王攀 张斌斌 王延凯
广东电网有限责任公司惠州供电局 广东惠州 516001
摘要:GIS设备在电网变电一次设备中应用广泛，因其结构紧凑、维护工作量小等优点备受青睐。本文基于SA10断路器机械特性测试仪精确测量西开ZF9-252型GIS隔离开关动触头位置的方法的可行性进行了论证，进而根据厂家资料逐步推导出开距、插入深度的精确计算公式，并利用现场实测数据进行验证，验证了公式的正确性和精确度，为日后GIS设备运维提供了一种准确、便捷的检测方法，也为日常检修及状态评价提供了新的手段和依据。
关键词：GIS；机械特性；插入深度
1 前言
GIS设备全称为全封闭组合电器（Gas Insulated Metal-enclosed Switchgear），自20世纪60年代以来已在世界范围广泛应用。其最大的特点是采用全密封式结构，将变电站内除主变压器之外的一次设备例如断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线等全部封装在金属外壳内部，采用六氟化硫气体作为绝缘介质，因而其占地面积相对常规敞开式设备有巨大优势，尤其在寸土寸金的当代，在基建投资成本考量中，GIS设备反而有一定的优势。另外，GIS设备还具有结构紧凑、安装方便、安全性强、维护工作量小等特点。
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然而在实际运维中，GIS设备各相带电部位空间距离以及隔离开关断口间距离等都比户外常规敞开式设备小得多，不能像敞开式设备一样直接观察到设备状态。例如：2012年深圳4?10 事故、2013年广西百色8?8事故和2014年广东东莞4?11事故，它们都有一个共同特点都是GIS设备的隔离开关未能操作到位，导致故障发生。由于GIS设备内部无法观察，运行操作人员在倒闸操作过程中，通常依据机构箱位置指示、传动机构拐臂位置、后台位置信号三者综合判断隔离开关是否操作到位，其中任一指示未到位时必须暂停操作确认位置。
实际操作中，机构箱位置指示与传动机构拐臂位置的判断因人而异，以西开厂家生产的ZF9-252型GIS设备为例，对于隔离开关拐臂位置判断依靠观察拐臂与限位指钉的距离来判断，其厂家规定拐臂与限位指钉的距离要求为2-20mm，非常宽泛，导致运行人员判断困难。
本文基于GIS刀闸分合闸内部位置无法观察是否到位的问题进行研究，以西开厂家生产的ZF9-252型GIS设备为例，利用SA10断路器测试仪进行测量，对GIS刀闸分合闸位置测量的可行性进行了分析论证。
2 理论研究
（1）、动作过程
通过对GIS刀闸分合闸动作过程进行梳理：
1)分（合）闸继电器接收控制信号动作，接通电机回路电源
2)操作机构通过电机带动，输出拐臂旋转；
3)刀闸本体与操作机构通过传动机构机械连接，随操作机构运转而进行分（合）闸动作；
4)刀闸动触头从合（分）闸位置开始向另一端运动，期间经过刚分（合）点；
5)操作机构运转到指定位置后，通过机械影响操作机构箱内行程开关断开控制回路，进而断开电机电源回路，操作结束，后台监控位置信号切换。
（2）、可行性分析
为得到隔离开关插入深度与开距的精确数据，必须建立外部拐臂转动角度与动触头运动距离的精确关系式。根据隔离开关动作原理可知，外拐臂转动角度被“刚分（合）点”分为两个部分，在合闸过程中，“刚合点”之后的“插入角度”所对应的动触头运动距离即为隔离开关的“插入深度”；在分合闸过程中，“刚分点”之后的“分开角度”所对应的的动触头运动距离即为隔离开关的“开距”；
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所以只需要知道两个条件，也是通过SA10断路器机械特性测试仪能够获得的参数：
1)外部拐臂旋转角度与时间的对应关系；
2)动静触头刚分、刚合点对应拐臂的位置与对应时间点；
（3）、测试原理
经过与西开厂家的确认与相关资厂家内部资料研究，西安西电ZF-252型GIS隔离开关内部传动机构运动具有上下对称性，即动触头运动至总行程1/2距离时，上图中M2连杆恰好处于水平（与动触头垂直方向）位置；
M1拐臂与M2拐臂连接处有长孔设计，在分、合闸到位时，M1拐臂与M2拐臂固定点与主受力点间距等长；
M2关闭长度根据厂家图纸显示为150mm。
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图3 西开ZF9-252型GIS隔离开关内部传动结构简化图
如图6所示，隔离开关开距
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（4）、参数定义（图14）
1)“L”表示刀闸动触头运动行程；
2)“K”表示隔离开关动触头屏蔽罩至静触头之间的距离；
3)“k”表示动触头与静触头之间的距离；
4)“d”表示动静触头插入深度；
5)“M1”表示隔离开关内部与外部拐臂刚性连接的拐臂；
6)“M2”表示隔离开关内部连接“M1”与动触头的拐臂；
7)“G点”表示刀闸刚分（合）点；
8)“α”表示外部拐臂转动角度；“α1”表示“k”对应角度，“α2”表示“d”对应角度；
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得到计算结果：插入深度d=38mm；以上计算得出的开距及插入深度均符合厂家技术标准。
对500kV博罗站220kV#5、#6母线上7个设备间隔线路侧7组隔离开关进行了仪器测量、开盖实测对比，测得数据如下：
表1 博罗站设备实测数据、理论数据结果比较图
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如表1所示，将计算值与实测值进行比较，发现误差小于3毫米，平均误差为0.9毫米，并与标准进行对比，符合期望值。
4 总结
本文提出的利用SA10断路器机械特性测试仪对西开ZF9-252型GIS隔离开关进行触头位置测量计算方法，通过理论分析、实际测量，并与实际标准相对比，证明了该方法的准确性，对实际GIS设备工程大修有一定的帮助。但是，该方法仍有一定的局限性，目前只基于西开ZF9-252型GIS隔离开关进行测量分析，本文提出的思路可推广应用于其他类型的GIS设备。
5 参考文献
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