气动开关故障 对一起500千伏开关气动机构故障的分析

　　摘 要：本文通过对彩虹变电站一台LW13-500型500千伏开关气动机构发生的故障进行分析，讲述带气水分离器气动开关机构的工作原理，说明引起该事件的主要原因及暴露出的问题，提出今后的防范措施。
　　关键词：开关；气动机构；故障
　　开关气动机构的作用
　　开关的分合闸是通过操作机构来实现的。操作机构的工作性能和质量的优劣，对开关的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。彩虹变电站500千伏开关利用压缩空气作为能源的操作机构（简称气动机构），开关分闸操作依靠压力为1.5MPa的压缩空气进行，合闸操作依靠在分闸过程中储能的合闸弹簧进行。
　　1 故障案例及处理经过
　　2011年1月4日23时40分，500千伏彩虹变电站计算机监控画面报出彩5063开关“交流电机运转”预告信号的光字牌，10分钟后仍未恢复，如果按照正常情况，该光字牌应在3分钟之内自动恢复。值班员发现该情况后，立即到现场检查，发现该开关气动机构的交流电机一直在不停运转（打压不停泵），压力表指示在1.43MPa附近，尚未报出“压力降禁止重合闸”信号，该开关运行时正常压力值为1.5MPa，压力降低禁止重合闸值为1.43MPa。彩虹变电站500千伏系统是采用3/2断路器接线方式，调度规程规定，如果出现压力降低禁止重合闸现象，应立即将该开关退出运行。当值值班员根据“打压不停泵”的现象做出判断，该开关为危急缺陷，必须尽快汇报，迅速处理。
　　2011年1月5日凌晨，公司检修人员到达现场，经过近3个小时的检查处理，初步判断为该开关气动机构气水分离器部分故障引起，采取"将彩5063开关空压机出气管临时接到逆止阀进口，甩掉气水分离器"的临时措施，开关压力逐渐恢复正常值。
　　2011年1月24日，厂家派人到现场，检修人员在开关不停电的情况下进行检查处理，发现开关机构水气分离器的两个滤芯杂质较多，厂家更换后，准备恢复隔离的气水分离器部分，当打开逆止阀进气口时，突然出现新的情况，逆止阀漏气，立即暂停工作，恢复原状，待申请停电后详细检查处理。
　　2011年1月30日，按照调度指令，变电站运行值班人员将彩5063开关由运行转检修。停电后，检修人员打开气动机构的逆止阀进行检查，发现逆止阀密封线处故障，引起逆止阀双向导通，更换一只新的逆止阀。该开关机构故障原因彻底查明并排除，开关送电后，开关机构恢复正常运行。
　　2 彩虹变电站开关气动机构简介及技术改造过程
　　500千伏彩虹变电站于2001年12月3日正式投运，一期至三期的扩建工程共有12台500千伏开关，全部采用西安高压开关厂生产的LW13-500型六氟化硫落地罐式开关，均为气动操作机构。由于是该开关是早期产品，气动操作机构回路中只有空气压缩机、逆止阀、储气罐、排水阀等元件组成。
　　由于空气压缩机在长时间反复运行过程中，空气压缩后水蒸气饱和，会在储气罐内凝聚一些水分[1]。按照厂家设备铭牌要求，需要每周对安装在开关三相的储气罐进行一次放水，否则，长期运行将影响开关机构的工作性能及使用寿命。
　　国家电网公司《预防交流高压开关反事故措施》规定：“气动机构宜加装气水分离装置和自动排污装置”[2]。2006年，运行维护单位与厂家联合对同型号共12台开关的气动机构进行了技术改造，即：在每台同型号的开关气动机构回路中增加了西安高压开关厂生产的QSL-20C-II空气净化器装置（又称气水分离器装置），该装置可消除压缩空气罐内凝聚水的问题，而且也可实现自动排水。这样，大大提高了操作机构运行的可靠性及安全性，减少变电站运行人员的维护工作量。
　　3 带气水分离器气动开关机构的工作原理
　　对12台开关机构进行技术改造，主要增加了气水分离器部分，其操作机构由空气压缩机、冷凝器、一级、二级气水分离器、逆止阀、储气罐、电动球阀、手动截止阀及管道等元件组成。（如图1所示）
　　图1带气水分离器的气动开关机构工作原理图
　　工作原理：当开关进行分闸操作后或其它原因引起压缩空气减低时（启动值为1.45MPa），就会自动启动电动机带动空气压缩机运转，经冷凝器、一级、二级气水分离器、逆止阀、向储气罐内打入高压力的压缩空气，当压力达到1.55MPa时，压缩机停止运转。同时，接在两个气水分离器下部的电动球阀（排污阀）延时工作，将装置内的吸附材质再次吹除去掉水分，进一步提高吸附效果，从而提高净化率，并将吸附材料内分离出的水与气，经装置底部由电动球阀及阀门自动排出（图中的手动阀门必须处于常开状态）。
　　一级、二级气水分离器工作原理：第一段是经过冷却后的气体，利用气体特性进行第一次分离，再经过隔板及不锈钢丝网的碰撞及附着，进行再次分离，此时将有大量的油水被滤除。此后空气进入第二阶段，第二阶段主要是内部放置吸附材料对气体净化，过滤及脱水。
　　电动球阀工作原理：电动球阀装在装置底部末端，与压缩机同步运行。该阀是常开式，当压缩机启动后电磁阀延时25-30秒关闭，完成吹掉材料内部水分任务。当压缩机停止运行时，电动球阀即延时开启，将分离出的水与气经管道排出，完成排污程序。
　　逆止阀（又称为单向阀）的作用：可阻止压缩空气罐内的高压空气返回空气压缩机内，保证开关压力始终保持在正常范围。
　　4 故障原因分析及防范措施
　　4.1故障的主要原因：
　　（1）气水分离器在长时间运行中吸入空气中的杂质引起堵塞。
　　（2）气动机构的关键元件逆止阀存在质量隐患。
　　4.2 该事件也暴露出开关检修管理方面存在一定的漏洞，开关机构改造后的五年，在开关停电检修时，未清扫防尘罩、空气过滤器，未全面检查气水分离器部分各个元件是否存在隐患。
　　4.3 防范措施
　　（1）变电站运行值班人员，应加强对开关机构“交流电机运转”信号的重视，计算机监控系统报出该信号后，不要过早用鼠标点击清光字，必须等“交流电机运转”信号实际消失后再点击清光字。否则，有可能不会及时发现开关机构"打压不停泵"的危急缺陷，以致引起开关压力降低到禁止重合闸值，造成不必要的停电。
　　（2）运行维护单位应建立开关定期维护制度，对气动开关机构的检修维护项目做出明确规定，防患于未然。
　　（3）气动机构应定期清扫防尘罩、空气过滤器，在空气压缩机上安装时间记录器，做好空气压缩机累计启动时间记录[2]。
　　（4）针对该变电站同型号开关，应分期分批申请停电检修，对开关机构的气动机构的各个元件进行维护，检查或更换气水分离器滤芯。
　　（5）逆止阀是开关气动机构的关键元件，必须使用质量性能可靠的逆止阀，发现问题及时更换。
　　5 结束语
　　本文对带气水分离器的气动开关机构发生故障的原因进行了分析，指出引起该事件主要原因及暴露出的问题，提出了今后的防范措施，希望对变电站运行值班人员及开关的运行维护人员有一定的借鉴、指导作用，避免同型号开关机构出现类似故障。
　　参考文献
　　[1]国家电网公司，《高压开关设备管理规范》——，中国电力出版社出版，2006年1月