ABBELK3型GIS刀闸状态确认的改进措施
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摘要：ELK3型GIS 是由ABB公司生产的550KV SF6封闭式组合电气，由于设计缺陷，其位置指示器及辅助节点均仅能反应机构箱处输出轴的力矩传动情况，存在误判断风险。本文针对ELK3型GIS刀闸结构特点，分析其传动和指示原理，在现有判断刀闸状态方法的基础上，提出改进措施，提高设备可靠性。
关键词：GIS；刀闸；状态确认；改进措施
1 前言
GIS由于具有结构紧凑、灵活和免维护以及不受外界环境条件影响等优点，在电力系统中得到了越来越广泛的应用，但GIS与传统敞开式设备相比，直观性不强，无法通过直接观察触头接触情况，来判断GIS刀闸是否分合闸到位，存在误判断风险。某电厂500KV开关站采用的ABB ELK3型GIS，曾因刀闸传动连杆松脱，位置指示器误指示而导致500KV母线接地跳闸事故。由此也反应出ELK3型GIS刀闸的使用隐患，GIS设备一旦发生电力事故，处理难度大，恢复供电慢，事故处理费用高，所以在倒闸操作中能否快速、准确判断刀闸状态变得尤为重要。
2 ABB ELK3型GIS刀闸设备结构介绍及可靠性分析
ELK 3型隔离/接地开关在配电站SF6气体绝缘开关设备中起隔离断开和接地保护功能，其设计采用直线型接触运动方式，动触头通过一根轴传动或者齿条传动方式由一台电机驱动，通过传动轴的力矩传输对三相进行操作。三相隔离/接地开关只有一个位置指示器，安装于操作机构侧，其位置信号节点亦通过机构箱内部的机械传动部件输出二次控制信号和保护信号。另外，ELK 3型隔离/接地开关外壳上有两个可选配的检查窗口，用来检查内部活动零件的位置与状态，检查窗口位于静触头侧，约20mm宽，可连接内窥镜通过内窥镜和动触头上的两个标记，就可检查触头触子是否正确位于“I”位或者“O”位置，即动触头插入到静触头是否有足够的深度，如果能看到两个标记中的一个，则说明接触充分；如果两个标记都可以看得到则说明接触不足。
ELK3型GIS刀闸动作原理：操作刀闸的命令发出后，操作电机得电并驱动传动齿轮旋转，带动内部主触头运动的同时翻转位置指示器和改变辅助节点状态，到位后在行程开关的作用下切断控制回路，实现电机的停转和刀闸状态的转换。上述操作模式虽然原理思路清晰，但是也可看出ELK3型GIS刀闸的分合状态显示，过度依赖机械传动，在考虑各机械传动部件可靠的情况下，位置指示牌和汇控箱分合指示器能可靠指示刀闸内部触头状态，判断刀闸分合位置，可一旦出现下列情况时，ELK3型GIS的设计结构和指示原理无法进行判别，可能出现虚假指示，影响运行人员判断。
1）触头安装不规范，动静触头对中不良，倒闸操作过程中触头实际分合不到位；
2）刀闸连杆传动齿轮松脱，非全相动作；
3）力矩传动齿轮卡扣松脱，仅有部分传动力矩有效；
4）驱动轴齿轮损坏，电机齿轮仅带动连杆和位置指示器旋转，实际触头未动作；
3 现有的检查方法及可靠性分析
现时为加强GIS设备的倒闸操作管理，提高运行人员对刀闸状态的辨识能力，降低操作风险，结合现场设备情况，通常有以下几种确认方式：
1）查看刀闸位置指示器，该指示器位于一次设备本体，看到绿色“0”字代表分闸位置，红色“I”字代表合闸位置。
2）检查就地汇控箱指示灯。在就地汇控柜观察对应的刀闸位置指示灯，“红灯”代表合闸，“绿灯”代表分闸。
3）在保护监控系统中查看刀闸状态是否和现场一致。在监控系统主接线图，检查刀闸指示图标，红色竖向图标代表合闸，绿色横向图标代表分闸。
4）查阅监控变位报文。在监控系统信息窗，查看刀闸对应变位报文，是否出现且报送正确。
以上辨别方式均是基于就地位置指示和二次辅助节点提供的信号，由于ELK3型GIS刀闸其设计结构将位置指示器和二次信号节点均集成在刀闸一端的操作机构箱内，导致另外两相的力矩传动情况失去了监控，当出现连杆抱箍松脱或传动齿轮失效时，无法有效识别，且此时二次信号节点返回的状态，可使连锁保护系统失效，这也是某采用ABB ELK3型GIS的电厂，在进行线路送电操作时，500KV I母A相地刀正常拉开，B、C实际未实际拉开且无法识别而引起B、C相接地短路事故的直接原因。
4 ABB ELK3型GIS刀闸状态确认的改进措施
考虑到倒闸操作刀闸是否分合闸到位状态确认的重要性，以及现有检查方法的局限性，特别是针对ABB ELK3型GIS刀闸的位置指示设计缺陷，提出以下辅助判别措施和改进方案：
1）连杆位置涂刷标记漆
ELK-3型GIS刀闸传动连杆是金属灰色，开关站设备紧凑、照明有限，倒闸操作过程，运行人员现场观察连杆动作情况较困难，连杆涂刷显色漆可方便运行人员识别设备，观察连杆转动，且如出现B、C相力矩传动异常时，标记的显色漆将发生平面错位，可第一时间识别并发现，该项措施可作为ELK3型GIS刀闸状态确认的临时辅助措施。
2）传动连杆悬挂标记绳
ELK-3型GIS刀闸设计的最大缺陷在于地刀位置信号接点和刀闸状态指示器均在A相控制箱内，这导致当A-B相、B-C相之间的传动齿轮脱开时，位置指示器和后台信号节点均无法识别，出现假指示信号。在刀闸驱动连杆A-B，B-C之间分别悬挂一标记绳，且在绳上用不同颜色标识（如红、绿）设置刀闸状态位置，运行倒闸操作期间可通过标记绳的转动与否，及标识位置是否转到相应刀闸状态位来辅助判别刀闸/地刀是否正确动作。
3）操作机构箱远端加装指示器
操作机构箱远端加装位置指示器，可反应力矩在末端驱动轴的传输情况，可避免刀闸电机输出力矩在中间A-B、B-C相传动过程中失效无法识别的情况，作为ELK-3型GIS刀闸设计缺陷的改造措施，刀闸远端加装指示器已在事故电站各大修中实施，加装指示器后的GIS设备，其在倒闸操作过程中的位置状态确认提高了可靠性。
4）利用检修视窗增加刀闸触头可视化装置
ELK-3型隔离/接地开关外壳上有两个可选配的检查窗口，用来检查内部活动零件的位置与状态，检查窗口位于静触头侧，约20mm宽，可利用该检修视窗，制作标准可视化成像装置，通过检查触头是否正确位于“I”位或者“II”位置，来辨别刀闸分合状态。与传统通过机械传动间接判断GIS气室内部刀闸触头分合位置状态不同，可视化可直观反应刀闸内部触头情况，包括是否分合到位，触头是否对中良好，是否有电灼伤痕迹等信息。可避免传动卡涩、齿轮损坏带来的误指示、误操作风险。
5 总结
由于GIS与传统敞开式设备相比，直观性不强，无法通过直接观察触头接触情况来判断GIS气室内部刀闸/地刀触头是否分合闸到位，严重影响电力安全生产指标的实现。ABB ELK3型GIS刀閘/地刀的二次信号节点和就地位置指示在同一机构箱内的缺陷设计，已由于假指示而对某电厂造成了严重的损失。考虑到原有倒闸操作检查手段的片面性和不直观性，以及ABB ELK3型GIS刀闸改造消缺的迫切性和实效性，通过分析其结构特点和缺陷模式，结合现场实际情况，提出在连杆位置涂刷标识漆和在连杆上绑定标记绳的临时辅助措施；在机构箱远端加装位置指示器的改造措施；利用检修视窗实现刀闸触头可视化的直观监测方案；基于本文提出的改进措施，可在刀闸分合过程中对各传动部件进行直观监测，能有效防止由于传动杆等中间传动器件松脱造成的假指示，有助于操作人员判断设备状态，防止误操作。
参考文献
[1] 翁利民，靳剑锋.GIS在大型企业变电站的应用[J].大众用电.2003（03）
（作者单位：中广核核电运营有限公司）
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