220kV GIS操作氣系統運行分析

張代軍

摘 要：220kV GIS操作氣系統在現代電氣領域中的應用廣泛，文章首先對220kV GIS系統斷路器氣動-彈簧機構原理進行介紹，然后對系統漏氣原因與異常運行原因進行分析，最后根據作者多年的工作經驗，提出運行監視及巡檢對策，以期對操作維護該系統的人員提供一些幫助。

關鍵詞：220kV GIS系統；操作氣系統；運行；分析

1 220kV GIS操作氣系統漏氣記錄

2015年11月04日，220kV GIS一斷路器間隔操作氣管路逆止閥聯接至A相儲氣罐的銅管接頭脫落，直接原因為接頭松動，機組停機斷開斷路器時震動較大使得銅管與接頭脫落，導致操作氣壓泄漏。

2016年02月13日，對220kV GIS操作氣系統檢查時發現一斷路器操作氣C相氣罐進氣管接頭處存在漏氣現象，直接原因為管路接頭松動。

2016年05月15日，巡檢發現一斷路器操作機構箱內操作氣壓測試閥（常閉）漏氣，直接原因為閥門接頭松動。

2 220kV GIS斷路器氣動-彈簧操作機構原理

220kV GIS操作氣系統幾次漏氣點的不同使得我們對操作氣系統的日常巡檢及維護工作面臨更細致、更嚴格的要求。220kV GIS操作氣系統出現漏氣情況，可導致斷路器重合閘被閉鎖，嚴重時可導致斷路器分閘被閉鎖，若此時遇事故還會擴大事故范圍，對系統造成重大影響。要掌握220kV GIS操作氣系統可能存在的漏氣點及漏氣原因，首先需了解220kV斷路器操作機構的構成和動作原理，大致介紹如圖1。

如圖1所示，斷路器處于合閘位置時，操作機構內合閘彈簧處于向上伸張狀態，將氣缸內的活塞推至最頂端，活塞桿向上伸至最長，斷路器動、靜觸頭處于閉合狀態。斷路器分閘操作時，分閘回路接通，分閘線圈帶電，通過銜鐵和傳動機構使掣子和拐臂脫扣，控制閥在彈簧的作用下向上打開，壓縮空氣罐內的壓縮空氣進入氣缸，推動活塞向下運動，活塞桿帶動斷路器動觸頭也向下運動，使斷路器動、靜觸頭分開，實現斷路器分閘，同時壓縮空氣推動活塞向下使合閘彈簧壓縮蓄能（見圖2）。

在斷路器分閘的最后階段，分閘保持掣子將活塞桿扣住，閉鎖活塞及活塞桿的上下運動，使斷路器保持分閘狀態、使彈簧保持壓縮儲能狀態，同時活塞桿帶動凸輪逆時針方向轉動將拐臂向下壓，使分閘控制閥關閉，阻斷氣罐進入活塞氣缸的壓縮空氣，先前斷路器分閘過程中進入活塞氣缸內的壓縮空氣通過排氣孔泄出，斷路器最后保持在分閘狀態；斷路器合閘操作時，合閘回路接通，合閘線圈帶電，通過銜鐵將分閘保持掣子與活塞桿之間的鎖扣解除，合閘彈簧所儲能量被釋放，活塞和活塞桿被合閘彈簧向上推動，將斷路器動、靜觸頭接合，實現斷路器合閘（整個合閘過程，分閘控制閥未動作，活塞氣缸內沒有壓縮空氣，通過排氣孔與大氣相通，以保持活塞氣缸內外壓力平衡）。

3 220kV GIS操作氣系統漏氣分析

壓縮空氣外部流通路徑主要涉及壓縮空氣罐、銅管、截止閥、管路接頭、表計、壓力傳感器、過濾器、減壓閥、逆止閥、卸壓閥等。

漏氣點分析：壓縮空氣外部流通路徑尤其以截止閥、管路接頭居多，漏氣點容易出現在：三通管路接頭（如Ⅰ路供氣總管與斷路器間隔Ⅰ路供氣閥門之間的管路接頭或氣源側供氣管路與測壓管路之間的接頭等）、四通管路接頭、斷路器壓縮空氣罐進氣管路接頭、測壓管路與表計或壓力傳感器之間的接頭以及常開截止閥、常閉截止閥等。

漏氣原因分析：220kV GIS操作氣系統已投運十余年，相關壓縮空氣管路閥門密封和接頭密封已趨于老化，加之220kV GIS運行中這些管路和接頭長期帶壓運行，不易進行維護和保養，氣體中的雜質和水分在管路中經過積累，易導致管路和接頭密封被腐蝕，從而引起接頭松動自行漏氣或由于斷路器動作產生的較強震動將密封不牢固或密封老化的接頭振脫。此外，由于壓縮空氣管路制造工藝方面的原因，部分薄弱的管體可能在長期帶壓過程中被擊穿形成小的漏氣砂眼；由于安裝工藝及管路中水分長期積累的原因，管路接頭與管路之間容易被腐蝕，嚴重時可導致管路接頭與管路重疊部分由于腐蝕而直接斷裂漏氣。

壓縮空氣內部流通路徑主要涉及壓縮空氣罐、分閘控制閥、活塞氣缸、排氣孔等，即斷路器分閘時壓縮空氣通過分閘控制閥由壓縮空氣罐進入活塞氣缸，分閘完成時控制閥關閉，阻斷壓縮空氣罐給活塞氣缸的供氣，氣缸內壓縮空氣通過排氣孔排至大氣。

漏氣點分析：從上述斷路器的分、合閘動作原理可以看出，無論斷路器處于合閘狀態還是分閘狀態，分閘控制閥均在關閉位置，若操作機構內部漏氣，只能是壓縮空氣罐內氣體通過分閘控制閥并從其上方的排氣孔漏出。

漏氣原因分析：操作機構內部漏氣主要有兩方面原因：其一，分閘控制閥關閉不嚴，出現此種情況的原因可能是氣壓不夠、彈簧彈力降低、傳動機構故障使得控制閥未完全關閉到位，從而壓縮空氣罐內氣體通過控制閥并從其上方的排氣孔漏出；其二、分閘控制閥密封老化、腐蝕或雜質卡澀密封不嚴，分閘控制閥與壓縮空氣罐之間有2處密封，分別位于控制閥靠氣罐側的上下端，若這兩處密封不嚴，斷路器壓縮空氣罐內氣體將緩慢通過控制閥并從其上方的排氣孔漏出，造成氣罐壓力緩慢下降的現象。

4 220kV GIS操作氣系統異常運行原因分析

4.1 某一點漏氣導致其余斷路器間隔操作氣壓普遍降低

通過最近幾次漏氣情況發現，在220kV所有斷路器均沒有分合閘操作時，某一點出現漏氣會導致所有斷路器間隔操作氣罐壓力降低，說明當該點漏氣導致兩路供氣總管壓力降低后，未漏氣的斷路器間隔操作氣罐均存在向總供氣管路回流壓縮空氣的現象，由此可以判斷：斷路器間隔操作氣罐與兩路供氣總管之間的逆止閥普遍存在反向密封不嚴的問題。例如逆止閥內密封老化、逆止閥內氣體雜質積累卡澀導致反向關閉不嚴等。雖然空壓機出口氣源管路配置有氣水分離裝置，但由于此裝置自投運至今從未拆卸清理和維護，完全有可能對壓縮空氣中的水分和雜質未起到有效的過濾作用，氣體中的顆粒雜質和水分便會滲入到各供氣管路、閥門、接頭等部位，造成堵塞或腐蝕現象，從而導致逆止閥反向密封不嚴的問題。

4.2 斷路器間隔操作氣罐壓力緩慢降低（無分合閘操作或操作很少）

2016年02月中旬至05月中旬，220kV GIS除206斷路器有分合閘操作外，其余斷路器間隔基本沒有分合閘操作，這段時間220kV GIS各斷路器間隔氣壓總體上呈現緩慢降低的情況，原因大致有三：第一、操作機構內分閘控制閥關閉不到位或密封不嚴，使得壓縮空氣罐內氣體緩慢從排氣孔滲出，雖然空壓機有啟動補氣行為，但是若逆止閥兩側氣壓差值達不到正向導通差壓，逆止閥不會導通；第二、由于壓縮空氣管路制造工藝方面的原因，部分薄弱的管體可能在長期帶壓過程中被擊穿形成小的漏氣砂眼，加之逆止閥的反向密封性能影響，結果同第一點分析；第三、由斷路器分合閘原理可知，斷路器每分閘一次，將消耗一部分壓縮空氣，由于逆止閥的反向密封性能下降，206斷路器每分閘一次都會導致其余間隔氣壓下降，即使有空壓機的啟動補氣行為，也會同第一點的分析一樣涉及逆止閥的導通和排氣孔的滲氣情況，同樣會導致氣罐壓力緩慢下降。

4.3 斷路器間隔操作氣罐補氣速度偏慢

空壓機補氣時斷路器氣罐氣壓上升速度與逆止閥正向導通開度和操作機構排氣孔滲氣速度有關，逆止閥兩側差壓越大，排氣孔滲氣速度越慢，則氣罐補氣速度越快，氣壓上升越快，因此目前可考慮將減壓閥后壓力定值再適當提高一些，增大斷路器操作氣罐逆止閥兩側差壓，以便逆止閥正向導通到位。此外，若操作氣管路氣水分離器性能下降，使得進入氣源總管路的水分和雜質積累過多，將會導致壓縮空氣不純、逆止閥卡澀或密封老化腐蝕等情況，也會導致氣罐補氣速度的降低。

5 運行監視及巡檢對策

由于220kV GIS操作氣系統投運已十余年，相關管路、閥門、接頭及其密封等缺少定期保養與維護，老化現象逐漸顯現，漏氣現象已逐漸增多，運行巡檢及值班應多加關注，從上述斷路器間隔操作氣漏氣案例分析可以看出，操作氣漏氣是一個從緩慢到突變的過程，只要關注和跟蹤及時，漏氣情況可以被及時發現并控制。

（1）中控室值班期間，應關注和統計空壓機啟動和運行情況，發現空壓機啟動頻繁或運行時間過長，則須立即現地排查除漏，必要時采取隔離措施，通知專業人員處理；尤其在220kV斷路器有分、合閘操作時更應加強關注。（2）每日巡查工作須特別關注220kV GIS操作氣系統各間隔氣壓變化情況，當氣壓普遍低于額定值時，應及時匯報并聯合專業人員進行檢查排漏。（3）巡檢負責人應每天核實220kV GIS操作氣系統巡檢結果，并做好記錄。（4）中控室值班期間統計220kV GIS操作氣空壓機啟動次數，目的在于及早發現漏氣趨勢。

以上僅為個人分析，僅供參考，若有不妥之處敬請告知或討論。