斷路器液壓機構(gòu)常見故障分析及處理方法

邯鄲供電公司 趙晨光 康國鈞

1 引言

高壓斷路器是變電站及發(fā)電廠重要的控制設(shè)備。系統(tǒng)正常運行時，斷路器用來切換運行方式，控制設(shè)備或線路接入或退出；當(dāng)電氣設(shè)備或線路發(fā)生故障時，斷路器用來快速切除和隔離故障。高壓斷路器動作準(zhǔn)確與否對于電力系統(tǒng)正常運行至關(guān)重要[1]。斷路器工作在分、合閘的穩(wěn)定狀態(tài)，操動機構(gòu)是斷路器的核心組成部分，主控著斷路器的分閘、合閘、重合閘，是決定斷路器能否正常開斷的關(guān)鍵。其中液壓機構(gòu)因驅(qū)動能量大、傳動平穩(wěn)、動作速度快，在220kV及以上電壓等級的高壓斷路器中廣泛應(yīng)用。但因機構(gòu)的材料質(zhì)量和制造加工工藝等問題，當(dāng)操動機構(gòu)中元器件處于高液壓狀態(tài)時，常會出現(xiàn)密封元件受損、動作失靈、接頭不良等故障，嚴重影響斷路器的正常工作。大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，高壓斷路器80%左右的事故是由機械原因造成[2,3]，因此對于液壓機構(gòu)常見故障必須高度引起重視。本文針對液壓操動機構(gòu)幾種故障外在表現(xiàn)，基于實際檢修工作經(jīng)驗深入分析其原因，提出故障的診斷方法和相應(yīng)的處理措施。

2 液壓機構(gòu)常見故障的分析和處理

2.1 液壓機構(gòu)滲漏油故障

斷路器液壓機構(gòu)在運行中經(jīng)常發(fā)生滲漏油故障，影響設(shè)備使用壽命，危及設(shè)備安全運行。液壓機構(gòu)滲漏油故障主要分為外部滲漏和內(nèi)部滲漏兩大類[4]。

2.1.1 外部滲漏現(xiàn)象及原因

外部滲漏故障一般可從機構(gòu)外表觀察到，如發(fā)現(xiàn)機構(gòu)箱底部有大面積油污，或者某些部位有明顯滲漏現(xiàn)象時，則可判定為外部滲漏故障。斷路器液壓機構(gòu)發(fā)生外漏的主要原因不外乎有四點：一是管接頭擰緊力矩不夠，接頭松動；二是管接頭擰緊時力矩過大，造成卡套上的密封線變寬偏斜；三是接頭卡套損壞，毛刺或破裂；四是密封圈、墊片變形或損壞。發(fā)現(xiàn)斷路器液壓機構(gòu)有外部滲漏故障時，首先要找出具體的滲漏點，針對具體滲漏故障采取相應(yīng)措施[5]。

2.1.2 外滲故障處理方法和技巧

針對不同的滲漏原因，一般采取的方法為：

（1）選擇合適管接頭擰緊力矩，緊固良好。

（2）除去接頭處毛刺或更換卡套。

（3）更換密封圈或密封墊。墊片密封銅墊在安裝前要加熱使之變軟，安裝時應(yīng)一次成功，否則銅墊在拆裝幾次后導(dǎo)致壓痕變位，易產(chǎn)生新的滲漏點[4]。值得注意的是，要選擇質(zhì)量合格的橡膠密封墊，尺寸應(yīng)合適，壓縮量適中，安裝時涂抹凡士林。

2.1.3 內(nèi)部滲漏現(xiàn)象及原因

內(nèi)部滲漏油是真正困擾消缺檢修人員的重要所在，經(jīng)常導(dǎo)致油泵頻繁啟動、無法建立壓力、機構(gòu)壓力異常等現(xiàn)象。處理內(nèi)滲時難度較高，應(yīng)綜合判斷滲漏位置，找出內(nèi)部準(zhǔn)確滲漏點。

發(fā)生內(nèi)漏的主要原因有四方面：

（1）液壓機構(gòu)元件的動靜密封圈、墊片損壞老化。

（2）錐形閥及閥座密封損壞、分合不到位引起。

（3）鋼球與閥口處閥線沖擊次數(shù)過多，撞擊力量較大，無導(dǎo)向造成閥線寬度大于0.2mm，致使并軸線偏移，閥口變形等情況。

（4）液壓機構(gòu)元件內(nèi)部接頭松動。

2.1.4 內(nèi)滲故障方法和技巧

基于對液壓機構(gòu)的研究和長時間現(xiàn)場工作經(jīng)驗，針對如何準(zhǔn)確查找故障滲漏點，解決液壓機構(gòu)內(nèi)滲故障，本文總結(jié)出一套5步法：一問、二看、三試、四摸、五聽。

（1）問

檢修前向運行人員詳細詢問故障現(xiàn)象，通過小組分析討論，初步判斷故障的原因。備齊相應(yīng)工器具、備品備件和檢修資料圖紙，制定初步檢修策略和方法。通過提前詢問值班人員，可減少不必要的工作量，提高檢修效率[6]。

（2）看

看的方法主要是通過眼睛觀察來定位機構(gòu)的故障點。對于發(fā)生在LW6系列斷路器機構(gòu)內(nèi)部的滲漏油故障，一般會通過外部異常現(xiàn)象表現(xiàn)出來，如機構(gòu)壓力異常、油箱或者輔助油箱出現(xiàn)滲漏油等。這時，可通過仔細觀察機構(gòu)外部異?，F(xiàn)象進而分析判斷機構(gòu)內(nèi)部故障點，或通過觀察滲漏點對比圖紙找出內(nèi)部可能破損的密封件。

（3）試

液壓機構(gòu)是一個逐級放大能量的邏輯系統(tǒng)，各部件腔室與管道在分合閘時的油壓高低可以有下列幾種狀態(tài)：常高壓、常低壓、瞬間高壓等，因此可以通過斷路器的分合動作試驗，觀察液壓機構(gòu)在分合閘狀態(tài)下的滲漏情況的不同，判斷故障可能發(fā)生的位置和原因。通過綜合判斷，可以較快地診斷出可能發(fā)生滲漏的液壓機構(gòu)零部件，提高處理故障的效率。

（4）摸

由于液壓部件發(fā)生內(nèi)部滲漏時，其高壓油通過滲漏間隙進入低壓油腔時發(fā)生劇烈磨擦與沖擊，液壓油傳遞的能量轉(zhuǎn)化為熱能使部件局部溫升，通過觸摸可感知部件溫升進而判斷該部件是否發(fā)生了滲漏。

（5）聽

當(dāng)液壓機構(gòu)內(nèi)密封部件發(fā)生體積變形或位置偏移等問題時，變位的活塞動作時與缸壁摩擦的聲音、高壓油滲漏時的沖擊聲、高壓油泄漏時與閥口或者閥球摩擦的微弱聲音等，都可以作為判斷故障點的理論依據(jù)。聲音較小的時候，可使用聲音放大工具（聽診器）貼在機構(gòu)部件上，將耳朵貼在放大工具上以提高偵聽效果[3]。

2.1.5 案例分析

河北邯鄲供電公司某變電站LW6-220kV斷路器出現(xiàn)異常情況，檢修人員得到消缺任務(wù)后，首先經(jīng)詢問得知設(shè)備運行時出現(xiàn)壓力異常和油泵頻繁打壓現(xiàn)象，初步判斷為滲漏油故障。到達現(xiàn)場簡單觀察后將機構(gòu)能量釋放，對設(shè)備進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)三個問題：放油時，油箱出現(xiàn)噴油現(xiàn)象；C相輔助油箱外較A、B兩相出現(xiàn)大片油污；機構(gòu)箱內(nèi)部沒有明顯的外部滲漏點。故此可得到初步定論：排除機構(gòu)箱外滲故障可能性，設(shè)備應(yīng)出現(xiàn)內(nèi)滲故障，故障點可能在C相。檢修人員啟動電機儲能，進行試探性分合試驗。動作同時，檢修人員用手觸摸相關(guān)部位，偵聽各相動作時發(fā)出的聲音，發(fā)現(xiàn)C相儲壓筒有微弱的“哧哧”異常聲音。為確保判斷正確，檢修人員將斷路器兩相高壓油管路堵住，對三相分別進行單獨檢查（封堵管路必須在零壓狀態(tài)進行，利用專用堵頭，特別注意保持液壓油潔凈）。最終確定故障是由于C相儲壓筒活塞密封失效導(dǎo)致活塞兩側(cè)氮氣和液壓油混合造成，主儲壓器結(jié)構(gòu)如下圖所示。

LW6主儲壓器結(jié)構(gòu)圖

更換C相儲壓筒后，檢修人員對斷路器進行分合試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電機轉(zhuǎn)動對液壓油進行打壓儲能時，機構(gòu)箱內(nèi)三相控制閥上部同時出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。重復(fù)操作現(xiàn)象依舊。

為找到滲油原因，檢修人員將三相控制閥拆卸進行檢查，發(fā)現(xiàn)控制閥內(nèi)二級閥錐閥動作時分合不到位，供油閥和排油閥同時都處于打開位置。通過檢查和分析，可判斷原因是由于斷路器機構(gòu)投運時間較長，部件動作效率降低，此時在壓力不足額定壓力的情況下進行分合操作，二級閥錐閥分合不到位，致使高、低壓油路相通。機構(gòu)打壓時，高壓油通過二級閥錐閥進入到低壓油區(qū)，故三相控制閥出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。檢修人員將二級閥進行拆卸，使之復(fù)位，復(fù)裝后進行打壓，不再出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，此時在額定壓力進行分合試驗，機械特性正常。

2.2 操動機構(gòu)液壓管路混入氣體故障

2.2.1 現(xiàn)象及原因

由于液壓操動機構(gòu)外接管路具有多并且長的特點，管路中空氣很難通過高壓放油閥完全排盡，機構(gòu)死角處殘存的空氣會形成空氣墊，對液壓操動機構(gòu)動作特性產(chǎn)生影響。斷路器進行分合閘操作時，閥體或活塞運動依靠液壓油的容積變化進行能量的傳遞，當(dāng)液壓油受壓時體積變化達到要求時，才能滿足動作機械特性要求。如果此時油中含有空氣泡，空氣泡的可壓縮性遠遠大于液壓油，致使活塞運動時需首先壓縮空氣泡再壓縮液壓油，造成液壓油整體容積變化較大，分合閘運動不穩(wěn)定，三相同期不合格。

2.2.2 處理方法和技巧

斷路器在結(jié)構(gòu)上可能形成死角的部分（主儲壓器下法蘭上、供排油閥閥座上、工作缸基座上等處）都設(shè)有排氣螺釘。如圖2所示。對于LW6-110kV型斷路器，當(dāng)排油閥沒有設(shè)定特定排氣口時，可在分閘位通過瞬時高壓油口閥口進行排氣。

操動機構(gòu)在完成檢修工作后建壓過程中，必須逐一打開各排氣螺釘排氣，將帶有氣泡的高壓油從螺孔中排出，且連續(xù)排油2-3min為止。斷路器應(yīng)經(jīng)幾次慢分、慢合操作，并反復(fù)幾次排氣，直至將液壓管路中氣體排盡為止。保持液壓油的不可壓縮性，對于液壓油作為工作介質(zhì)可靠地傳遞能量、確保操縱機構(gòu)靈敏動作至關(guān)重要[7]。

2.2.3 案例分析

邯鄲供電公司某變電站LW6-220系列斷路器在更換設(shè)備元件后，對斷路器進行機械特性試驗。發(fā)現(xiàn)檢修后C相合閘時間明顯高于另外兩相（合閘時間：A-69.79ms、B-67.31ms、C-132.3ms，不同期為64.99ms—數(shù)據(jù)來于現(xiàn)場采集），初步判斷故障原因為液壓機構(gòu)中含有空氣形成的氣泡，造成斷路器同期嚴重不合格。

檢修人員擰下供排油閥的排氣螺釘，打開放氣口，如圖3所示，放掉部分液壓油（直到放出的液壓油中不帶有氣泡為止），而后進行分合閘動作試驗。反復(fù)幾次操作后，測試結(jié)果達到設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 壓力開關(guān)典型故障

斷路器分合閘動作中，如果出現(xiàn)油泵頻繁打壓、電機停轉(zhuǎn)壓力偏高等現(xiàn)象時，可能是壓力開關(guān)組件出現(xiàn)問題所導(dǎo)致，故障原因分析和處理方法如下所示[8]。

（1）壓力開關(guān)組件上推動微開關(guān)的接頭中心未對好，長期偏壓而造成位移，使整定值改變。此時可調(diào)整接頭中心對準(zhǔn)微動開關(guān)的針。

（2）由于微動開關(guān)觸電行程小，加之頻繁動作，因而可造成觸電變形而不能自動返回；或者觸點彈片受潮氧化變質(zhì)，失去原有彈性。此時應(yīng)更換新的觸動開關(guān)。

（3）油壓長期過高，使微動開關(guān)彈簧片疲勞失去作用或動作失靈。檢修或更換微動開關(guān)。

（4）某些觸點長期不動作，表面生成氧化膜而使接觸不良。打磨或更換元件。

3 斷路器液壓機構(gòu)的檢修經(jīng)驗

斷路器故障及隱患的發(fā)現(xiàn)是電力系統(tǒng)檢修工作的長期任務(wù)。斷路器生產(chǎn)工藝技術(shù)的飛速發(fā)展有利于減少故障的發(fā)生，但同時對于檢修人員自身專業(yè)素質(zhì)提出更高的要求。針對液壓操動機構(gòu)的斷高壓路器，檢修工作應(yīng)建立在積累大量經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，注意檢修中的問題，吸收合理化建議，提高的檢修質(zhì)量和工藝水平，從而保證高壓斷路器設(shè)備的安全,可靠和經(jīng)濟運行。

3.1 檢修注意事項

（1）斷路器檢修前應(yīng)將油壓力釋放至零表壓，并處于分閘位置。同時將儲能電機電源斷開。方能進行工作，否則會損壞機構(gòu)組件或造成人員受傷。

（2）1～2級閥組件在拆除解體后，內(nèi)部閥針、閥球極其細小，應(yīng)在分解處的地上鋪一層塑料布，這樣即防止細小零件的丟失，又可防止液壓油滴落地面造成大片油污。同時注意不能使零件與堅硬物碰撞或擠壓，以免變形。

（ 3）更換新的組件、密封圈前，要用干凈的10號航空油清洗，液壓管要用純氮氣吹干，工作人員的手也應(yīng)清洗，確保人手、工具、元器件干凈無雜質(zhì)，新更換的10號航空液壓油必須經(jīng)過過濾，以保持純凈。

（4）補充液壓油后，要適當(dāng)進行排氣操作。

3.2 合理建議

（1）根據(jù)浴盆曲線特性，在設(shè)備投入初期和運行多年后，加大設(shè)備監(jiān)測和檢修力度。每次檢修液壓機構(gòu)應(yīng)過濾或更換航空液壓油，必要時對壓力表等組件進行校驗。

（2）對于運行時間在10年左右的液壓機構(gòu)，如果某元件有原則性問題，對該元件進行更換，并開展同一批次、同一運行年代液壓操作機構(gòu)的檢查檢修，狀況極差的及時提出計劃更換機構(gòu)。對于備品備件的現(xiàn)場檢查和選用，尤其是密封墊的挑選，應(yīng)選取質(zhì)量合格、尺寸合適的配件。決不能把新配件當(dāng)成合格件，必須經(jīng)過仔細檢查和挑選[5]。

（3）加強對現(xiàn)場作業(yè)人員的裝配工藝和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的管理。開展形式多樣的技術(shù)培訓(xùn)，有效提高檢修人員的綜合技能素質(zhì)，加強對各類設(shè)備故障的預(yù)防和消除。

4 結(jié)束語

由于液壓機構(gòu)的斷路器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，通過對斷路器液壓機構(gòu)的常見故障進行深入分析，本文總結(jié)出滲漏、管路混入氣體和壓力開關(guān)問題等故障處理方法，有利于快速、準(zhǔn)確、可靠的解決斷路器檢修中的實際問題，提高現(xiàn)場檢修工作效率。提出的注意事項和合理化建議有助于檢修工作人員提高現(xiàn)場檢修水平，更好的保證設(shè)備和電網(wǎng)的安全運行。

[1]趙晨光.基于圖像測量技術(shù)的高壓開關(guān)機械特性測試方法研究：[碩士學(xué)位論文].保定：華北電力大學(xué)，2009

[2]葉琦婭,戴文進，韓秀清等.高壓開關(guān)機械性能的檢測.江西電力，2001，25（1）：9～26

[3]洪青云.斷路器液壓機構(gòu)故障原因及診斷處理方法.電氣技術(shù)，2010，2：82～83

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[7]楊香澤,郭鵬武等.變電檢修，中國電力出版社，2008

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