斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)帶電注油裝置的研制及應(yīng)用

李紹武，孫 錦，劉 頁，林 凱，陳長杰

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司變電檢修中心，浙江溫州 325000）

0 引言

目前液壓操作機(jī)構(gòu)斷路器由于具備功率大但沖擊小、速度快但操作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為110 kV以上電壓等級SF6斷路器的主要操作機(jī)構(gòu)類型[1]。但液壓操作機(jī)構(gòu)容易受環(huán)境溫度影響，特別是在夏季高溫或冬季晝夜溫差較大時(shí)期，因此斷路器缺陷大部分會集中在液壓機(jī)構(gòu)部分，具體表現(xiàn)在閥系統(tǒng)中各個密封環(huán)節(jié)不好而引起的高壓油路部分滲油，導(dǎo)致油泵在運(yùn)行中頻繁啟動打壓或油壓無法建立從而造成斷路器閉鎖等故障[2-4]。目前浙江地區(qū)220 kV變電站內(nèi)配置有不少液壓機(jī)構(gòu)斷路器，且運(yùn)行年限普遍較長，液壓油外泄已成為該類型斷路器最為常見問題之一[5-7]。

一旦液壓機(jī)構(gòu)滲漏油情況較為嚴(yán)重，在完成相應(yīng)滲漏部件的檢修和更換工作之后還需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油工作，否則油箱內(nèi)液壓油不足將導(dǎo)致斷路器油壓無法正常建立，嚴(yán)重者將引起閉鎖等從而影響斷路器的正常分合操作，擴(kuò)大事故范圍。以溫州地區(qū)在運(yùn)數(shù)量最高的西門子3AQ1EG型斷路器為例，傳統(tǒng)補(bǔ)油方式下檢修人員需要從儲能筒、主閥、油箱處進(jìn)行注油，但該項(xiàng)工作需要在停電條件下方可進(jìn)行，且操作難度較大。

針對上述問題，本文研制出一種專門應(yīng)用于斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)的帶電注油裝置，在保障檢修人員人身及設(shè)備安全前提下，不結(jié)合開關(guān)停電就能進(jìn)行液壓系統(tǒng)的注油工作，從而將可靠解決斷路器液壓機(jī)構(gòu)滲漏油導(dǎo)致油位不足的嚴(yán)重問題，如此便能夠大大保障供電可靠性，縮短故障處理時(shí)間，提高工作效率，節(jié)省大量人力物力資源。

1 注油裝置設(shè)計(jì)原理

為解決斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)在長期運(yùn)行過程中可能發(fā)生液壓油滲漏以及產(chǎn)生一定的雜質(zhì)、水分的問題，需研制一套可以帶電注油，并具備油循環(huán)過濾的裝置，該裝置的設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)如下[8]：（1）具有帶電注油功能，注油速率可調(diào)，注油總量可控；（2）具有與液壓機(jī)構(gòu)同步循環(huán)過濾、加熱、除水、脫氣等功能；（3）電氣控制系統(tǒng)采用觸摸屏加PLC模式的全自動控制；（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測、讀取和調(diào)整壓力、流量、溫度等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，配備壓力異常等報(bào)警后停機(jī)功能。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)和方案，本文研制的注油裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 注油裝置主要技術(shù)參數(shù)

如圖1所示，該注油裝置結(jié)構(gòu)上主要由專用接頭、油泵、儲油箱、電加熱器、高效過濾器、真空泵、伺服器、伺服電機(jī)、電磁閥組、自密封連接管路及各類精密傳感器組成，裝置的進(jìn)出油管以專用接頭的形式與斷路器液壓機(jī)構(gòu)注油閥相連接，通過采用PLC控制技術(shù)，具備自動儲油、注油、循環(huán)濾油、加熱脫氣等一體化功能。

圖1 注油裝置結(jié)構(gòu)原理

2 重要系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 注油系統(tǒng)

注油系統(tǒng)選用MACXI的可調(diào)式注油泵，該泵采用24 V無刷直流電機(jī)、體積小、重量輕、噪聲低、流量控制精度高。同時(shí)因磁力泵沒有連接軸，可確保不產(chǎn)生連接軸密封處的滲漏。

考慮到注油系統(tǒng)對密封性及可靠性要求較高，其油路中的PU管路、管卡、轉(zhuǎn)角插接、直接快換接頭均將選用法國LEGRIS的部件。系統(tǒng)中的電磁閥、壓力傳感器將采用德國Festo產(chǎn)品，流量傳感器則采用美國GEMS的產(chǎn)品，這兩類傳感器均具有體積小、精度高的特點(diǎn)，可通過PLC技術(shù)實(shí)時(shí)讀取壓力數(shù)值。

2.2 控制系統(tǒng)

圖2所示為裝置的電氣控制系統(tǒng)框圖，該電氣控制系統(tǒng)選用西門子的Smart 700IE V3觸摸屏，西門子的S7-200Smart PLC、PLCEMM06模擬量模塊組成。

圖2 電氣控制系統(tǒng)

整套控制裝置將通過觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制裝置運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)整裝置運(yùn)行參數(shù)，包括實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前注油流量、壓力、真空度、儲油罐液位、溫度、注油總量和時(shí)間等參數(shù)，具備超壓報(bào)警等保護(hù)功能。

2.3 加熱及過濾系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)采用西門子溫度變送器配備JUMO的溫度傳感器，該方案控制精度高，可控性好?？紤]到需降低液壓油中微水含量，在具體實(shí)施中采用加熱與真空除水聯(lián)合使用，可取得更好的效果。

由于液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒主要在1～3μm范圍，過濾系統(tǒng)可選用美國頗爾濾芯，該過濾器整體為不銹鋼材質(zhì)，體積較小，過濾精度高達(dá)1μm，并在過濾器中根據(jù)需要設(shè)置壓差報(bào)警裝置，當(dāng)濾芯壓差達(dá)到規(guī)定值時(shí)，發(fā)出信號顯示濾芯堵塞失效，并及時(shí)停機(jī)。

2.4 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)選用日本ULAC的真空泵，該泵體積小、重量輕、噪聲低，極限真空度達(dá)1.7 Pa，抽氣速率為10 L∕min。結(jié)合采用的Festo真空度傳感器，具有真空度自動監(jiān)測及保持功能，可滿足無氣泡現(xiàn)場帶電注油需求。

3 注油裝置的功能特點(diǎn)

總結(jié)起來，該注油裝置具備以下功能特點(diǎn)。

（1）裝置在工作時(shí)會自動儲油，儲油箱儲至設(shè)定值即自動停止儲油，隨之進(jìn)行自動注油，儲油箱內(nèi)油量不足時(shí)裝置將再次啟動儲油，如此直至斷路器中油位合格后可停止注油，整個儲油和注油過程均在系統(tǒng)控制下自動完成。

（2）通過選用MACXI的可調(diào)式注油泵，注油方式可根據(jù)實(shí)際需求準(zhǔn)確設(shè)置定量注油，期間可隨時(shí)調(diào)整注油流速，注油速率為0.5~6 L∕min可調(diào)，確保了注油過程中注油總量和實(shí)時(shí)流速精確可控。

（3）針對電氣控制部分，開發(fā)了專用人機(jī)界面，裝置的所有運(yùn)行參數(shù)都將在主界面上實(shí)時(shí)顯示，此外各類告警和設(shè)置參數(shù)均可在子界面上直接調(diào)整或讀取，同時(shí)還可繪制流量曲線，裝置運(yùn)行狀態(tài)頗為清晰。

（4）裝置具有超壓保護(hù)等功能，注油壓力超出預(yù)先設(shè)定壓力時(shí)，裝置將自動停止工作，以保護(hù)因壓力過高而對斷路器或裝置本身造成損壞。

（5）內(nèi)部油路連接管件采用航空液壓技術(shù)生產(chǎn)的快速式接頭，密封面為金屬球面連接方式，取消了易老化的密封件，整個管路連接既簡單靈活又安全可靠，使用壽命長，耐腐性好。

（6）其過濾器上的濾殼為卡裝式不銹鋼濾殼，濾芯固定在濾殼的上端蓋，結(jié)構(gòu)小巧，便于濾芯更換。采用的漸變孔徑濾材可分層次阻截不同粒度顆粒，大大提高了納污和過濾精度。

（7）裝置儲油箱內(nèi)設(shè)置有功率為100 W的間接螺旋加熱器，可對待注油品進(jìn)行自動恒溫加熱，從而更好地去除油品中殘留微水和氣泡。

（8）具有一定條件下與液壓機(jī)構(gòu)同步循環(huán)、脫氣、過濾、除水功能。

圖3所示為研制的注油裝置實(shí)物圖，總體來看該裝置該機(jī)體積小，性能可靠、操作方便，圖4所示為所開發(fā)的人機(jī)界面。

圖3 帶電注油裝置實(shí)物

圖4 人機(jī)界面

4 注油裝置的應(yīng)用與成效

該斷路器液壓機(jī)構(gòu)帶電注油裝置在保障檢修人員人身及設(shè)備安全的前提下，無需停電就能夠進(jìn)行液壓系統(tǒng)補(bǔ)油工作，從而在技術(shù)裝備層面有效解決了滲漏油導(dǎo)致斷路器油位不足的嚴(yán)重問題。

應(yīng)用案例：在某220 kV變電站內(nèi)，檢修人員運(yùn)用該新型裝置對一臺西門子3AQ1EG型液壓機(jī)構(gòu)斷路器進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。該斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)，油壓正常，但由于排氣裝置缺陷導(dǎo)致液壓機(jī)構(gòu)滲漏油后，通過油箱中油位觀察窗發(fā)現(xiàn)油位已明顯不足。檢修人員首先對機(jī)構(gòu)內(nèi)故障部件進(jìn)行更換后，滲漏油情況已消除，但還需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油，否則將嚴(yán)重影響斷路器正常運(yùn)行?，F(xiàn)場應(yīng)用情況如圖5所示，運(yùn)用專用接頭將液壓機(jī)構(gòu)與注油裝置電磁閥相連后，通過在人機(jī)界面中設(shè)置合適的注油流速、注油總量等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，選定注油模式即可全自動進(jìn)行不停電補(bǔ)油。注油過程中各參數(shù)處在自動監(jiān)測中，補(bǔ)油完畢后斷路器油箱中油量達(dá)到正常值，同時(shí)由于在注油過程中對新注入油品的水分、雜質(zhì)、溫度均進(jìn)行了嚴(yán)格控制，液壓系統(tǒng)處在較好循環(huán)狀態(tài)，斷路器可穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

圖5 現(xiàn)場應(yīng)用

可以發(fā)現(xiàn)，該過程中作業(yè)人員距離帶電部位距離始終較遠(yuǎn)，無需登高，操作方便，整個注油過程僅需15 min左右，極大提高了作業(yè)效率和安全性，可大幅降低對作業(yè)人員技能水平的考驗(yàn)和復(fù)雜工器具的依賴性。

應(yīng)用成效：新裝置只需要2人在斷路器不停電的情況下，便能將液壓油注入到設(shè)備中。相較于以往的注油方式，新裝置節(jié)約了斷路器的停送電時(shí)間2.5 h及登高后在油箱處進(jìn)行直接注油的0.5 h，節(jié)約時(shí)長91.67%。按一條220 kV線路50 MW的線負(fù)荷，以及0.65元∕（kW·h）左右的工業(yè)用電電價(jià)計(jì)算，單次作業(yè)可節(jié)約負(fù)荷價(jià)值約為9.75萬元。

5 結(jié)束語

本文研制出了一種斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)帶電注油裝置，其具有自動儲油、注油、循環(huán)過濾功能，能有效控制液壓油中雜質(zhì)、水分?，F(xiàn)場實(shí)踐表明，該裝置在保障作業(yè)人員人身及設(shè)備安全前提下，有效解決了由于液壓機(jī)構(gòu)滲漏油導(dǎo)致斷路器油位不足無法正常運(yùn)行的技術(shù)問題。此外，該裝置結(jié)構(gòu)靈活、性能可靠、操作方便，實(shí)際運(yùn)用時(shí)無需依賴其他輔助工具，只需兩人就可輕松完成帶電注油工作，大大降低了勞動強(qiáng)度和工作難度，可廣泛適用于電力系統(tǒng)中各類型斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)。預(yù)計(jì)推廣使用后，每年可帶來超過百萬元的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的應(yīng)用前景。