分合閘伺服閥閥桿卡死導(dǎo)致的多起發(fā)電機斷路器誤動、拒動故障分析處理

郭鈺靜，趙 鯤，吳小平

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲壩電廠發(fā)電機出口斷路器(以下簡稱GCB)先后多次出現(xiàn)的“合閘后跳開”、“分閘拒動”等缺陷現(xiàn)象，維護人員對斷路器操作機構(gòu)原理進行研究，依據(jù)其缺陷原因分析的假設(shè)做現(xiàn)場驗證，分別驗證了合閘伺服閥閥桿不回彈、分閘伺服閥不回彈時，開關(guān)在接到分、合閘命令時的一系列動作情況。

1 操作機構(gòu)原理

圖1、圖2所示，紅色部分為高壓油藍色部分為低壓油。

正常合閘過程：當(dāng)?shù)蛷椈杀粔嚎s后的分閘狀態(tài)下，傳動桿密封部位的上部處于高油壓狀態(tài)，傳動桿密封部位的下部處于低油壓狀態(tài)，此時傳動桿被控制在分閘狀態(tài)。當(dāng)合閘伺服閥接到合閘信號得電動作，換向閥切換到合閘狀態(tài)，傳動桿底部與高壓油相連，此時傳動桿的上部和下部都充以高壓油，由于壓差的作用，傳動桿向上運動，完成合閘操作(見圖1)。

正常分閘過程：當(dāng)分閘伺服閥接到分閘信號得電動作，換向閥切換到分閘狀態(tài)，傳動桿底部失壓，傳動桿上部的高壓油推動傳動桿向下運動，完成分閘操作。

液壓油失壓閉鎖：在合閘狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到一定程度時，閉鎖桿上的彈簧推動其向里運動，頂住傳動桿上的卡口，使傳動桿不能運動[1]。

圖1 斷路器操作機構(gòu)分閘狀態(tài)下內(nèi)部油路(右圖為換向閥的局部放大圖)

圖2 斷路器操作機構(gòu)合閘狀態(tài)下內(nèi)部油路(右圖為換向閥的局部放大圖)

2 分閘拒動故障

2.1 故障現(xiàn)象

2017-11-09T2:13:04，GCB出現(xiàn)拒分現(xiàn)象，監(jiān)控系統(tǒng)報“GCB彈簧壓力低動作”，2:13:08報“GCB彈簧壓力低復(fù)歸”。隨后，2:15、2:26分別進行遠方、現(xiàn)地各操作1次，斷路器均出現(xiàn)拒分現(xiàn)象，且監(jiān)控系統(tǒng)均報“GCB彈簧壓力低動作”，3～4 s后報“GCB彈簧壓力低復(fù)歸”，GCB現(xiàn)場人員描述，發(fā)送分閘令后儲能電機存在短時啟動現(xiàn)象。

經(jīng)檢查，斷路器本體外觀無放電、漏油等異常現(xiàn)象；滅弧室SF6氣體壓力正常、機構(gòu)液壓油位正常、分合閘位置指示器指示正確、防慢分銷無異常、傳動連桿的連接緊固無松脫變形；對GCB操作機構(gòu)進行檢查時，斷路器處于合閘狀態(tài)，儲能彈簧處于完全儲能狀態(tài)，液壓油油位正常，操作連桿及拐臂位置正確，分閘1伺服閥(Y2)、分閘2伺服閥(Y3)正常，合閘伺服閥(Y1)閥桿未復(fù)位(如圖3)。

圖3 現(xiàn)場檢查分合閘伺服閥情況

2.2 正常情況下的油路分析

當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)，儲滿能時且各部件均正常時，高低壓油分布情況如圖4所示。

圖4 合閘狀態(tài)時高、低壓油壓力狀態(tài)分布

當(dāng)發(fā)出分閘命令后，分閘伺服閥兩端油路接通(如圖5)，則截面積A1處由高壓油變?yōu)榈蛪河?，截面A2與截面A3處仍為高壓油，因面積A3>A2，因此換向閥向上運動，油路完成切換(如圖6)。油路切換后，斷路器主軸下方液壓油壓力迅速降低，斷路器主軸上方液壓油為高壓油，由于主軸上下側(cè)液壓油壓強差很大，因此在壓強作用下，主軸向下運動，斷路器最終分閘并保持分閘狀態(tài)。

圖5 正常情況下由合閘轉(zhuǎn)分閘時，油流走向及切換后高低壓油分布

圖6 分閘狀態(tài)(儲能完成)時，高低壓油分布

2.3 故障情況下的油路分析

合閘伺服閥閥桿未復(fù)位，分閘伺服閥正常時，接到分閘令后故障分析。

斷路器處于合閘狀態(tài)時，由于合閘伺服閥閥桿未回彈復(fù)位，合閘伺服閥兩端油路始終接通。當(dāng)斷路器操作機構(gòu)接到分閘脈沖令時，分閘線圈得電(通電時間為毫秒級)，分閘伺服閥閥桿動作使分閘伺服閥兩端油路接通，高壓油正常一路經(jīng)分閘伺服閥流向低壓油區(qū)，另一路由于合閘伺服閥兩端油路接通，又流回高壓區(qū)。致使換向閥內(nèi)液壓油油壓強一致，而截面面積仍然保持A3

圖7 合閘伺服閥閥桿未復(fù)歸，由合閘轉(zhuǎn)分閘時，油流走向及切換后高低壓油分布

由于分閘伺服閥得電后兩端油路接通，使高壓油進入低壓油區(qū)，但因分閘伺服閥得電時間很短，高低壓油接通時間短、油路細，且換向閥沒能向上運動，因此只有少量高壓油進入低壓油區(qū)，高壓油壓強只有少量下降，從而造成儲能電機啟動但啟動時間較短，致使電機啟動儲能打壓，與故障現(xiàn)場人員描述的打壓時間約為3～4 s現(xiàn)象一致，該打壓時間遠小于正常時間。

2.4 試驗驗證流程

GCB分閘拒動故障試驗驗證流程見表1。

表1 GCB分閘拒動故障試驗驗證流程

注：通過儀器(開關(guān)特性儀)給分閘伺服閥加入3 s的脈沖信號。3 s時長是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)分閘令時的脈寬。運行模式下，線圈脈沖持續(xù)時間不超1 s。

2.5 故障重演

以合閘伺服閥閥桿無法復(fù)位為假設(shè)，利用已知的情況，故障重演結(jié)果如表2[2]。

表2 GCB分閘拒動故障重演結(jié)果

2.6 驗證結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場驗證，合閘伺服閥閥桿不回彈的缺陷缺陷會導(dǎo)致GCB發(fā)生拒分現(xiàn)象，同時由于少部分高壓油流至低壓缸，導(dǎo)致彈簧泄壓，啟動電機打壓。

3 合閘后隨即跳開故障

3.1 故障現(xiàn)象

10:38:22 主站發(fā)令后，GCB合閘不成功。故障錄波顯示：10時38分31秒346毫秒，GCB在計算機發(fā)令合閘，約70 ms后跳開，無任何保護裝置動作信息。隨后在開機并網(wǎng)過程中2次出現(xiàn)GCB合閘50 ms后自行分閘現(xiàn)象。

故障錄波顯示：10時38分31秒346毫秒，斷路器在計算機發(fā)令合閘約70 ms后斷開，合閘電流在正常負荷電流水平。兩套發(fā)變組保護裝置均無保護動作報告記錄、無告警出口異常燈。機組錄波顯示過程中兩套保護均無動作出口、信號變位記錄[3]。檢查斷路器合閘、Ⅰ路分閘、Ⅱ路分閘接點阻值大于10 M；檢查保護盤至GCB二次電纜各線芯對地及線芯之間絕緣阻值大于100 M。匯控柜內(nèi)檢查：SF6壓力、彈簧儲能壓力報警接點未接通。GCB匯控柜內(nèi)檢查:合閘線圈、I路分閘線圈、II路分閘線圈電阻值正常[4]。

3.2 正常分閘情況分析

斷路器操作機構(gòu)進行分合閘操作，必須有油路接通，高低壓油切換，工作桿才能動作。油路接通有以下幾種可能：

1)分閘伺服閥得電，接通油路。跳閘操作回路加裝的電流型繼電器進行錄波監(jiān)視，6個監(jiān)視繼電器均未動作。分閘伺服閥沒有接受到電信號。排除電信號引起機構(gòu)自動分閘。

2)工作缸內(nèi)漏，接通油路。若機構(gòu)工作缸內(nèi)漏，接通油路。機構(gòu)直接表象，就是油泵電機頻繁打壓。查記錄，排除機構(gòu)內(nèi)漏。

3)換向閥未切換到位，接通油路。若換向閥未切換到位，高低油腔連通，油泵電機旋轉(zhuǎn)，無法建立高壓油，電機工作180 s后，油泵電機報電機打壓超時信號，LCU未報油泵電機打壓超時信號。排除換向閥切換不到位可能行。此外，操作機構(gòu)若失壓，由于操作機構(gòu)具有失壓閉鎖功能，機構(gòu)不會自動分閘。

4)分閘電磁閥分閘后未復(fù)位，接通油路。

正常情況下，分閘電磁閥失電時，在彈簧的作用下，電磁閥閥桿會復(fù)位，球閥復(fù)位，電磁閥控制的油流回路斷開(見圖8、圖9)。

若機構(gòu)油中有油泥，在某個分閘時刻，油中雜質(zhì)阻擋球閥復(fù)位，導(dǎo)致分閘油路一直處在接通狀態(tài)，操作機構(gòu)得到合閘令后，首先進行合閘操作，合閘操作后，由于分閘油路處在接通狀態(tài)，接著進行分閘。

圖8 電磁閥工作原理圖

操作機構(gòu)在分合閘命令同時存在的情況下，首先進行的動作是狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。即，在分閘狀態(tài)時，分合閘命令同時存在，首先進行合閘動作；在合閘狀態(tài)時，分合閘命令同時存在，首先進行分閘動作。

GCB分閘結(jié)束后，機構(gòu)分閘油路沒有截斷，仍保持接通，導(dǎo)致機構(gòu)在合閘后，在沒有分閘信號的情況下，出現(xiàn)自動分閘。

3.3 試驗驗證流程

GCB合閘后隨即跳開故障試驗驗證流程見表3。

圖9 電磁閥結(jié)構(gòu)圖

故障模擬操作手動長按分閘伺服閥閥桿(模擬閥桿不回彈現(xiàn)象)同期裝置發(fā)合閘令監(jiān)視并記錄開關(guān)動作情況用儀器(開關(guān)測試儀)監(jiān)視主回路開斷情況查詢保護裝置監(jiān)視主回路的開斷情況觀察監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視主·回路的開斷情況觀察開關(guān)是否合閘后隨即分閘;記錄動作次數(shù)電機打壓時間記錄從合閘起到打壓超時所需時長彈簧動作情況彈簧壓力低報警時間彈簧壓力低閉鎖時間防慢分銷投入狀態(tài)

3.4 故障重演的驗證

GCB以分閘伺服閥閥桿無法復(fù)位(人為按下模擬閥桿不回彈)為驗證，利用已知的情況，做故障重演如表4。

表4 GCB合閘后隨即跳開故障試驗驗證結(jié)果

4 伺服閥的解剖檢查

經(jīng)對拆除的分、合閘伺服閥進行解剖檢查發(fā)現(xiàn)，伺服閥閥桿無法復(fù)歸的主要原因為閥桿在安裝孔內(nèi)卡澀嚴重。拆除閥桿及安裝孔端部的密封圈后發(fā)現(xiàn)，密封圈存在嚴重磨損，閥桿與安裝孔內(nèi)表面存在較多碎屑狀雜質(zhì)(見圖10)。

由于操作機構(gòu)分閘電磁閥油路一直流的是低壓油，且油路管道很細，油泥較容易堆積；合閘電磁閥油路一直流的是高壓油，油泥不容易堆積。油中雜質(zhì)阻塞分閘電磁閥關(guān)斷分閘油路，帶有隨機性，致使GCB合閘后偶然會出現(xiàn)自動分閘現(xiàn)象，但是，一旦分閘電磁閥分閘后把油路關(guān)閉，機構(gòu)就不會出現(xiàn)自動分閘，除非機構(gòu)接收到分閘信號。

在運行中，GCB操作機構(gòu)的分閘電磁閥，已經(jīng)把分閘油路關(guān)閉(若分閘油路未關(guān)閉，GCB操作機構(gòu)不會合閘并網(wǎng)成功)，所以，運行中GCB不會出現(xiàn)自動分閘現(xiàn)象。

圖10 合閘伺服閥閥桿和及密封圈

5 結(jié) 語

1)運行年代長的GCB操作機構(gòu)，有很大的概率發(fā)生伺服閥閥桿卡死現(xiàn)象，分閘伺服閥卡死會導(dǎo)致合閘后隨即跳開的現(xiàn)象，影響機組并網(wǎng)；合閘伺服閥卡死會導(dǎo)致GCB拒分缺陷，嚴重時，GCB拒動會導(dǎo)致發(fā)變組故障擴大。

2)該型號伺服閥閥桿外部有橡皮罩，正常情況下無法觀察其是否卡死。目前尚無監(jiān)測裝置能監(jiān)控其狀態(tài)，需協(xié)同廠家進行改進。

3)下一步需斷路器廠家說明伺服閥閥桿不回彈的監(jiān)視及改進方案。