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1、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 年月日,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、。 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。,在高压变电设备中，户外高压隔离开关是受环境和气候影响最大的电气设备之一，其运行条件比较恶劣，常年受到各种环境和气候条件的作用，容易产生机械或电气方面的故障，如瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、转动部件锈蚀等。而HGIS组合开关采用了新型全SF6密封三工位隔离接地开关，并使用新型触头，使隔离开关与接地开关结构合二为一，公用一个操作机构，完全解决了户外隔离开关经常发生的故障，提高了设备可靠性。同时
3、，HGIS在设计时采用了每相相对独立的密封式气室将断路器，隔离开关、接地开关作为一个模块放在密封罐中，每一相都有相对独立的外壳，灵活性较高，如果哪一相出现问题就更换哪一相，缩小了停电范围和检修时间。另外，HGIS组合开关是在厂内整体模块组合后出厂，到现场后一次性安装，避免了户外解体安装受环境和气候的影响，加之设备本身特有的密封式结构，有良好的气密性能，阻止了外部环境水分对开关内部SF6气体的影响，提高了设备的安全性。 正是因为PASS组合开关具有以上技术上的优点，省公司于2006年在国电博纳（北京）电气技术有限公司引进了该类设备，在省内部分二次变电站安装使用。吉林供电公司分别在幸福、七家、土城
4、、北山、欢喜、石井沟、口前、大滩、左家等9个变电站安装了25组，已投入运行近2年。,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,断路器操作机构,图 D 操作机构的视图,隔离开关操作机构,在PASS M0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。 PASS M0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
5、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。,每两年:对断路器和隔离开关进行两次分闸和合闸操作(一次当地、一次远方)，以检查机械和电气功能,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
6、 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,常见故障分析及处理：,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
7、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
8、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。,2.2、SF6气体液化故障属人为故障，厂家安装人员在充装SF6气体时，没有严格按SF6/CF4的比例进行充装，导致了故障的发生。按照技术规定，在进行气体充装时，应先充入60的SF6气体，然后再充装40的CF4气体（先充入的SF6气体应达到0.36MPa,然后充装CF4 0.24 MPa，使总气体密度达到0.6 MPa）
9、。由于所充装的气体比例没有按照标准进行，在气温较低的情况下导致了SF6气体液化，密度继电器指示压力下降。,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
10、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
11、、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
12、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
13、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
14、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：10 mm 2、额定绝缘水平： 额定电压：72.5 kV 额定频率：50 Hz 额定工频耐压水平：相对地：140 kV 断口间：160 kV 额定雷电冲击耐压水平：相对地：32.5 kV 断口间：37.5 kV,3、电流额定值： 额定电流：2000A 额定短时耐受电流：31.5 kA 额定短时持续时间：3
15、s 额定峰值耐受电流：80 kA 4、气体重量：8 kg,5、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：31.5 kA 额定短时持续时间：3 s 额定峰值耐受电流：80 kA 额定电流下最大操作次数：3000次 短路故障开断电流：31.5 kA 合闸时间：285ms 分闸时间：285ms 控制回路额定电压：DC 220 V 分闸线圈：0.21A 45W 合闸线圈：1.10A 200W 辅助接点：5NC+5NO（NC合，NO分） 电动机额定电压：DC 220 V 电动机额定功率：400W 电动机额定电流：1.81.5 A 电动机额
16、定冲击电流：71.5 A,6、组合隔离开关/接地开关： 机构型号：BES7 电动机额定电压：DC 220 V 电动机额定功率：180W 电动机操作时间： 10s 电动机额定电流：10.25 A 电动机额定冲击电流：60. 5 A,7、SF6气体： 年泄漏量：0.1% 充气压力（20相对压力）：0.60 Mpa 报警压力（20相对压力）：0.56 Mpa 闭锁压力（20相对压力）：0.54 Mpa 外壳：设计压力：0.7 Mpa 试验压力：1.05Mpa 破裂压力：3.0Mpa 防爆膜释放压力：1.05,8、套管： 长度：560 mm 爬距：1852 mm 承受最大负载：纵向：750N 横向：500N 垂直：750N 9、电流互感器： 型号：TAT环型 容量：40 VA 精度限制系数：10P20 测量铁芯等级：0.2S0.51,10、其他特性： 最小燃弧时间：7.5 ms 近区故障电流：22.5 kA 控制回路工作电流：2.5A 加热器功率：150W,关于开关近期压力降
