500 kV斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)打壓超時(shí)故障分析

李叔麟，焦東圍，鐘 濤

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443000）

1 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人類用電需求不斷增大。維持電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。斷路器在電力系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，其在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)各種原因?qū)е碌牟賱?dòng)機(jī)構(gòu)打壓超時(shí)故障。而現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)間長(zhǎng)，工作量大，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)供電的可靠性，為了能夠縮短檢修時(shí)間和檢修過(guò)程，熟悉了解操動(dòng)機(jī)構(gòu)打壓超時(shí)的情況，對(duì)設(shè)備檢查和分析將起到關(guān)鍵作用。

2 500 kV斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及原理

本節(jié)主要對(duì)HMB型液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，該500 kV液壓操作機(jī)構(gòu)采用的是無(wú)外接管路的高度模塊化機(jī)構(gòu)，在對(duì)頻繁打壓故障分析及處理上比傳統(tǒng)的氮?dú)鈨?chǔ)能液壓機(jī)構(gòu)上具有一定的特殊性。

整個(gè)機(jī)構(gòu)為集成液壓系統(tǒng), 模塊化設(shè)計(jì), 主要包括充壓模塊、儲(chǔ)能模塊、工作模塊、控制模塊、監(jiān)測(cè)模塊。無(wú)外接管路, 采用疊型彈簧作為儲(chǔ)能元件,取代傳統(tǒng)液壓機(jī)構(gòu)的氮?dú)鈨?chǔ)能方式, 提高了可靠性[1]。機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作模塊（工作缸）采用常充壓差動(dòng)式結(jié)構(gòu), 高壓油恒作用于有桿側(cè)。分、合閘速度可通過(guò)相應(yīng)的節(jié)流閥分別調(diào)整（出廠時(shí)已調(diào)整好）。充能模塊(電機(jī)和油泵)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成液壓能帶動(dòng)儲(chǔ)能模塊(儲(chǔ)壓器)壓縮疊簧儲(chǔ)能。監(jiān)測(cè)模塊(彈簧行程開關(guān)等) 監(jiān)測(cè)并控制疊簧的儲(chǔ)能情況?？刂颇K(電磁閥及換向閥等) 控制工作缸的分、合動(dòng)作[2]。

圖1 HMB型液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)

3 液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)油泵啟動(dòng)原理

不同狀態(tài)下的液壓機(jī)構(gòu)行程表如表1所示，泵啟動(dòng)監(jiān)視回路如圖2所示。其中F1為彈簧控制啟泵行程開關(guān)接點(diǎn), 當(dāng)機(jī)構(gòu)壓力降低時(shí), 彈簧行程位置減小至8 115 mm 以下接點(diǎn)閉合, 接通油泵電機(jī)回路, 油泵輸出的高壓油同時(shí)進(jìn)入3個(gè)儲(chǔ)能活塞上端, 推動(dòng)儲(chǔ)能活塞向下運(yùn)動(dòng)壓縮疊簧進(jìn)行儲(chǔ)能。儲(chǔ)能到位后F1接點(diǎn)打開，彈簧行程開關(guān)切斷油泵電機(jī)，油泵停運(yùn)，打壓過(guò)程結(jié)束。

表1 液壓操作機(jī)構(gòu)行程

圖2 泵啟動(dòng)監(jiān)視回路示意圖（僅疊簧行程開關(guān)部分）

4 液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)油泵頻繁啟動(dòng)原因

液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)油泵頻繁啟動(dòng)的原因一般有以下幾點(diǎn)：

（1）液壓油外漏造成油壓下降。如模塊連接處或密封面有滲油、放油閥密封不嚴(yán)等問(wèn)題引起，主要有以下幾個(gè)部位[3]：①手動(dòng)泄壓閥下過(guò)流閥；②油泵出口逆止閥；③控制閥；④儲(chǔ)能模塊高壓密封圈；⑤工作缸活塞密封；⑥換向閥濾芯密封圈。

（2）機(jī)構(gòu)內(nèi)部高、低壓油路間內(nèi)漏使得機(jī)構(gòu)壓力無(wú)法正常保持。根據(jù)液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與檢修經(jīng)驗(yàn), 通常有以下幾處密封薄弱環(huán)節(jié)：①漏點(diǎn)手動(dòng)卸壓閥下過(guò)流閥; ②油泵出口逆止閥; ③控制閥(二級(jí)閥); ④儲(chǔ)能模塊高壓密封圈；⑤分位限位座注油孔[4]。

（3）油中雜質(zhì)。油中雜質(zhì)卡澀活塞或密封圈位置,使密封不嚴(yán), 高壓油路向低壓油路滲漏。

（4）二次回路故障。如圖2中控制油泵啟停的F1接點(diǎn)故障也可能導(dǎo)致油泵頻繁啟動(dòng)。

（5）油中氣體含量過(guò)高，高壓油路中存在氣泡，影響工作性能，造成打壓超時(shí)。

5 打壓超時(shí)案例分析及處理

經(jīng)過(guò)某廠歷年分析數(shù)據(jù)及診斷處理發(fā)現(xiàn)，液壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)打壓電機(jī)齒輪破損導(dǎo)致的電機(jī)打壓超時(shí)情況最多，經(jīng)?；蛘哌^(guò)度頻繁的打壓可能造成齒輪磨損和開裂。一些串內(nèi)斷路器不經(jīng)常動(dòng)作，油腔內(nèi)可能存有氣泡，導(dǎo)致壓力加不上。打壓電機(jī)很少出現(xiàn)大問(wèn)題，平時(shí)檢修時(shí)注意碳刷的長(zhǎng)度以及打壓電機(jī)連接線是否完整。某廠打壓超時(shí)原因統(tǒng)計(jì)表如表2所示。

表2 某廠打壓超時(shí)原因統(tǒng)計(jì)表

5.1 外觀檢查判斷

外觀檢查即在工作現(xiàn)場(chǎng)能夠用肉眼就能夠觀察到的設(shè)備故障或者缺陷，以下為4種工作中常見的能夠通過(guò)外觀檢查判斷故障原因。

（1）油壓測(cè)量閥泄漏

某電站GIS第二串?dāng)嗦菲鰽相油泵動(dòng)作次數(shù)頻繁，其斷路器油泵動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)表如表3所示。

表3 斷路器油泵動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

監(jiān)控報(bào)“34R：某開關(guān)油泵電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,第十四設(shè)備故障”信號(hào)。

工作人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)A相操動(dòng)機(jī)構(gòu)開蓋檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)漏油較嚴(yán)重。工作人員打開液壓操作機(jī)構(gòu)的蓋板，檢查機(jī)構(gòu)油位是否正常、機(jī)構(gòu)外表面有無(wú)滲漏油、彈簧及齒輪有無(wú)破損斷裂。經(jīng)肉眼觀察可發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)為油壓測(cè)量閥，對(duì)其螺栓進(jìn)行了緊固，并對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽真空和補(bǔ)油，操動(dòng)機(jī)構(gòu)補(bǔ)油操作步驟如下。油泵打壓測(cè)試合格，保持壓力未見滲漏點(diǎn)[5]。

1）通過(guò)濾油器接到排油閥。

2）連接真空泵到注油孔。

3）松開壓力釋放開關(guān)，關(guān)閉排油閥。

4）抽真空達(dá)到≤10 kPa。

5）保持真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，打開排油閥，將油抽入。

6）關(guān)閉排油閥,再次抽真空，達(dá)到1.0～1.5 kPa約5 min，這時(shí)手動(dòng)反復(fù)地操作電磁閥（控制線圈）。

7）拆除真空泵，并關(guān)閉注油孔。關(guān)閉壓力釋放開關(guān)，對(duì)液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)加壓，并分、合動(dòng)作若干次當(dāng)操作機(jī)構(gòu)彈簧張緊時(shí)，檢查工作位置時(shí)的油位。如果油位不在正常位置，通過(guò)注油孔重新注油或利用排油閥排油。

8）在完成充油步驟后，應(yīng)該進(jìn)行首輪的5次閉合 / 斷開操作，排除液壓系 統(tǒng)中的空氣。任何在操作機(jī)構(gòu)上的作業(yè)，可能會(huì)引起空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)，必須對(duì)液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)排氣。

9）正常運(yùn)行時(shí)的最低油位不應(yīng)低于規(guī)定的油位以下。

10）操作機(jī)構(gòu)如果未和斷路器相連，要操作操作機(jī)構(gòu)時(shí)，必須關(guān)閉分合閘節(jié)流螺釘(流量調(diào)節(jié)閥)，并做好標(biāo)記以便于今后使用時(shí)能恢復(fù)原樣。

（2）打壓電機(jī)齒輪破損

監(jiān)控報(bào)“某斷路器油泵電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行”信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查為該開關(guān)A相打壓超時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)開蓋檢查，發(fā)電打壓電機(jī)齒輪破損，導(dǎo)致壓力加不上去。更換全新打壓電機(jī)齒輪后，重新對(duì)斷路器進(jìn)行打壓，打壓正常。

該類型液壓操作機(jī)構(gòu)打壓電機(jī)齒輪為塑料齒輪。優(yōu)點(diǎn)有：減輕開關(guān)整體重量；防止機(jī)構(gòu)卡死而導(dǎo)致電機(jī)起火；塑料齒輪生產(chǎn)方便，能夠節(jié)約生產(chǎn)成本。打壓電機(jī)齒輪破損的原因：工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致的齒輪老化變形；機(jī)構(gòu)卡澀，超出了齒輪的承受范圍；打壓動(dòng)作次數(shù)過(guò)多導(dǎo)致齒輪磨損[6]。

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)處理發(fā)現(xiàn)，液壓斷路器操作機(jī)構(gòu)打壓電機(jī)齒輪破損導(dǎo)致的電機(jī)打壓超時(shí)情況最多，在打壓超時(shí)故障中占到了近一半的比重。在平時(shí)巡檢及機(jī)組檢修的時(shí)候，應(yīng)該多注意檢查打壓電機(jī)齒輪。

（3）油路存在氣泡

監(jiān)控報(bào)“某開關(guān)運(yùn)行中出現(xiàn)B相操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法打壓”，導(dǎo)致打壓超時(shí)缺陷，設(shè)備檢修人員經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析發(fā)現(xiàn)油位顯示表中液壓油中混有許多氣泡，檢查打壓電機(jī)，齒輪及外觀可觀察到的設(shè)備全部正常，認(rèn)為缺陷原因?yàn)闄C(jī)構(gòu)油泵建壓油路存在氣泡造成打壓效率低。

等待開關(guān)停運(yùn)后，用真空泵對(duì)低壓油腔和高壓油腔進(jìn)行抽真空，抽除多余的氣泡。對(duì)操作機(jī)構(gòu)泄壓并重新打壓，并對(duì)操作開關(guān)分合，開關(guān)分合均正常，建壓油路中空氣已排，電機(jī)二次控制回路正常。

液壓油中氣泡產(chǎn)生的原因：低壓腔的油和空氣混合，空氣混入油中，打壓時(shí)將混有氣泡的低壓油打入高壓腔中；低壓油腔密封性能不好；低壓油腔混入其他雜質(zhì)。

（4）打壓電機(jī)燒毀

監(jiān)控報(bào)“某開關(guān)運(yùn)行中出現(xiàn)B相操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法打壓”，導(dǎo)致打壓超時(shí)缺陷，設(shè)備檢修人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開蓋檢查，檢查發(fā)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)直流電機(jī)有燒煳味，并且碳刷磨損嚴(yán)重，其他外觀設(shè)備檢查狀態(tài)良好，初步認(rèn)為缺陷原因?yàn)樘妓⒛p嚴(yán)重導(dǎo)致碳刷和滑環(huán)不能導(dǎo)電，回路不通，使得直流電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致電機(jī)卡住并燒毀。

5.2 內(nèi)部綜合檢查

內(nèi)部檢查即通過(guò)肉眼不能直接判斷故障位置，需通過(guò)二次信號(hào)或者對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體來(lái)具體判斷故障詳細(xì)原因。接點(diǎn)不到位和高壓油腔內(nèi)漏為兩個(gè)常見的內(nèi)部故障。

（1）斷路器操作機(jī)構(gòu)接點(diǎn)不到位

監(jiān)控報(bào)“某斷路器電機(jī)故障”“27F斷路器、刀閘等故障”，現(xiàn)場(chǎng)匯控柜上“油壓異常”燈亮。

PCS-9821裝置“油壓異?！睙袅?，經(jīng)過(guò)查詢，如圖3（a）所示，當(dāng)操作機(jī)構(gòu)發(fā)生重合閘油壓低閉鎖或者A、B、C相重合閘油壓異常的時(shí)候，該裝置油壓異常報(bào)警。工作人員現(xiàn)場(chǎng)檢查PCS-9821裝置的開入量如圖3（b）所示。

圖3 PCS-9821現(xiàn)場(chǎng)遙信狀態(tài)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遙信狀態(tài)進(jìn)行分析，76項(xiàng)-重合閘油壓低閉鎖為1，正常應(yīng)為0。A、B相重合閘顯示的油位正常，C相重合閘油壓正常顯示的為0，則說(shuō)明C相重合閘油壓異常。并且查看C相電機(jī)保護(hù)輔助繼電器是勵(lì)磁狀態(tài)，由此可知“油壓異常”是由于C相打壓超時(shí)，接點(diǎn)不到位引起的。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行開蓋檢查，對(duì)相關(guān)接點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，重新對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行打壓，操動(dòng)機(jī)構(gòu)正常打壓，故障復(fù)歸。

（2）高低壓油腔內(nèi)漏

機(jī)構(gòu)內(nèi)部高、低壓油路間內(nèi)漏使得機(jī)構(gòu)壓力無(wú)法正常保持。根據(jù)液壓操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與檢修經(jīng)驗(yàn)，在工作中發(fā)現(xiàn)以下4種問(wèn)題。

1）換向閥濾芯密封圈破損

換向閥是通過(guò)改變油液流向而改變執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向的閥門。換向閥濾芯密封圈磨損嚴(yán)重使得密封不嚴(yán)密，使得油流流過(guò)閥體時(shí)產(chǎn)生較大的壓力損失，過(guò)大的內(nèi)泄漏量不僅會(huì)降低系統(tǒng)的效率，引起過(guò)熱，而且還會(huì)影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常工作，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)打壓超時(shí)。檢修時(shí)需要對(duì)破損的密封圈進(jìn)行更換，更換完成后打壓正常。

圖4 換向閥閥芯密封圈損壞示意圖

2）行程開關(guān)內(nèi)部密封圈被壓扁

行程開關(guān)是一種常用的小電流主令電器，利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。內(nèi)部密封圈因機(jī)械應(yīng)力或油壓致使密封圈被壓扁，導(dǎo)致行程開關(guān)壓力降低，使得開關(guān)不能開斷到指定位置，造成機(jī)構(gòu)打壓超時(shí)。檢修時(shí)需要對(duì)行程開關(guān)內(nèi)部密封圈進(jìn)行更換，更換后重新進(jìn)行打壓，打壓正常。

圖5 行程開關(guān)內(nèi)部密封圈

（3）分閘限位底部注油孔炸裂或損壞

分閘限位底座的注油孔內(nèi)壁有破損， 導(dǎo)致破損的金屬顆粒在油路中運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致儲(chǔ)能模塊內(nèi)壁、工作缸內(nèi)部有摩擦劃痕的印記。該印記可能導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生泄漏,造成液壓機(jī)構(gòu)頻繁打壓。檢修時(shí)工作人員對(duì)進(jìn)油孔進(jìn)行更換，對(duì)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的內(nèi)壁進(jìn)行打磨（若內(nèi)壁劃痕較為嚴(yán)重，應(yīng)更換相應(yīng)的儲(chǔ)能模塊）。

（4）工作缸內(nèi)部污漬

工作缸內(nèi)部、油箱內(nèi)部以及各高低壓油孔內(nèi)均有污漬，會(huì)對(duì)油路進(jìn)行堵塞，造成油壓建立不起來(lái)，導(dǎo)致打壓超時(shí)。檢修時(shí)工作人員用無(wú)毛試紙對(duì)工作缸及高低壓油腔內(nèi)污漬進(jìn)行清洗和擦拭。檢修后重新對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)打壓，打壓正常。

針對(duì)上述幾種可能造成內(nèi)漏的原因, 對(duì)于手動(dòng)卸壓閥下過(guò)流閥、油泵出口逆止閥、控制閥、儲(chǔ)能模塊高壓密封圈等薄弱部位進(jìn)行檢查, 根據(jù)檢查及更換后儲(chǔ)能操作情況, 可以確定故障位置。如果對(duì)相應(yīng)故障部分進(jìn)行更換后, 頻繁打壓、無(wú)法一次完全儲(chǔ)能、壓力無(wú)法正常保持等故障不能得到有效解決,如打壓時(shí)間間隔明顯增加但仍然無(wú)法正常保持壓力, 說(shuō)明工作缸內(nèi)的高、低壓油路存在滲漏, 需將機(jī)構(gòu)返廠處理。

圖6 進(jìn)油孔破損和儲(chǔ)能模塊內(nèi)壁磨損示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

本文以HMB型液壓碟簧操作機(jī)構(gòu)為例，首先簡(jiǎn)要展示了操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并較為詳盡地介紹了工作原理。其次總結(jié)了液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)油泵頻繁啟動(dòng)故障的原理和可能發(fā)生的原因。最后通過(guò)案例分析和現(xiàn)場(chǎng)處理的過(guò)程，系統(tǒng)地總結(jié)了操動(dòng)機(jī)構(gòu)外觀檢查和內(nèi)部檢查具體過(guò)程，以及內(nèi)、外觀檢查中可能出現(xiàn)的常見故障，為操動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際的故障檢查提供了較為全面的參考，具有很好的工程實(shí)際意義。