GIS隔离开关机构电动机故障分析林涛

GIS隔离开关机构电动机故障分析林涛

林涛

(国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司宁夏753000)

摘要：通过分析一个新建220kVGIS电站的调试和运行过程中出现的问题，和对多台机构中电动机出现故障的实例进行分析。得出开关设备所在的运行环境如果湿度过高，且没有必要的防护措施，则会对机构电动机的使用寿命和运行可靠性会造成极大的负面影响。人们往往只关注机构防护的IP等级、防水、防凝露的措施，没有足够关注高湿度对电气设备的影响。列举了较为详实的分析数据，对环境高湿度对电动机的影响进行了分析。

关键词：GIS隔离开关机构；电动机故障；分析

1隔离刀闸操作机构原理

隔离开关的分合闸原理为：当接收到分合闸指令时，由电机通过涡杆带动涡轮转动，由涡轮带动传动曲轴，再推动主输出轴转动，机构主输出轴旋转会带动GIS隔离开关本体的主传动拐臂传动连杆及各相拐臂旋转，从而带动隔离开关动触头运动实现分合闸。

2事故概述

某变电站的220kVGIS设备在投运后，频繁出现了隔离开关机构驱动电动机故障，前后有12台电动机进行了更换，主要现象是电动机烧毁和电动机转速变慢。对返厂损坏电动机进行了检查。检查中发现烧损电动机的转子对地绝缘明显下降，线圈电阻变化较大，电动机全部受损，经过测量，其匝间已经击穿。对更换下来的故障电动机配模拟负载试验时，最大电流幅值为15.4A，最小电流（稳定电流）幅值为12.0A，动作时间为6.7s，电动机工作转速为2910r/min。而同型号的正常电动机的最大电流幅值为12.3A，最小电流（稳定电流）幅值为2.3A，动作时间为1.5s，电动机工作转速为13000r/min。通过以上正常电动机和故障电动机的电流波形和数据对比可以看出，故障电动机匝间击穿，绝缘下降，造成电流大幅度增大，转速降低，动作时间加长，导致电动机烧毁。

3故障分析

由于本次隔离开关机构电动机故障是多批次重复出现，应先排除以下情况。1）电动机的批次质量问题。2）电动机实际输出功率小于标称功率，导致电动机长期超载运行导致损坏。为此，对同批次采购的电动机进行了试验，项目包括绝缘试验、1600V工频耐压试验、功率测量、稳恒直流测量、桥式整流测量、1.5倍过电流耐受测量和130%Ue1min工作测量。通过测试确认，同批次电动机质量合格，没有发现不合格电动机；电动机的实测功率大于180W，排除了电动机超载运行损坏的可能。同结构、同型号的电动机进行出厂试验以及其他变电站长期运行均正常。因此故障原因很有可能与变电站运行状态有关。根据现场服务人员反映，GIS设备所在的变电站建造在江边，环境湿度常年大于80%。在电站调试期间，有一段时间现场仪表显示湿度大于90%。考虑是否是高湿环境对电动机造成的影响。模拟现场湿度环境对电动机进行了的模拟试验。

将电动机安装在等效机构上，整体放在密闭的模拟湿度环境中，进行带负载电动试验，测量在不同湿度、温度和负载时，电动机定子和转子的对地绝缘电阻。电动机定子和转子对地绝缘电阻随着试验次数增加，湿度增大，绝缘电阻出现下降量过大，电动机仍然能动作，但电动机运转时声音变得尖锐，同时电刷处有电火花。由以上试验数据可以看出，电动机所处环境湿度对电动机定子和转子绕阻的对地绝缘有不同程度影响，电动机处于湿度较大的环境中，电动机定子和转子绕阻对地绝缘下降非常明显，当湿度减小时，电动机定子和转子绕阻对地绝缘会有所恢复。但电动机长期处于潮湿环境中，绕阻绝缘材料会产生霉变现象，会永久性破坏绕阻绝缘。通过以上检查与试验数据，分析导致电动机烧损的主要原因是长时间处于湿度大的环境中，且没有及时采取有效的驱湿措施，湿度过大会使电动机绝缘大幅降低，进而导致匝间绝缘击穿，电流增大。同时电刷处出现较大电火花，加速了电刷磨损，炭粉进入换向器之间缝隙，引起换向器短路，电动机转速急速下降，进一步永久性破坏线圈绝缘性能，导致故障面积继续扩大，最终烧毁电动机。

4故障处理

一般机构中都会安装加热器，加热器原理是加热空气，使可能形成凝露的水分保留在空气中，防止凝露在设备表面形成，但无法降低机构内的湿度，仅仅只能解决凝露问题。且随着环境温度的升高加热器的作用变小，特别是高温高湿的环境，加热器无法满足降低运行环境湿度的要求。为了从根本上解决高湿度对电动机的影响，拆除机构内的加热器，改用了新型的除湿器。除湿器的原理是利用珀尔帖效应和微电子技术，将空气中水气分子凝结成水，通过导水管排出，控制电动机运行环境内的湿度。通过改造后的机构已经安全运行2年，再未出现过电动机故障的情况，问题已经解决。

在电动操作中，如果隔离开关出现中途自动停止故障，则应及时处理。拉开隔离开关时，如果出现中途停止，则应迅速手动将隔离开关拉开。合上隔离开关操作时，如果出现中途停止，且时间紧迫、必须操作时，则应迅速手动操作合上隔离开关；如果时间允许，则应迅速将隔离开关拉开，待故障排除后再操作。此时，如果设备缺陷没有消除，则将设备投运，或操作前发现有可能存在机构卡涩的现象时，上位机操作前运行人员应携带隔离开关手动操作把手在现场定点。停电检修后，充分润滑隔离开关操作机构，使隔离开关拉合顺畅，便于操作人员快速将其拉合到位。加强对操动机构的维护、检查，保证操作机构箱密封良好，适时进行机械特性试验，测试其行程曲线是否符合厂家标准。提高隔离开关机构箱内的热工元件的定值，比如将热继电器动作定值由原来1.6Ie调整为1.8Ie。在保证安全的情况下，即使隔离开关的操作机构有轻微的卡涩，仍然能够顺利地将隔离开关分合到位。加强运行巡视和红外测温工作，尽量在积累阶段发现问题和缺陷，减小事故损失。

5结语

综上所述，通过认真检查隔离开关，找到了隔离开关分闸不到位的原因。GIS隔离开关分闸不到位是由操作机构决定的，操作机构的传动拐臂安装与设计角度有偏差，偏离正常运行轨迹，造成阻尼力矩的加大。因此，我们要重视在运输和安装过程中会对设备造成误差的影响因素，加强技术监督，完善设备管理，保证设备安全运行，从而确保电网安全运行。同时，在正常的运维工作中，加强对设备外观的检查，发现缺陷及时处理，确保缺陷得到根治。对于西北地区，春冬季节风沙较大、气温较低等都会影响到隔离开关操作机构的稳定运行。春检预试工作又是发生在这个阶段，所以操作前应提前认真对设备的外观进行检查，有冰雪应及时清理，有沙尘会影响润滑，应及时在机构输出轴、传动连杆、相间连杆等处的轴销、万向轴承处均涂抹润滑脂。

参考文献:

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