一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析

梁旭日 麻震爍 李冰玉 李弘文 安立明

一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析

梁旭日1麻震爍1李冰玉1李弘文1安立明2

（1. 國網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司，北京 102488；2. 北京電力設(shè)備總廠有限公司，北京 102488）

針對一起某特高壓變電站500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障，對該異常情況進(jìn)行詳細(xì)分析，判定為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障導(dǎo)致油壓降低。通過解體找到滲漏點(diǎn)并最終查明是由于金屬異物導(dǎo)致的滲漏；對金屬異物進(jìn)行化學(xué)成分分析，通過對比機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件金屬材料得出金屬異物的來源；最后總結(jié)液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見故障及處理方法，為現(xiàn)場故障處理提供參考。

高壓斷路器；液壓彈簧機(jī)構(gòu)；油壓低閉鎖；金屬異物

0 引言

高壓斷路器在不同電壓等級的變電站內(nèi)都是重要的開關(guān)設(shè)備，可以根據(jù)調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行線路及電氣設(shè)備的靈活投切，也可以在規(guī)定時間內(nèi)將電網(wǎng)故障快速切除，高壓斷路器的非正常分合會導(dǎo)致國民經(jīng)濟(jì)的巨大損失[1-6]，電力系統(tǒng)的電能輸送、穩(wěn)定運(yùn)行等直接受高壓斷路器是否可靠運(yùn)行的影響[7-8]。

目前，500kV及以上電壓等級的高壓斷路器主要是液壓彈簧機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的傳動載體和儲能組件分別為液壓油和碟形彈簧[9-10]。液壓彈簧機(jī)構(gòu)具有占地面積小、動作特性平穩(wěn)、儲存能量大等特點(diǎn)，但是該機(jī)構(gòu)時常發(fā)生滲漏油[11]，內(nèi)滲和外滲是該機(jī)構(gòu)滲漏油的兩種方式[12-13]。

針對一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低導(dǎo)致斷路器分合閘閉鎖的故障，首先，簡述故障發(fā)生時5052斷路器異常信號概況；然后，對現(xiàn)場異常情況進(jìn)行分析，初步判定為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障導(dǎo)致油壓降低，隨后通過解體分析發(fā)現(xiàn)，在一級閥的閥口存在金屬異物，此金屬異物引起5052斷路器C相機(jī)構(gòu)不建壓；最后，對金屬異物進(jìn)行化學(xué)成分分析，并對比機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件金屬材料，得出此金屬異物來源于因螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良而在緊固時產(chǎn)生的毛刺，并總結(jié)常見液壓彈簧機(jī)構(gòu)故障及處理方法，為現(xiàn)場故障處理提供參考。

1 故障異常簡況

2020年7月21日21:17，某特高壓變電站5052斷路器合閘送電后，后臺監(jiān)控機(jī)于21:17:8發(fā)出“油泵啟動”，21:17:9發(fā)出“重合閘O-C-O閉鎖”，21:17:51發(fā)出“合閘閉鎖”，21:18:27發(fā)出“分、合閘閉鎖”，21:20:8發(fā)出“油泵打壓超時，未儲能”等信號。21:25，檢修人員到達(dá)事故現(xiàn)場并檢查分析。

2 現(xiàn)場檢修分析

2.1 現(xiàn)場檢查

5052斷路器是一臺額定電壓為550kV的某型號復(fù)合式組合電器（hybrid gas insulated switchgear, HGIS），2019年6月12日出廠，2019年11月27日投運(yùn)使用，采用液壓彈簧機(jī)構(gòu)，分相操作。5052斷路器參數(shù)見表1。

表1 5052斷路器參數(shù)

首先檢查5052斷路器C相機(jī)構(gòu)油路外觀部分，未發(fā)現(xiàn)液壓油滲漏跡象；檢查5052斷路器C相機(jī)構(gòu)儲能，斷路器儲能模塊運(yùn)行正常，但壓力不能保持，斷開油泵打壓電源后油壓迅速下降，儲能過程中聽見機(jī)構(gòu)內(nèi)部存在內(nèi)滲聲音，初步懷疑為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障。

2.2 內(nèi)部故障位置初步分析

5052斷路器是使用國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的某型號彈簧液壓機(jī)構(gòu)，該液壓機(jī)構(gòu)投運(yùn)前分閘狀態(tài)正常，合閘狀態(tài)下出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計原理進(jìn)行如下分析：儲能模塊、泄壓模塊、油泵單元模塊均為分合閘共用模塊，由于只在合閘狀態(tài)下滲漏，可首先排除以上元件滲漏可能，僅與合閘狀態(tài)滲漏相關(guān)的元件為控制模塊，因此初步判斷為控制模塊密封不嚴(yán)導(dǎo)致的滲漏。

2.3 解體分析

為確定造成5052斷路器C相液壓彈簧機(jī)構(gòu)油壓低分合閘閉鎖故障的原因，檢修人員和設(shè)備廠家相關(guān)技術(shù)專家對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆卸解體，并進(jìn)行分析和討論。具體解體步驟如下：

1）將油箱蓋打開，電機(jī)通電，觀察油箱中液壓油滲漏點(diǎn)，確認(rèn)為控制閥位置滲漏，滲漏位置如圖1所示。

圖1 滲漏位置

2）對控制閥裝配中可能異常的元件一級閥，用合格的一級閥調(diào)換，進(jìn)行建壓試驗驗證。更換主分一級閥后，可正常建立油壓，保壓30min無滲漏，建壓試驗如圖2所示。

圖2 建壓試驗

3）解體檢查主分一級閥，發(fā)現(xiàn)在閥口位置有一個長度16mm、寬度0.1mm左右的絲狀金屬異物如圖3所示，該金屬異物是導(dǎo)致內(nèi)漏的原因。

圖3 金屬異物

3 金屬異物來源分析

對金屬異物采樣并進(jìn)行化學(xué)成分分析，得出金屬異物的主要化學(xué)成分為Fe、Ni、Zn、Cr，為合金鋼類。金屬異物樣本如圖4所示，其元素分析見表2。

圖4 金屬異物樣本

表2 金屬異物元素分析 單位: %

液壓機(jī)構(gòu)零部件使用的金屬材料分別有：45號鋼、QAL10—3—1.5R鋁青銅、7A04鋁棒、06Cr19Ni10不銹鋼板、35CrMo圓鋼、ZL101A鑄鋁硅合金、20號冷拉六角鋼、20Cr13圓鋼、GCr15圓鋼、Q195鋼板、06Cr19Ni10六角鋼、碳素彈簧鋼絲、HPb59—1鉛黃銅、40Cr圓鋼、35號鋼等。

1）金屬異物為鋼鐵類材料，液壓元件為滲鋅、鍍鋅表面處理工藝，化學(xué)成分測試時會引入C、O、Zn元素，不對C、O、Zn元素做進(jìn)一步分析。

2）一級閥結(jié)構(gòu)如圖5所示。一級閥閥座等液壓元件均采用合金鋼材，化學(xué)成分中含F(xiàn)e、Ni、Cr，與金屬異物成分相近，分析一級閥可能產(chǎn)生異物的位置有兩處，一是裝配時可能會擠出金屬異物（見圖5中位置1），二是螺紋緊固時可能會擠出金屬異物（見圖5中位置2）。

對圖5中兩個位置進(jìn)行排查，位置1未發(fā)現(xiàn)異常，位置2發(fā)現(xiàn)一級閥閥座上螺紋孔一側(cè)明顯磨損發(fā)亮，由此得出金屬異物是由于螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良，在緊固時擠出了毛刺。

4 故障處理方法

4.1 本次故障處理方法

根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計原理、建壓試驗、解體分析情況，得出螺母在擰入一級閥閥座過程中產(chǎn)生了毛刺的結(jié)論，該毛刺在液壓機(jī)構(gòu)操作時隨液壓油運(yùn)動到閥口位置，導(dǎo)致主分閘一級閥閥口密封不嚴(yán)，合閘后，5052斷路器C相液壓機(jī)構(gòu)發(fā)生內(nèi)部泄漏。

圖5 一級閥結(jié)構(gòu)

檢修人員在設(shè)備廠家的配合下用經(jīng)檢驗、試驗合格的控制閥替換損壞的控制閥，并進(jìn)行特性試驗和密封試驗，試驗均合格，7月24日完成送電。

4.2 常見故障原因及處理方法

日常檢修及處缺工作中總結(jié)了液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見的故障現(xiàn)象，分析可能原因并提出了相應(yīng)故障處理方法見表3。

表3 液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見故障及處理方法

（續(xù)表3）

5 結(jié)論

針對一起液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障，通過現(xiàn)場檢查、解體分析及金屬異物來源分析，認(rèn)定機(jī)構(gòu)螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良，導(dǎo)致緊固時產(chǎn)生金屬異物，操作時隨液壓油運(yùn)動到閥口位置，引發(fā)機(jī)構(gòu)內(nèi)部泄漏異常。據(jù)此，建議制造廠家切實(shí)加強(qiáng)螺母、一級閥座的制造工藝，運(yùn)行人員加強(qiáng)同型號設(shè)備的巡檢，結(jié)合停電計劃抽檢同類型設(shè)備，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

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Fault analysis on low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker

11112

(1. Ultra High Voltage Branch of State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd, Beijing 102488;2. Beijing Power Equipment General Factory Co., Ltd, Beijing 102488)

In view of a fault of low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker in an extra-high voltage (UHV) substation, by analyzing this abnormal condition in detail, it is determined that the internal fault of the mechanism leads to the decrease of oil pressure. By analyzing chemical composition of metal foreign body and comparing the metal materials of parts and components in the mechanism, the source of metal foreign body is found. The common faults of hydraulic spring mechanism and their treatment methods are put forward to provide preference for on-site fault treatment.

high-voltage circuit breaker; hydraulic spring mechanism; low oil pressure locking; metal foreign body

2022-05-17

2022-06-27

梁旭日（1993—），男，北京人，碩士，助理工程師，從事高壓電氣設(shè)備斷路器和隔離開關(guān)檢修工作。