改造后，可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)修復(fù)設(shè)備缺陷，減少人員事故風(fēng)險(xiǎn)，方便平時(shí)的巡檢工作，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

4.4 隔離開關(guān)巡檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)SF6泄漏問題及自動(dòng)化改進(jìn)措施

開關(guān)站隔離開關(guān)及其他電氣設(shè)備都是SF6封閉式組合電器，SF6常溫常壓下為無色、無味的氣體，假如發(fā)生泄漏，很難判斷出具體的漏點(diǎn)，SF6氣體濃度高也會(huì)造成窒息的危險(xiǎn)。現(xiàn)在開關(guān)站房間內(nèi)只有空間檢測的裝置，500kV GIS室內(nèi)SF6濃度越限會(huì)觸發(fā)報(bào)警，但是缺陷很多，經(jīng)常誤報(bào)。三峽電廠采用紅外檢漏儀進(jìn)行查漏，此儀器圖像上直接看出泄漏的SF6氣體像是一縷青煙，可以快速定位SF6氣體泄漏漏點(diǎn)[9]。因此，核電廠也需配備紅外檢漏儀，這樣可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，更快地發(fā)現(xiàn)問題、處理問題以保證電廠的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

5 結(jié)語

隔離開關(guān)有上述諸多應(yīng)用與改進(jìn)措施，對待隔離開關(guān)的操作必須充分考慮設(shè)備運(yùn)行安全和檢修需要，全面掌握隔離開關(guān)的各項(xiàng)功能、聯(lián)鎖及操作注意事項(xiàng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)的各種不足，增強(qiáng)隔離開關(guān)自動(dòng)化報(bào)警、聯(lián)鎖等改進(jìn)措施并具體情況具體分析，提出合理的改進(jìn)措施以保障電廠安全、可靠地運(yùn)行。