王 飛，陳 敏，宋妙環(huán)，茍方杰

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730000；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

液壓機(jī)構(gòu)因體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、動作可靠等優(yōu)點(diǎn)，常用于220 kV，330 kV及更高電壓等級斷路器中，對保證輸變電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

液壓機(jī)構(gòu)主要由儲能模塊、控制模塊、監(jiān)測模塊、充壓模塊、工作模塊、適配模塊等器件構(gòu)成，以高壓油為動力，對斷路器進(jìn)行分合閘操作。液壓機(jī)構(gòu)具有在合閘狀態(tài)油壓降低為零并重新啟動油泵電機(jī)建立油壓時不發(fā)生慢分閘的性能，且操動機(jī)構(gòu)裝有安全閥，可在系統(tǒng)油壓異常時實現(xiàn)自保護(hù)。

實際運(yùn)行中，液壓機(jī)構(gòu)易產(chǎn)生打壓故障，可能導(dǎo)致斷路器分合閘不到位或無法斷開線路，造成事故范圍擴(kuò)大甚至影響電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 運(yùn)行原理及故障分析

1.1 動作原理

液壓機(jī)構(gòu)具有動作快、特性穩(wěn)定、低噪音、無磨損等可靠特點(diǎn)，有液壓碟簧機(jī)構(gòu)和液壓氮?dú)鈾C(jī)構(gòu)兩種，與液壓氮?dú)鈾C(jī)構(gòu)相比，液壓碟簧機(jī)構(gòu)壓力管道與環(huán)境溫度無關(guān)，設(shè)備可靠性更高。

(1) 儲能。當(dāng)儲能電機(jī)接通后，油泵將低壓油箱中的液壓油壓入高壓油腔，三組相同結(jié)構(gòu)的儲能活塞在液壓作用下，向下壓縮碟簧而儲能。

(2) 分閘操作。分閘電磁鐵動作時，換向閥上部的高壓油腔與低壓油箱導(dǎo)通而失壓，換向閥芯立即向上運(yùn)動，切斷了原來與工作活塞下部相連的高壓油路，而使工作活塞下部與低壓油箱聯(lián)通失壓，工作活塞在上部高壓油的作用下向下運(yùn)動，帶動斷路器分閘。

(3) 合閘操作。合閘電磁閥動作時，高壓油進(jìn)入換向閥的上部，在差動力作用下，換向閥芯向下運(yùn)動切斷工作活塞下部原來與低壓油箱連通的油路，與儲能活塞上部的高壓油路接通，工作活塞在差動力作用下，快速向上運(yùn)動，帶動斷路器合閘。

液壓機(jī)構(gòu)配置高、低壓油路，機(jī)構(gòu)所用的密封圈應(yīng)能保證其密封性，若其回路中發(fā)生器件故障或連接處密封不嚴(yán)，將導(dǎo)致高壓管路中液壓降低，進(jìn)一步引起儲壓碟簧張力損失，這些損失將由油泵的自動補(bǔ)壓來補(bǔ)償，從而引發(fā)機(jī)構(gòu)打壓問題。

1.2 二次控制及故障產(chǎn)生

為保證液壓機(jī)構(gòu)具有所需的開斷能力，控制回路中通常設(shè)有兩種閉鎖，一種是低SF6壓力操作閉鎖，通過SF6氣體密度繼電器實現(xiàn)；另一種是低油壓操作閉鎖，通過固定在支撐環(huán)上的齒條隨儲能彈簧上下運(yùn)動，轉(zhuǎn)動與其咬合的齒輪，與齒輪同軸的齒輪帶動限位開關(guān)實現(xiàn)。

當(dāng)液壓機(jī)構(gòu)油壓降低時，電機(jī)控制回路中的限位開關(guān)接通，直流接觸器吸合，電機(jī)回路帶電后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓機(jī)構(gòu)開始打壓儲能，當(dāng)液壓達(dá)到額定壓力后，電機(jī)控制回路斷開，電機(jī)打壓儲能結(jié)束。若電機(jī)時間繼電器動作或熱繼電器動作，表明液壓回路或者電機(jī)及其控制回路出現(xiàn)了故障。

2 常見打壓故障分析

2.1 電機(jī)故障不打壓

液壓機(jī)構(gòu)在電機(jī)回路接通(或應(yīng)當(dāng)接通)后，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，可判定為電機(jī)或電機(jī)回路故障，故障原因可能為電機(jī)空開分閘、施加電壓不正確、碳刷磨損、電機(jī)故障等，例如，電機(jī)碳刷故障引起電機(jī)故障時，應(yīng)重點(diǎn)檢查刷桿上的螺絲松動情況，碳刷在刷盒內(nèi)上下活動是否存在卡澀，碳刷所受彈簧的壓力是否均勻，碳刷壓指和電刷頂部的壓板是否有斷裂現(xiàn)象，碳刷的磨損程度等情況，當(dāng)碳刷磨損到極限位置時，就應(yīng)當(dāng)更換碳刷。

2.2 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不打壓

液壓機(jī)構(gòu)在電機(jī)回路接通(或應(yīng)當(dāng)接通)后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而油壓不升高，可判定為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)完好而液壓油回路存在故障，故障原因可能為電機(jī)齒輪打滑、高壓放油閥打開、油泵故障、油位太低、液壓油變質(zhì)、濾油器阻塞、高壓油回路滲漏油、油中空氣過多等。在液壓機(jī)構(gòu)維護(hù)工作中，要重點(diǎn)維護(hù)液壓油的清潔程度，嚴(yán)防液壓油中混入雜質(zhì)造成液壓機(jī)構(gòu)損壞。

2.2.1 液壓碟簧不儲能

2021年3月，某330 kV變電站3341斷路器液壓油更換后進(jìn)行逐相打壓測試。在測試A相時，電機(jī)啟動正常但液壓碟簧不儲能，觀察約3 min后發(fā)現(xiàn)依舊不儲能，之后電機(jī)自行停止轉(zhuǎn)動。

根據(jù)故障信息，可將故障分為兩部分，第1部為“電機(jī)自行停止轉(zhuǎn)動”，可判定為電機(jī)回路中存在短路；第2部分為“電機(jī)啟動正常但液壓碟簧不儲能”，檢查得知，其故障原因可能為電機(jī)過時限時間繼電器燒壞，或者可能為輔助接點(diǎn)故障、泄壓后泄壓閥未返回或者斷路器內(nèi)部故障等導(dǎo)致。經(jīng)分析最終確定為手動液壓后泄壓觸點(diǎn)未返回所致。

2.2.2 液壓碟簧中斷儲能

2021年5月，某330 kV變電站3353斷路器液壓油更換后進(jìn)行逐相打壓測試。在測試C相時，電機(jī)啟動正常，液壓碟簧打壓至一半后，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而碟簧不再被壓縮儲能。

根據(jù)故障信息，依次對機(jī)構(gòu)內(nèi)油量、二次回路和二次控制閥進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，最終確定故障原因為液壓油注入時機(jī)構(gòu)內(nèi)空氣未排干凈導(dǎo)致液壓油中空氣過多，打壓儲能時空氣承壓性能遠(yuǎn)不及液壓油，故而打壓至一半時，雖然電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動但油壓無法升高，使碟簧無法繼續(xù)壓縮。最終，采用真空注油器抽除液壓油中空氣后故障消除。

2.3 頻繁打壓

結(jié)合ABB、西開、平高等廠家對液壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)行維護(hù)要求，油泵每天可允許啟動20次，當(dāng)一天中油泵啟動次數(shù)超過20次時，即為頻繁打壓儲能，就需要對操動機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測。而在實際運(yùn)行過程中，若24 h內(nèi)油泵啟動次數(shù)超過3～5次，即視為頻繁打壓。當(dāng)測定油泵啟動次數(shù)時，可由油泵啟動總次數(shù)減去開關(guān)操作次數(shù)(合閘或分閘)導(dǎo)致的油泵啟動次數(shù)得出。

一般情況下，頻繁打壓的原因有機(jī)構(gòu)滲漏油和二次控制故障兩類。

(1) 機(jī)構(gòu)滲漏油。包括內(nèi)部滲漏油和外部滲漏油。內(nèi)部滲漏油與工作缸活塞密封、油壓開關(guān)安全閥、油泵逆止閥、控制閥等有關(guān)；外部滲漏油與各模塊連接面、信號缸、油壓開關(guān)、壓力表、儲壓器、放油閥關(guān)閉不良等有關(guān)。

(2) 二次控制故障。包括微動開關(guān)卡澀、二次控制錯誤等。

根據(jù)現(xiàn)場實際檢修經(jīng)驗，若頻繁打壓發(fā)生在合閘位，則可能的故障原因為控制模塊在合閘后密封不嚴(yán)，應(yīng)著重檢查分閘閥閥口的密封情況；若頻繁打壓發(fā)生在分閘位，則可能的故障原因為合閘閥閥口密封不嚴(yán)引起的內(nèi)部泄漏，或者工作缸內(nèi)密封不嚴(yán)引起的活塞兩側(cè)高、低壓油位泄漏。

2021年7月，某330 kV變電站3332斷路器B相24 h打壓次數(shù)高達(dá)50次，屬于頻繁儲能故障。根據(jù)故障信息，依次對機(jī)構(gòu)內(nèi)油質(zhì)油量、二次控制閥等進(jìn)行檢查。解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部合閘閥閥口密封圈存在老化滲漏油現(xiàn)象，對密封圈更換并反復(fù)確認(rèn)設(shè)備一次部分完好后，對機(jī)構(gòu)二次控制回路展開檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器B，C相油壓微動開關(guān)KP6 (啟動KP5、停止KP6)的二次出線被互相錯接，導(dǎo)致兩相開關(guān)的打壓停止功能失去作用。若以額定壓力32.6 MPa為電機(jī)啟動壓力，則兩相開關(guān)的打壓狀態(tài)(性能)為小于32.6 MPa即啟動打壓，大于32.6 MPa即停止打壓，從而出現(xiàn)頻繁打壓故障。

3 防范及改進(jìn)措施

(1) 液壓機(jī)構(gòu)各部件生產(chǎn)加工時應(yīng)嚴(yán)格控制制造工藝，嚴(yán)防各部件殘留物未清理干凈即進(jìn)行組裝及使用殘次品，密封墊宜采用聚四氟乙烯等化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)的材料。新投運(yùn)的機(jī)構(gòu)若發(fā)生頻繁打壓故障，可能是由于運(yùn)輸過程中的機(jī)械振動使機(jī)構(gòu)零部件、螺栓等產(chǎn)生松動所致，因此在投運(yùn)前應(yīng)重新檢查零部件及螺栓的緊固情況。

(2) 液壓機(jī)構(gòu)各模塊安裝時，連接面密封圈應(yīng)放置到位、受力均勻，安裝過程中避免產(chǎn)生位移而使密封圈受到擠壓；各模塊連接螺栓緊固時應(yīng)采取對角依次緊固的方法，各螺栓緊固程度應(yīng)一致并嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，螺栓緊固力并非越大越好。

(3) 液壓油品質(zhì)直接關(guān)系到液壓機(jī)構(gòu)性能，要對液壓油進(jìn)行定期檢查并充分過濾去除油內(nèi)雜質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)液壓油顏色變深變黑、有焦糊味或發(fā)酸發(fā)臭、油液透明度降低或變渾濁、油中泡沫增加、摸起來有摩擦砂粒感等現(xiàn)象，表明液壓油已變質(zhì)，需要進(jìn)行更換。更換時應(yīng)徹底排出油缸內(nèi)舊油及底部殘留雜質(zhì)，并對控制閥、工作缸及各管道進(jìn)行清洗。

(4) 液壓機(jī)構(gòu)日常檢修維護(hù)中需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行泄壓及注油操作時，應(yīng)注意：

① 泄壓時應(yīng)保持短時、多次、點(diǎn)動泄壓，泄壓不可一次完成。

② 注油前要用真空機(jī)徹底抽除內(nèi)部殘留空氣。

③ 要注意液壓油品質(zhì)，嚴(yán)防雜質(zhì)等混入油內(nèi)。

④ 注油時要保持少量、多次方式，油位注至油位觀察窗3/4為宜。

(5) 在機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中若產(chǎn)生頻繁打壓故障，很可能為油中混入的雜質(zhì)沉積在閥門口而引起內(nèi)部泄漏導(dǎo)致，可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次打壓泄壓和分合閘斷路器，利用液壓油流動將雜質(zhì)沖離閥口。

(6) 在晝夜溫差大的地方，尤其是北方地區(qū)，容易引起油壓不穩(wěn)、機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)增多等現(xiàn)象，應(yīng)在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)安裝加熱器和溫控器，以保證機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫度在合理范圍內(nèi)。運(yùn)行年限較長的機(jī)構(gòu)箱門密封條老化現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)及時維修更換。