3AQ/3AT 系列斷路器機(jī)構(gòu)油泵頻繁打壓的分析及對(duì)策

鄭雷

（浙江省金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

0 引言

西門子3AQ/3AT 系列斷路器在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生油泵頻繁打泵的情況，此時(shí)液壓系統(tǒng)的油壓會(huì)維持在一個(gè)相對(duì)較低的壓力水平（320-310bar 甚至更低），關(guān)閉油泵的電源后，液壓系統(tǒng)的油壓值能夠保持不變（說(shuō)明系統(tǒng)的內(nèi)漏基本不存在）。通常是通過油泵低壓側(cè)排氣的方法恢復(fù)正常打壓，但會(huì)周期性地重復(fù)發(fā)生，牽涉了大量的消缺精力。因此有必要從空氣產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析研究，采取有針對(duì)性的解決辦法，從而在根本上缺陷。

1 頻繁打壓原因分析

1.1 液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄露

液壓系統(tǒng)存在內(nèi)泄引起的頻繁打壓。此現(xiàn)象主要在安裝調(diào)試過程中發(fā)生，管道內(nèi)部有雜質(zhì)或液壓油不清潔，操作斷路器后，渣滓進(jìn)入閥塊或油監(jiān)控系統(tǒng)，造成密封不嚴(yán)密引起頻繁打壓。此現(xiàn)象一般可操作幾次斷路器并過濾液壓油解決。

1.2 溫差變化

氣溫下降引起的頻繁打壓現(xiàn)象。大多在晚上發(fā)生，斷路器白天可能經(jīng)過操作，環(huán)境溫度下降時(shí)一小時(shí)內(nèi)啟動(dòng)2－3 次，到第二天白天后頻繁打壓現(xiàn)象消失。其原因是儲(chǔ)能筒內(nèi)N2 壓力隨溫度下降而下降（溫度每變化1℃，N2 壓力將變化1bar），導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力下降引起油泵啟動(dòng)。此現(xiàn)場(chǎng)屬于正常情況，無(wú)需處理。

1.3 安全閥動(dòng)作

環(huán)境溫度急劇上升導(dǎo)致安全閥動(dòng)作而引起。主要原因是由于西門子3AQ/3AT 液壓系統(tǒng)其內(nèi)泄量相對(duì)較少，一般處于較高的油壓，當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升時(shí)，油壓亦急劇上升，當(dāng)油壓上升到一定值時(shí)，油監(jiān)控上的安全閥動(dòng)作，由于安全閥內(nèi)彈簧長(zhǎng)期受高壓油作用，一旦安全閥打開，其完全關(guān)閉（彈簧恢復(fù)）需要建立新的平衡點(diǎn)，在此過程中油泵會(huì)發(fā)生頻繁起動(dòng)。此現(xiàn)象的主要特點(diǎn)一是環(huán)境溫度急劇上升，二是打壓時(shí)間間隔會(huì)推移慢慢變長(zhǎng)，過幾個(gè)小時(shí)后，基本能恢復(fù)到一小時(shí)一次，以后完全恢復(fù)正常。

1.4 氮?dú)庑孤?/h3>

氮?dú)庑孤稌?huì)造成油泵的頻繁的補(bǔ)壓。氮?dú)庑孤┑膸追N可能情況及判斷方法簡(jiǎn)單介紹一下。先來(lái)看油泵控制回路及氮?dú)庑孤﹫?bào)警觸發(fā)回路，如圖1 所示：

圖1

先看油泵控制回路工作過程：當(dāng)油壓下降到油泵啟動(dòng)值時(shí)，B1/1-2 接點(diǎn)閉合，觸發(fā)K15 時(shí)間繼電器，K15/15-18 接點(diǎn)速動(dòng)閉合，K9 得電，油泵開始補(bǔ)壓。當(dāng)壓力回升到B1/1-2 接點(diǎn)打開，此時(shí)油泵并沒有馬上停止工作，K15 時(shí)間繼電器延時(shí)開始計(jì)時(shí)（3-5 秒），3-5 秒后K15/15-18接點(diǎn)打開，油泵停止工作。至此，一個(gè)補(bǔ)壓過程結(jié)束。再來(lái)看氮?dú)庑孤┯|發(fā)回路動(dòng)作過程：當(dāng)K9/43-44 接點(diǎn)閉合（即油泵運(yùn)轉(zhuǎn)）的過程中，如果油壓達(dá)到了355bar（即B1/4-6 接點(diǎn)閉合），氮?dú)庑孤﹫?bào)警回路被觸發(fā)，K81 動(dòng)作并自保持，觸發(fā)時(shí)電流的流向?yàn)樗{(lán)顏色線所示，自保持的電流流向?yàn)榧t色線所示。由于K81 動(dòng)作后使K81/4-6 接點(diǎn)斷開，閉鎖了打壓回路（K9 失電）。

接下來(lái)看一下氮?dú)鈨?chǔ)能筒的結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

圖2

在正常情況下，儲(chǔ)能筒突出的底板是不會(huì)碰到活塞的，但是當(dāng)?shù)獨(dú)庑孤┑揭欢ǖ某潭葧r(shí)，320bar 左右的壓力就有可能使得活塞碰到了儲(chǔ)能筒突出的底板，根據(jù)液壓油不可壓縮的特性，當(dāng)活塞無(wú)法再向氮?dú)夥较蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)，壓力從B1/1-2 接點(diǎn)復(fù)歸（根據(jù)油泵控制回路B1/1-2 接點(diǎn)打開后油泵還將繼續(xù)打壓3-5 秒）到355bar 根本用不了3-5 秒。此時(shí)就符合了氮?dú)庑孤﹫?bào)警回路的觸發(fā)條件：油泵在打壓的同時(shí)壓力達(dá)到355bar。了解了上述說(shuō)明后，我們就能判斷哪種情況是屬于二次軟故障，哪種情況是屬于真正的氮?dú)庑孤?/p>

1.4.1 從補(bǔ)壓開始到氮?dú)庑孤﹫?bào)警如果時(shí)間在8-10 秒范圍的，才有可能是真正的氮?dú)庑孤Ｊ欠袷钦娴男孤┛梢酝ㄟ^檢驗(yàn)氮?dú)忸A(yù)充壓力來(lái)進(jìn)一步判斷。

1.4.2 如打壓時(shí)間在30-50 秒鐘后才發(fā)氮?dú)庑孤﹫?bào)警信號(hào)的，則很有可能出現(xiàn)的故障部位是壓力接點(diǎn)不能及時(shí)復(fù)歸或時(shí)間繼電器喪失了延時(shí)功能等。

1.4.3 打壓時(shí)間根短如1 秒鐘之內(nèi)就發(fā)氮?dú)庑孤﹫?bào)警信號(hào)的，說(shuō)明本身系統(tǒng)的壓力就比較高，從理論上不可能出現(xiàn)補(bǔ)壓的，所以有可能出現(xiàn)的故障部位是壓力接點(diǎn)受潮絕緣下降或時(shí)間繼電器喪失了功能等。

1.4.4 打壓時(shí)間根短如1 秒鐘之內(nèi)就發(fā)氮?dú)庑孤﹫?bào)警信號(hào)的，但沒有同時(shí)報(bào)合閘回路斷線的且能自行復(fù)位，說(shuō)明不是由于氮?dú)庑孤┧l(fā)出的報(bào)警信號(hào)（氮?dú)庑孤﹫?bào)警信號(hào)是可以自保持的，而且一定會(huì)閉鎖合閘），因此有可能的原因是信號(hào)并聯(lián)或保護(hù)系統(tǒng)出問題等。

1.4.5 由于氣溫原因使得壓力達(dá)到355bar以上，是不會(huì)發(fā)氮?dú)庑孤﹫?bào)警的，因?yàn)椴粷M足油泵必須同時(shí)在運(yùn)行的條件。

1.5 液壓系統(tǒng)內(nèi)有氣體

液壓系統(tǒng)內(nèi)部積累了較多的汽泡就會(huì)產(chǎn)生兩種現(xiàn)象，一是高壓油內(nèi)的汽泡通過常壓油箱排出后使實(shí)際油壓下降、反復(fù)地發(fā)生就表現(xiàn)為頻繁打壓；二是氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內(nèi)油面底于活塞口上部，泵功力就受到影響，油泵建不起油壓。油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)而壓力卻仍未能達(dá)到額定值，此時(shí)貯能超時(shí)繼電器（K67，一般整定為3min）就要?jiǎng)幼鳎袛嘤捅秒姍C(jī)回路，這種情況發(fā)生時(shí)必須進(jìn)行排氣處理。

液壓系統(tǒng)內(nèi)部的氣體從何而來(lái)？分析液壓系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)能做兩種推斷：

1.5.1 常壓油箱內(nèi)空氣滲入

持此種觀點(diǎn)的分析認(rèn)為，在壓力釋放時(shí)，合閘腔內(nèi)的高壓油排泄到常壓油箱，而常壓油箱是通過濾網(wǎng)和大氣進(jìn)行呼吸的，建壓時(shí)的航空油是從常壓油箱吸取的，這是空氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部的唯一通道，在分閘操作時(shí)可明顯地看到常壓油箱內(nèi)釋放出的液壓油帶有大量的汽泡，而此時(shí)打壓就會(huì)將含有汽泡的油重新吸入內(nèi)部，隨著操作次數(shù)的增加，內(nèi)部的汽泡也會(huì)積累得越多。

1.5.2 貯壓筒內(nèi)氮?dú)鉂B入

另一種是氮?dú)鈴膬?chǔ)壓筒的氮?dú)鈧?cè)向液壓油側(cè)滲漏，這種判斷可以通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證（見圖2）：將SF6 氣體預(yù)先充在貯壓筒內(nèi)，經(jīng)分合操作后從油泵排出的氣體當(dāng)中檢出SF6 成分。

2 3AQ/3AT 斷路器液壓系統(tǒng)的手動(dòng)排氣

為了使油泵正常建壓就要排除氣體。排氣又分為帶電排氣和停電排氣兩種方法，作為應(yīng)急處理時(shí)，可在開關(guān)運(yùn)行時(shí)將油泵的排氣口螺栓打開，通過運(yùn)轉(zhuǎn)油泵將內(nèi)部空氣排出，但這種方法不能完全排除內(nèi)部的汽泡，另一種是利用開關(guān)停役機(jī)會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)全部進(jìn)行排氣，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)貯壓筒內(nèi)比油泵排出的汽泡多得多，而且排氣時(shí)間也較長(zhǎng)（要近1小時(shí)才能排空）。

2.1 停電排氣

對(duì)液壓系統(tǒng)（油泵、儲(chǔ)能筒、油缸）進(jìn)行排氣時(shí)斷路器需要退出運(yùn)行。具體的步驟如下所示：

2.1.1 將液壓系統(tǒng)的油壓卸到零壓。

2.1.2 松開油泵上的排氣孔小螺栓，當(dāng)排出的油無(wú)氣泡時(shí)，擰緊排氣孔小螺栓。

2.1.3 合上F1 開關(guān)，讓油泵空轉(zhuǎn)約5 分鐘（此時(shí)卸壓螺栓保持在卸壓狀態(tài)）。

2.1.4 反復(fù)以上步驟2～3 次，直至油泵內(nèi)無(wú)氣體排出。

2.1.5 油泵空轉(zhuǎn)對(duì)儲(chǔ)能筒進(jìn)行排氣，直至儲(chǔ)能筒排氣口的液壓油無(wú)氣泡為止。

2.1.5 油泵空轉(zhuǎn)對(duì)液壓缸進(jìn)行排氣，直至液壓缸排氣口的液壓油無(wú)氣泡為止。

2.2 帶電排氣

由于供電可靠性要求，通常要帶電排氣。此時(shí)就僅限于對(duì)油泵排氣。要特別注意液壓系統(tǒng)壓力必須大于重合閘的閉鎖壓力，防止線路短時(shí)故障的重合閘壓力閉鎖（308bar）及永久性故障時(shí)的分閘壓力閉鎖（253bar）。同時(shí)防止誤碰控制回路繼電器，并注意手持金屬工具防止觸及二次接線造成接地或短路。具體步驟為：

2.2.1 松開排氣螺栓，當(dāng)排出的油無(wú)氣泡時(shí)，擰緊排氣孔螺栓。

2.2.2 卸壓螺栓順時(shí)針旋進(jìn)，把液壓系統(tǒng)的油壓緩慢卸到啟泵值（315 bar）讓油泵自行啟動(dòng)并自行停泵（325 bar）。

2.2.3 反復(fù)以上步驟2～3 次，直至油泵內(nèi)無(wú)氣體排出。

3 3AQ/3AT 斷路器液壓系統(tǒng)的自動(dòng)排氣

經(jīng)常性的排氣工作牽涉了大量的精力，并影響設(shè)備的可靠運(yùn)行。因此有必要對(duì)排氣的機(jī)理和對(duì)策進(jìn)行分析研究，讓排氣能自動(dòng)實(shí)時(shí)進(jìn)行。為此金華電業(yè)局于09年3月3日成立了《液壓系統(tǒng)自動(dòng)排氣裝置的開發(fā)及應(yīng)用》專題科研組，明確了工作目標(biāo)和實(shí)施進(jìn)度，最終在當(dāng)年11月底完成了產(chǎn)品掛網(wǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。

3.1 裝置原理及構(gòu)造

首先分析氣體對(duì)油泵的作用機(jī)理：油系統(tǒng)的油路由于結(jié)構(gòu)上存在某些高處積聚氣體，油的傳輸將發(fā)生速度改變，如果氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內(nèi)油面底于活塞口上部，泵功力就受到影響，使得油泵建壓效率降低，造成油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或頻繁打壓。基于上述分析，形成自動(dòng)排氣閥的工作原理：當(dāng)系統(tǒng)中有空氣時(shí)，氣體聚集在排氣閥的上部，閥內(nèi)氣體聚積，壓力上升，當(dāng)氣體壓力大于系統(tǒng)壓力時(shí)，氣體會(huì)使腔內(nèi)油面下降，浮筒隨油位一起下降，打開排氣口；氣體排盡后，油位上升，浮筒也隨之上升，關(guān)閉排氣口，使系統(tǒng)中的空氣能自行排除，從而確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3

根據(jù)以上原理課題組進(jìn)行了產(chǎn)品試制，結(jié)構(gòu)如圖3 所示：

自動(dòng)放氣裝置是在設(shè)備的油路中聚集氣體的上部裝一只集氣合，當(dāng)氣體在集氣合達(dá)到一定的氣量時(shí)浮球下降，排氣孔打開--氣體排出--浮球上升--排氣孔關(guān)閉。該裝置利用浮球加杠桿的機(jī)械組合簡(jiǎn)單、可靠。該裝置氣密性經(jīng)過在2倍的實(shí)際壓差中檢驗(yàn)。

該裝置設(shè)有手動(dòng)強(qiáng)制排氣閥，運(yùn)行人員可根據(jù)油面情況利用該閥進(jìn)行手動(dòng)排氣，同時(shí)可通過觀察油面高低確認(rèn)系統(tǒng)的工作情況。當(dāng)操作人員強(qiáng)制排氣時(shí)，須觀察油標(biāo)的油面，以免溢油。該裝置不需停電進(jìn)行安裝，利用機(jī)構(gòu)底部原有的安裝螺孔，熟練人員安裝完成僅需十分鐘左右時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)自動(dòng)排氣裝置的實(shí)際應(yīng)用情況反饋，安裝了該裝置的斷路器未有頻繁打壓的缺陷發(fā)生，階段性的驗(yàn)證取得了預(yù)期的效果。下一步課題組將對(duì)裝置的可靠性、耐用性進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)運(yùn)行工況進(jìn)行局部整改。