一起500 kV斷路器液壓彈簧操作機構(gòu)頻繁打壓故障分析

摘 要：斷路器液壓彈簧操作機構(gòu)儲能故障易導致斷路器分合閘閉鎖、誤動、拒動，嚴重威脅電網(wǎng)安全。鑒于此，針對一起500 kV斷路器分閘狀態(tài)下頻繁打壓故障，通過對液壓彈簧操作機構(gòu)儲能及動作原理的深入分析，并結(jié)合實際故障現(xiàn)象進行評估處理，綜合判定故障原因為操作桿端部、換向閥左側(cè)（相對分閘位）或合閘電磁閥閥芯內(nèi)漏。同時對類似故障的發(fā)現(xiàn)與防范提出了幾點建議，在現(xiàn)場檢修工作中具有理論與經(jīng)驗借鑒意義。

關(guān)鍵詞：液壓彈簧操作機構(gòu)；分閘；頻繁打壓；內(nèi)漏；防范

中圖分類號：TM561" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0019-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.005

0" " 引言

液壓彈簧操作機構(gòu)瞬時輸出動能大、動作短平快、噪聲持續(xù)時間短，因而在大電流、高壓斷路器中使用越來越廣泛。瑞士ABB生產(chǎn)的HMB-4/-8型液壓彈簧操作機構(gòu)為該類產(chǎn)品的典型代表，其采用高度集成的模塊化設計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、無外置管路、可靠性高、維護量小等特點，市占率較高。

高壓斷路器用于配合電網(wǎng)運行方式調(diào)整，可靈活投切線路與設備，是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設備[1]。對于單元制機組的水電站，相關(guān)開關(guān)故障將直接導致機組電量無法外送，造成巨大經(jīng)濟損失。

因此，運維人員掌握其結(jié)構(gòu)原理及常見故障分析與應急處理能力至關(guān)重要。

1" " 故障案例概述

某水電廠500 kV開關(guān)站為4/3主接線，500 kV開關(guān)操作機構(gòu)型號為ABB HMB-8型。2021年12月—2022年3月機組大修期間，500 kV 3號主變5024開關(guān)處于合環(huán)運行狀態(tài)，機組啟動試驗期間申請開關(guān)停電檢修，開展本體檢查、傳動試驗及相關(guān)預防性試驗，試驗結(jié)果無異常。

檢修工作結(jié)束后因機組涉網(wǎng)試驗工作，開關(guān)恢復至冷備用狀態(tài)，其間監(jiān)控頻繁報“500 kV 3號主變5024開關(guān)B相油泵運行” “500 kV 3號主變5024開關(guān)B相油泵運行-復歸”，平均報警間隔190 min，平均報警復歸間隔2～3 s。

2" " 原因分析查找

2.1" " 機構(gòu)動作原理

該型液壓彈簧操作機構(gòu)巧妙地將碟簧的機械式儲能與液壓式的驅(qū)動和控制整合于一體，主要由打壓模塊、儲能模塊、工作模塊、控制模塊、監(jiān)測模塊組成[2]，其總體構(gòu)造如圖1所示。

1）儲能路徑：儲能電機帶動打壓柱塞泵將低壓油腔油注入高壓油腔，油液推動儲能活塞壓縮碟簧，碟簧壓縮到位后行程開關(guān)動作切斷儲能電源，儲能完成。

2）合閘傳動路徑：合閘電磁閥（前級換向閥）導通后，高壓油進入換向閥活塞上方，推動換向閥向右移動，徹底打開高壓油腔與工作腔的通道，換向閥動作到位后，切斷工作腔與低壓油腔的通道。工作腔與高壓油腔達到平壓狀態(tài)，因操作桿端部高壓油腔側(cè)面積小于工作腔側(cè)面積，依據(jù)公式F=PS可知操作桿工作腔側(cè)受力大于高壓油腔側(cè)[3]，該壓力差使操作桿向前推進至合閘位，同時提供合閘保持壓力。

3）分閘傳動路徑：斷路器處于閉合狀態(tài)時，高壓油充滿高壓油腔和工作腔，當分閘電磁閥（即初級換向閥）啟動后，高壓油流入換向閥，促使其向左側(cè)移動，隨著換向閥的位移，工作腔與低壓油腔之間導通，工作腔進行壓力釋放；換向閥完成其預定動作，切斷高壓油腔與低壓油腔之間的通道，此時，高壓油腔中的高壓油將推動操作桿移動至分閘位置，并通過壓力差確保斷路器保持在分閘狀態(tài)。

2.2" " 停電排查

現(xiàn)場查看5024斷路器液壓機構(gòu)歷史打壓次數(shù)，并查閱本次檢修打壓時間試驗數(shù)據(jù)，通過油泵動作次數(shù)及開關(guān)動作次數(shù)可明顯看出B相較A、C相的確存在啟動次數(shù)偏多問題（表1），而本次檢修后轉(zhuǎn)冷備用時間不超過一天，總啟動次數(shù)明顯較高，判斷設備應出現(xiàn)該故障較長時間。咨詢相關(guān)專業(yè)人員后得知，該操作機構(gòu)往年出現(xiàn)過頻繁打壓問題，在多次分合后恢復正常，合閘狀態(tài)下并未發(fā)現(xiàn)異常。另外，B相液壓機構(gòu)零起打壓耗時與A、C相基本一致，分閘、合閘補壓耗時略高于A、C相，與歷史數(shù)據(jù)對比無明顯變化，如表1所示。

開蓋對操作機構(gòu)進行外觀檢查，機構(gòu)表面清潔，分合閘電磁閥、換向閥等易滲油部位均未發(fā)現(xiàn)滲漏情況，通過油位觀察窗查看油位滿足運行規(guī)定，微開排氣閥，無氣體排出。

手動泄壓過程中對儲能行程開關(guān)各儲能輔助節(jié)點進行逐一排查，各節(jié)點位置正確，零起打壓過程中監(jiān)測各節(jié)點狀態(tài)均正常切換。同時，結(jié)合本次故障中油泵啟動時間間隔具有較強規(guī)律性，單次啟動打壓時間固定在2～3 s分析，可排除二次端子松動或接觸不良等故障，因為此類故障在振動時會出現(xiàn)狀態(tài)變化或不定時隨機恢復，一般無規(guī)律性可言。二次回路導致故障產(chǎn)生的可能性基本排除。

泄壓后手動按壓分合閘電磁閥閥芯，對閥芯進行檢查，多次按壓閥芯均能準確可靠復位，且動作靈活，無生澀感，可進一步排除閥芯卡澀無法準確復位導致內(nèi)泄的可能性。

全面檢查結(jié)束后，對斷路器上電進行多次分合操作，操作過程中油液的充分流動，利于油中氣泡的排出，同時活塞、換向閥閥芯位置的反復變化，可對管路及腔體表面進行沖洗潤滑，對于雜質(zhì)或閥芯長時間不動作產(chǎn)生的輕微卡澀內(nèi)泄具有一定的改善作用。多次分合操作后冷備用狀態(tài)下觀察液壓機構(gòu)油泵啟動次數(shù)未發(fā)生變化。

2.3" " 初步結(jié)論

結(jié)合上述排查結(jié)果，并向運維人員咨詢歷史運行工況，綜合判定故障原因可能為操作桿端部、換向閥左側(cè)（相對分閘位）或合閘電磁閥閥芯內(nèi)泄。由工作機理分析合閘狀態(tài)下機構(gòu)無異常，可排除分閘電磁閥1、分閘電磁閥2、儲能活塞、換向閥右側(cè)（相對合閘位）、手動泄壓閥、柱塞泵內(nèi)泄的可能性，合閘儲能狀態(tài)下?lián)Q向閥閥芯位置及液壓油分布情況如圖2所示，分閘儲能狀態(tài)下可能發(fā)生內(nèi)泄部位及油液泄漏方向如圖3所示。

導致這些部位產(chǎn)生內(nèi)泄的可能性主要有：

1）安裝或制造工藝不達標，操作桿相對工作腔存在不平行、不同心問題，導致產(chǎn)生傾斜與偏磨[4]；

2）缸體內(nèi)部存在細微劃痕或裂縫，為高壓油液泄漏提供了通道；

3）密封老化、彈力不足，移位，部分缺失或變形等缺陷[5]；

4）油液中存在雜質(zhì)，污染密封面或?qū)е聯(lián)Q向閥卡澀[6]。

3" " 評估處理

廠家技術(shù)文件要求中對斷路器無操作情況下油泵啟動和內(nèi)部泄漏的檢查做出了明確規(guī)定，油泵每天啟動10次是允許的；當每日啟動次數(shù)大于10次，則需進一步加強機構(gòu)運行監(jiān)視；如果啟動次數(shù)超過20次，則需通知廠家[7]。5024斷路器B相日均啟動7～8次，滿足廠家技術(shù)要求。為進一步評估機構(gòu)健康狀態(tài)，按照廠家規(guī)定對分閘狀態(tài)下機構(gòu)密封進行了測試（合閘位無異常未開展），儲能完成后立即斷開儲能電源，并量取彈簧壓縮行程，24 h后再次量取彈簧壓縮行程，計算得到彈簧壓縮釋放量為14 mm，滿足廠家24 h內(nèi)彈簧行程變化量不大于30 mm的規(guī)定，如圖4所示。

開關(guān)液壓機構(gòu)啟動次數(shù)及密封性檢查結(jié)果均未超出廠家技術(shù)標準要求，綜合考慮機構(gòu)處理耗時及本臺機組檢修工期要求，決定先行投運，若無異常，則擇機再開展檢修處理。機構(gòu)投運后長時間處于運行狀態(tài)，其間未發(fā)生頻繁補壓的情況，運行可靠。

4" " 總結(jié)及建議

在高壓斷路器常見故障中，液壓彈簧操作機構(gòu)的問題占據(jù)較大比例，保障其可靠運行成為維持電網(wǎng)安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵任務之一。根據(jù)筆者多年的運行維護經(jīng)驗，對其故障預控提出以下幾點建議：

1）定期檢查油位并觀察油液狀態(tài)，必要時建議定期對液壓航空油進行過濾更換；

2）斷路器分合過程中機構(gòu)會產(chǎn)生巨大振動，螺絲及內(nèi)部插拔極易發(fā)生松動，應定期進行緊固檢查；

3）對攜動塊和防扭塊定期進行潤滑，檢查輔助開關(guān)觸頭表面燒蝕情況[8]，必要時進行更換；

4）按規(guī)程定期開展預防性試驗，記錄各操作狀態(tài)下儲能時間，與歷史數(shù)據(jù)比對偏差時長，當偏差大于15%時應引起注意，及時排查；

5）加強專業(yè)巡視，定期記錄儲能動作次數(shù)、開關(guān)動作次數(shù)等數(shù)據(jù)，開展對比分析；

6）加裝斷路器在線監(jiān)測裝置[9]，實時監(jiān)測機構(gòu)運行情況。

不同斷路器的操作機構(gòu)設計會存在不同差別，但作為專業(yè)運維人員應進一步加強對其工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及技術(shù)文件的學習，為故障發(fā)生時及時有效開展排查分析提供理論支持。

[參考文獻]

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收稿日期：2024-10-31

作者簡介：劉曉龍（1989—），男，云南楚雄人，工程師，主要從事高壓電氣設備檢修、試驗工作。