變電站液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器故障分析與建議

聞煜峰，王耀升，徐東輝，聞芷馨，沈培棟

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314100）

液壓及液壓碟簧操作機(jī)構(gòu)，因其具有動(dòng)作快、反應(yīng)靈敏、輸出功大、免運(yùn)行維護(hù)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是斷路器中應(yīng)用最廣泛的操作機(jī)構(gòu)之一。在液壓碟簧操作機(jī)構(gòu)中，液壓油是傳動(dòng)介質(zhì)、碟簧是儲(chǔ)能元件，它的機(jī)械特性受溫度的影響較小，而且在更加簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)下也易獲得高壓力的操作功率。在工作油缸與高油壓儲(chǔ)能活塞之間的不斷的能量傳輸中快速實(shí)現(xiàn)操作機(jī)構(gòu)的分合閘操作[1]。

近期，斷路器中液壓及液壓碟簧操作機(jī)構(gòu)故障問題頻發(fā)，為做好設(shè)備管理與隱患排查，開展對(duì)故障的統(tǒng)計(jì)與分析。

1 概況描述

對(duì)某地市供電公司現(xiàn)有110 kV 及以上的液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有240 臺(tái)，其中220 kV 206 臺(tái)，占比85.83%，110 kV 34 臺(tái)，占比14.17%，如表1 所示。

表1 某供電公司110 kV 及以上液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器在運(yùn)情況

以儲(chǔ)能方式統(tǒng)計(jì)，206 臺(tái) 220 kV 斷路器中液壓機(jī)構(gòu)斷路器68 臺(tái)，占比33.01%，液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器138 臺(tái)，占比66.99%。

34 臺(tái)110 kV 斷路器均為液壓碟簧機(jī)構(gòu)。

以型號(hào)統(tǒng)計(jì)，220 kV 液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器型號(hào)如表2 所示。

表2 220 kV 液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器型號(hào)

其中133 臺(tái)為3AQ 系列開關(guān)，占比64.56%，14 臺(tái)ZF11 開關(guān)，占比6.80%，19 臺(tái)LWG9 開關(guān)，占比9.22%，22 臺(tái)LW30、ZF16、LW58 開關(guān)，占比10.68%，7 臺(tái)ZF6A 開關(guān)，占比3.40%，11 臺(tái)ZFW43 開關(guān)，占比5.34%。

110 kV 斷路器液壓碟簧機(jī)構(gòu)共34 臺(tái)，其中28臺(tái)ZF23 開關(guān)，占比82.35%，6 臺(tái)EKL-04 開關(guān)，占比17.64%。

以投運(yùn)年限統(tǒng)計(jì)，在全部液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器中，投運(yùn)時(shí)間5 年內(nèi)為28 臺(tái)，占比11.66%，投運(yùn)時(shí)間6～10 年為46 臺(tái)，占比19.17%，投運(yùn)時(shí)間11～15 年為58 臺(tái)，占比24.17%，投運(yùn)時(shí)間16～20 年的為93 臺(tái)，占比38.75%，投運(yùn)超20 年的為15 臺(tái)，占比6.25%。

該供電公司液壓及及液壓碟簧機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)行年限10 年以上的占69.17%，整體運(yùn)行年限較長(zhǎng)，運(yùn)維巡視應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)行年限長(zhǎng)的斷路器健康狀況。

2 斷路器液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)缺陷情況分析

2.1 3AQ 系列開關(guān)異常情況分析

2021 年1 月-2022 年8 月，該供電公司發(fā)生3AQ 系列開關(guān)機(jī)構(gòu)缺陷13 起，如表3 所示。

表3 2021 年1 月—2022 年8 月開關(guān)缺陷情況

以缺陷處理情況分類，通過拉合控制開關(guān)、儲(chǔ)能開關(guān)及復(fù)歸繼電器后復(fù)歸的缺陷有4 起，占比31%；排氣后打壓正常的缺陷有6 起，占比46%；更換K15 繼電器后消缺的有2 起，占比15%；出現(xiàn)滲漏油，更換低壓油管后消缺的有1 起，占比8%。

可以看出3AQ 系列開關(guān)機(jī)構(gòu)異常主要因油泵打壓產(chǎn)生氣體在低壓油管聚集造成，須要定時(shí)排氣以保證正常打壓。

2.2 液壓機(jī)構(gòu)缺陷案例分析

2.2.1 某2433 線開關(guān)無法合閘

某2433 線開關(guān)，2006 年1 月25 日投運(yùn)。

2022 年5 月21 日，某2433 線開關(guān)進(jìn)行常規(guī)C 檢，在做合閘防跳功能檢查時(shí)，開關(guān)重復(fù)合分閘2 次后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)液壓機(jī)構(gòu)已無法建壓，開關(guān)油壓低閉鎖分合閘。

檢查后初步判斷A 相主閥故障?，F(xiàn)場(chǎng)拆下A 相主閥，并進(jìn)行解體檢查。對(duì)主閥進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)：一級(jí)分閘閥中內(nèi)部有鋼絲，鋼絲一端卡在彈簧內(nèi)部，另一端在閥球與閥體密封面之間，致使閥球無法將A 相分閘一級(jí)閥可靠閉合，分閘頂桿無法復(fù)位，導(dǎo)致A 相合閘后立即分閘。

液壓機(jī)構(gòu)在合閘位置時(shí)，接收到分閘指令，分閘線圈作用于分閘杠桿，分閘杠桿作用分閘頂桿頂開分閘閥球，由此打通原來封閉的承壓油至無壓油箱的油路（分閘閥的閥球與主閥的閥活塞之間，主閥關(guān)閉了承壓的一側(cè)，由此打通了液壓缸A 中差動(dòng)活塞的合閘一側(cè)的承壓油至油箱的油。此時(shí)，承壓油只作用在差動(dòng)活塞的分閘一側(cè)，從而使開關(guān)分閘）。分閘閥球頂開后應(yīng)立即復(fù)位，現(xiàn)由于鋼絲卡在閥球與閥體密封面之間，閥球無法復(fù)位，因此承壓油一直與無壓油相通，導(dǎo)致開關(guān)無法保持合閘狀態(tài)，如圖1 所示。分析認(rèn)為開關(guān)設(shè)備出廠加工裝配時(shí)殘留了鋼絲，在分合閘過程中流動(dòng)變位至閥球與閥體密封面之間，使分閘一級(jí)閥始終處于打開位置，導(dǎo)致了開關(guān)合閘后立即分閘的隱患。

圖1 分閘閥內(nèi)部有鋼絲

要嚴(yán)格按照要求，對(duì)12 年以上斷路器開展機(jī)構(gòu)大修。對(duì)于110 kV 及220 kV 斷路器在檢修過程中認(rèn)真落實(shí)反措項(xiàng)目，仔細(xì)開展防跳功能檢查。對(duì)于隱蔽工程，要求廠家加工裝配時(shí)嚴(yán)格檢查是否有異物，規(guī)范作業(yè)。

2.2.2 某4Q26 開關(guān)N2 泄漏告警

2022 年6 月13 日，某4Q26 開關(guān)，2003 年投運(yùn)。

4Q26 開關(guān)出現(xiàn)N2 泄漏告警，現(xiàn)場(chǎng)檢查4Q26開關(guān)液壓壓力355 bar，達(dá)到N2 泄漏整定值，繼電器K14 綠燈亮，繼電器K15 綠燈不亮?，F(xiàn)場(chǎng)多次排氣后，N2 泄漏信號(hào)未復(fù)歸，拉開儲(chǔ)能空開電源F1，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在355 bar，排除排氣閥、安全閥、液壓儲(chǔ)壓筒漏氣的可能性?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信號(hào)復(fù)歸，將壓力泄壓至自動(dòng)起泵壓力320 bar，油泵重新打壓，大約2 min 后壓力升至355 bar，N2 泄漏閉鎖分閘1 中間繼電器K14 指示燈亮，油泵打壓中間繼電器K15并未切斷油泵，因此初步判斷故障為機(jī)械微動(dòng)開關(guān)B1 接點(diǎn)（16-17）粘連或者油泵打壓中間繼電器K15 粘連。現(xiàn)場(chǎng)人工觸發(fā)機(jī)械微動(dòng)開關(guān)B1 接點(diǎn)（16-17）可以正常復(fù)位，為進(jìn)一步判斷故障將B1微動(dòng)開關(guān)接線拆除，K15 電源指示燈依然顯示有電并處于導(dǎo)通狀態(tài)，油泵仍然打壓，最終判斷油泵打壓中間繼電器K15 內(nèi)部故障或者接點(diǎn)粘連，導(dǎo)致無法有效斷開油泵。將K15 更換后，重新整定時(shí)間3 s 并進(jìn)行打壓，故障消除。

液壓機(jī)構(gòu)斷路器打壓時(shí)，機(jī)械微動(dòng)開關(guān)B1 接點(diǎn)（16-17）導(dǎo)通，油泵打壓中間繼電器K15 勵(lì)磁導(dǎo)通，油泵打壓接觸器K9 導(dǎo)通，油泵開始打壓，將壓力由320 bar 打壓至正常壓力328 bar 時(shí)，根據(jù)圖2 微動(dòng)開關(guān)回路圖可知，B1 微動(dòng)開關(guān)將切斷油泵打壓中間繼電器K15 和油泵打壓接觸器K9，油泵停止打壓?，F(xiàn)場(chǎng)由于油泵打壓中間繼電器K15 故障，導(dǎo)致K15 始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，油泵無法有效斷開，將壓力由328 bar 瞬間打至355 bar，達(dá)到N2 泄漏整定值壓力，N2 泄漏閉鎖繼電器K81 動(dòng)作斷開繼電器K15 電源和油泵打壓回路，導(dǎo)致N2 泄漏閉鎖分閘1 中間繼電器K14 動(dòng)作，引起開關(guān)閉鎖。

圖2 微動(dòng)開關(guān)電氣圖

將故障繼電器送電科院系統(tǒng)所分析，繼電器外部旋鈕功能設(shè)置在12 擋（B1 觸發(fā)，失電延時(shí)），但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)繼電器無須B1 接點(diǎn)觸發(fā)，在得電狀態(tài)下即可導(dǎo)通接點(diǎn)（15-18）。解體發(fā)現(xiàn)繼電器內(nèi)部功能調(diào)整塑料連桿已與功能調(diào)整轉(zhuǎn)盤脫開，實(shí)際功能處于非正常擋位。初步懷疑該繼電器塑料連桿在裝配時(shí)已處于非正常狀態(tài)，長(zhǎng)期運(yùn)行后，在受熱和設(shè)備震動(dòng)影響下連桿脫開，設(shè)定的失電延時(shí)功能無法保持，引起內(nèi)部接點(diǎn)非正常導(dǎo)通。

2.3 液壓碟簧機(jī)構(gòu)缺陷案例分析

2.3.1 某變220 kV 母聯(lián)開關(guān)“匯控柜控制電源消失”

某變220 kV 母聯(lián)開關(guān)為2007 年12 月生產(chǎn)的斷路器，采用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)檢查開關(guān)儲(chǔ)能電源跳開，開關(guān)壓力及油位正常，C 相機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能回路故障，初步判斷為儲(chǔ)能回路元器件故障。申請(qǐng)停電后進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障，將電機(jī)拆除檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)發(fā)生匝間短路（如圖3 所示），更換電機(jī)備件后，開關(guān)恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖3 電機(jī)發(fā)生匝間短路部位

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)構(gòu)箱密封情況、加熱器工作情況進(jìn)行了相應(yīng)檢查，均工作正常且機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)境干燥，判斷為儲(chǔ)能電機(jī)在正常打壓過程中燒損，懷疑儲(chǔ)能電機(jī)存在老化或質(zhì)量問題，要求廠家盡快提交解體分析報(bào)告。

因歷史原因油泵啟動(dòng)信號(hào)未接入后臺(tái)，故現(xiàn)場(chǎng)無法獲得油泵的啟動(dòng)頻率進(jìn)而判斷液壓回路的狀態(tài)，給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢修和設(shè)備分析帶來不便，專業(yè)已協(xié)調(diào)自動(dòng)化及工區(qū)開展排查完善。

2.3.2 某2R04 線開關(guān)A 相機(jī)構(gòu)頻繁打壓

某2R04 線開關(guān)，液壓機(jī)構(gòu)型號(hào)：HMB4.3。

運(yùn)行人員在220 kV 連杭變巡視過程中發(fā)現(xiàn)2R04 線開關(guān)A 相機(jī)構(gòu)頻繁打壓（約1 min/次），查看開關(guān)儲(chǔ)能電源已斷開，A 相機(jī)構(gòu)已處于無壓狀態(tài)，恢復(fù)儲(chǔ)能電源后建壓困難，現(xiàn)場(chǎng)外部未見滲漏油，判斷為機(jī)構(gòu)高壓油路和低壓油路間存在滲漏點(diǎn)，導(dǎo)致壓力保持不住，引起頻繁打壓，初步判斷滲漏原因?yàn)楦琢鸦騼?nèi)部密封件損壞，廠家將原機(jī)構(gòu)運(yùn)回后封存解體[2-3]。

現(xiàn)場(chǎng)更換新機(jī)構(gòu)類HMB4 同款可替換機(jī)構(gòu)，行程230 mm，控制電源及儲(chǔ)能電源與原機(jī)構(gòu)一致?，F(xiàn)場(chǎng)考慮到輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的復(fù)雜性，為減少消缺時(shí)間，利舊原機(jī)構(gòu)的輔助開關(guān)。復(fù)裝新機(jī)構(gòu)后對(duì)開關(guān)進(jìn)行合分試驗(yàn)、特性試驗(yàn)、回阻試驗(yàn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)合格，遙控合分正常，如圖4 所示。

圖4 開關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)比圖

3 斷路器液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)油泵打壓信號(hào)完善

以上缺陷分析看出，液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)油泵啟動(dòng)信號(hào)能夠及時(shí)上傳可以為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢修和設(shè)備分析帶來很大便利，但因歷史原因，部分液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)油泵啟動(dòng)信號(hào)未接入后臺(tái)，無法監(jiān)視油泵啟動(dòng)頻率、判斷液壓回路狀態(tài)。

針對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)后臺(tái)已有油泵啟動(dòng)和打壓超時(shí)信號(hào)，但未上送主站情況，可能的原因有：（1）遠(yuǎn)動(dòng)未轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤造成信號(hào)上送異常；（2）遠(yuǎn)動(dòng)已轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)信號(hào)，但信息表中未包含。

依照排查結(jié)果開展不停電整改工作：針對(duì)原因（1）開展核查和更新信息表，安排廠家完善相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)主站的工作；針對(duì)原因（2）更新信息表并完成主站圖庫(kù)的完善工作。

針對(duì)液壓/液壓碟簧機(jī)構(gòu)上送光字不完整、不準(zhǔn)確的情況，根據(jù)設(shè)備型號(hào)、打壓方式出具重要信號(hào)參考清單，結(jié)合日常巡視開展排查，按照一站一案的方式結(jié)合檢修工作進(jìn)行信號(hào)完善，在整改完成前應(yīng)在巡視中作以下重點(diǎn)關(guān)注：（1）開關(guān)機(jī)構(gòu)未引出，須結(jié)合停電機(jī)會(huì)由機(jī)構(gòu)引出，接入測(cè)控裝置；（2）開關(guān)機(jī)構(gòu)的油泵啟動(dòng)信號(hào)已引出至匯控柜端子排，但未接入測(cè)控裝置，應(yīng)結(jié)合停電機(jī)會(huì)將匯控柜上三相油泵啟動(dòng)信號(hào)短接起來接入至測(cè)控。

后續(xù)新間隔擴(kuò)建驗(yàn)收中，出具信息點(diǎn)表時(shí)同步抄送兩級(jí)開關(guān)專業(yè)核對(duì)，驗(yàn)收單位應(yīng)關(guān)注是否已同步完善相應(yīng)重要信號(hào)。

4 設(shè)備管理提升措施

須加快后臺(tái)油泵啟動(dòng)、油泵打壓超時(shí)信號(hào)的完善，沒有整改前加強(qiáng)巡視；

加強(qiáng)對(duì)開關(guān)油泵啟動(dòng)情況的分析處置，優(yōu)化技術(shù)支撐手段，按周統(tǒng)計(jì)油泵啟動(dòng)復(fù)歸信息，對(duì)異常信息各單位要及時(shí)檢查反饋。

運(yùn)維巡視要點(diǎn)：（1）表計(jì)指示正常，壓力值正常；（2）機(jī)構(gòu)箱的密封防塵防水性能；（3）電器元件有無異味、 焦痕；（4）是否有滲漏油的現(xiàn)象；（5）是否有頻繁打壓情況。

加強(qiáng)異常設(shè)備運(yùn)行情況管控，密切跟蹤滲漏油缺陷發(fā)展趨勢(shì)，做好啟/停泵信號(hào)、打壓次數(shù)等數(shù)據(jù)記錄，加強(qiáng)打壓頻次的橫縱向?qū)Ρ确治?，完善?yīng)急預(yù)案，固化處置流程，及時(shí)安排停電計(jì)劃，避免設(shè)備臨停。

針對(duì)液壓機(jī)構(gòu)系統(tǒng)易積氣等問題，檢修過程中應(yīng)做好油路系統(tǒng)排氣工作。

加強(qiáng)存量異常監(jiān)測(cè)，及時(shí)消缺，對(duì)缺陷較多的液壓機(jī)構(gòu)，做備品準(zhǔn)備，做好輪換檢修規(guī)劃。

應(yīng)積極探索液壓機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)新技術(shù)，優(yōu)先開展油位在線監(jiān)測(cè)、碟簧壓力在線監(jiān)測(cè)等新技術(shù)試點(diǎn)應(yīng)用，強(qiáng)化液壓機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)管控。

5 結(jié)束語

液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)“油泵啟動(dòng)”信號(hào)只是告知信息，從傳統(tǒng)的電網(wǎng)監(jiān)控觀念只須統(tǒng)計(jì)，但實(shí)際運(yùn)行工作中對(duì)于提前發(fā)現(xiàn)分析液壓及液壓碟簧機(jī)構(gòu)缺陷趨勢(shì)有著關(guān)鍵作用，根據(jù)分析結(jié)果提出對(duì)設(shè)備的管理提升措施，減少故障事件的影響，為維持電網(wǎng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行起到一定作用。