SF6斷路器操作機構缺陷分析及處理

秦 睿，楊 萍，屈傳寧，汪紅燕

(1.甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

SF6斷路器操作機構缺陷分析及處理

秦 睿1，楊 萍1，屈傳寧2，汪紅燕1

(1.甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

對甘肅電網750kV罐式SF6斷路器操作機構近年來發現的缺陷和故障情況進行了梳理，針對750kV LW56-800/Y5000-50型罐式SF6斷路器配置的HDA-8型氮氣儲能液壓操作機構在投運前和正常運行中發現的主要缺陷和故障，分析其產生的主要原因，提出了缺陷處理的方法并制定了相關的防范措施。

斷路器；操作機構；缺陷；原因分析；防范措施

國家西電東送戰略目標的實施，推動了甘肅750kV電網的大規模建設和快速發展。目前，甘肅省境內750kV電網已形成了與陜西、青海、寧夏、新疆等省間24回750kV線路相聯的西北骨干網架，建成的7座750kV變電站全部采用國產設備，其中2座站采用氣體絕緣金屬封閉開關(GIS)，剩余5座站選用罐式SF6斷路器。其中，LW56-800/Y5000-50型斷路器配置HDA-8型氮氣儲能液壓操作機構，LW13-800/Y500-50(G)型斷路器配置CY15型液壓操作機構，800PM50-50T型斷路器配置彈簧操作機構。自投運以來，斷路器運行基本穩定，但操作機構缺陷頻現，且主要集中出現在啟動投運前，但也有部分隱患遺留到運行階段，成為影響電網安全運行的主要因素。

1 主要缺陷和故障

通過對2個750kV變電站罐式LW56-800/Y5000-50型SF6斷路器配置的HDA-8型氮氣儲能液壓操作機構在投運前和運行中發現的缺陷進行統計歸類分析，發現合閘速度較慢、合閘時間較長、油泵頻繁起動、補壓時壓力不增加、滲漏油和壓力控制組件的動作性能差，是該型斷路器操作機構存在的普遍性缺陷。

1.1 合閘時間和合閘速度與技術協議有差異

該型SF6斷路器配置的HDA-8型氮氣儲能液壓操作機構均為同一廠家生產，在進行出廠機械特性試驗時均出現合閘時間和合閘速度與技術協議要求有差異的現象，存在合閘速度較慢、時間較長等問題。測試數據如下。

(1) 其中8臺斷路器技術協議規定的合閘時間≤70ms，合閘速度≥4 m/s，而出廠試驗時合閘時間為77.1 ms，合閘速度為3.42 m/s。

(2) 另4臺斷路器技術協議規定合閘時間為48～60ms，合閘速度為(4.5±0.5) m/s，而出廠試驗時合閘時間為55～80ms，合閘速度為(3.8±0.4) m/s。

1.2 合閘和分閘狀態下油泵頻繁起動打壓

對于不同的操作機構，油泵每天起動的次數也不相同。通常在斷路器無操作的情況下，每相機構的油泵每天允許起動10次(月平均值)。若油泵起動次數大于10次，則須對機構加強觀察；若起動次數每天大于20次，則須對內部密封進行檢查。對運行的多臺斷路器操作機構平均每天打壓次數的統計結果為十幾到幾十次，甚至在油壓下降未達到油泵啟動壓力時就發出重合閘閉鎖信號，出現頻繁打壓的現象，從而導致電機燒毀。

1.3 機構打壓模塊補壓時系統壓力不增加

通常，不論液壓操作機構在合閘位置還是在分閘位置，儲壓器都處在常高壓狀態，以實現斷路器的分、合閘操作。HDA-8型儲能液壓操作機構額定操作壓力為37MPa，油泵啟動壓力為(35±0.5) MPa，若操作機構壓力﹤35 MPa，則油泵需啟動補壓至37 MPa。但在運行中發現有的操作機構在儲能狀態下的補壓過程中，電機工作正常，并且圓錐齒輪副的嚙合運轉也都正常，但系統壓力不增加，從而造成運行中斷路器無法實現分閘和合閘操作。

1.4 結合面部位滲漏油

液壓機構控制模塊螺堵、儲壓器螺栓、放油閥、二級閥、工作缸與儲壓器連接面等部位滲漏油，不但會影響到設備的清潔，而且會引起油泵的頻繁起動打壓或補壓時間過長。此外，若閥體、工作缸與儲壓器之間的連接套處大量滲油，會造成失壓故障；液壓油進入儲壓器后，還會使氮氣側壓力異常升高，從而導致臨修、誤動，影響設備的安全運行。

1.5 機構加熱器質量和加熱效果差

機構箱加熱器不能連續工作，經常損壞，加熱及恒溫效果不良，會造成機構箱中溫度低，導致油位下降而看不到油位。同時，在低溫時，油泵啟動頻繁，會造成電機燒毀。

1.6 控制組件開關可靠性差

在對壓力控制開關的動作壓力值調整過程中，出現了動作值和返回值穩定性差、接點動作后暫未返回等問題。

2 原因分析

2.1 合閘時間和速度與技術協議有差異的原因

加工工藝水平不高，制造質量不良，導致750kV罐式SF6斷路器合閘速度比技術要求的慢，造成合閘時間較長，進而可能引發斷路器在合閘過程中斷口預擊穿時間延長。這一方面對合閘電阻的熱容量提出了更高要求，另一方面還可能造成觸頭燒損。

2.2 分、合閘狀態下油泵頻繁起動打壓的原因

(1) 工藝不良造成二級閥芯與閥座兩者配合不夠精確，隨著閥芯在閥座內發生轉動，導致密封線封閉不良，造成內漏。

(2) 壓控開關“油泵啟動”與“油泵停止”2個壓控接點之間行程配合位置過小，受環境溫降低影響，2個接點的動作壓差變小，致使油泵補充壓力值過小，在停泵后壓力微降即可造成油泵隨機啟動。

(3) 材料性能差，不穩定，造成儲能電機啟動與停止壓力開關波紋管出現金屬性疲勞，導致油泵啟動與油泵停止壓差值過小(36.5/37 MPa)，受環境溫度的影響出現打壓頻繁現象。

2.3 斷路器機構系統壓力不增加的原因

(1) 注油方式不當或在分、合閘操作過程中產生一定量的氣體混入油泵副的柱塞腔中，當柱塞向高壓系統泵注油時，高壓進油口將不會被打開，造成系統無法補壓。

(2) 低壓油路中油流不暢。現場檢查某相斷路器操作機構時發現，由于在出廠或現場安裝時的裝配方式不當，有一段油箱蓋密封圈脫落，并隨著系統打壓而混入低壓通道靠近濾芯處，造成低壓油路油流不暢通，導致運行中機構打壓模塊補壓時系統壓力不增加。

2.4 機構滲漏油的原因

對發生滲漏油的操作機構進行解體檢查發現，存在換向閥處加工工藝孔堵頭螺絲復合墊圈損壞、二級閥閥芯關閉不嚴以及接觸面加工精度不夠、放油閥內部接頭卡套制作不良、工作缸與儲壓器之間的連接套尼龍擋圈和橡膠密封墊圈破損等缺陷。其中，擋圈及密封圈產生損傷是由于連接套與連接孔之間的軸向、徑向間隙較大所造成的。由于設計缺陷造成工作缸與儲能器之間的連接套與連接孔之間的配合公差較大，導致擋圈及密封圈產生損傷，進而導致工作缸與儲壓器之間的連接套密封不良。

2.5 機構加熱器質量和加熱效果差的原因

由于國產設備首次設計使用大功率斷路器操作機構，對低溫、晝夜溫差大等環境因素的影響考慮不足，設計時將操作機構溫控器放置在機構箱內部(設置于匯控柜內)，導致加熱器在低溫下不能及時啟動。此外，機構箱加熱器的設計功率不足，不能連續工作，致使加熱及恒溫效果差，造成機構箱中溫度低，導致油位下降看不到油位。

2.6 控制組件開關可靠性差的原因

由于壓力組件行程開關本身的接點動作行程很小，壓力開關的動作性能受環境溫度和其動作穩定性的影響較大，因此，需要進行多次現場調校。同時，由于油泵啟動值與重合閘閉鎖值之間的壓力動作間隔較小，調校不到位時容易出現壓力降低后先重合閘閉鎖動作，后油泵啟動的不正常順序。

3 處理方法

針對該型SF6斷路器HDA-8型氮氣儲能液壓操作機構暴露的主要故障和缺陷原因，采取了以下的處理方法。

(1) 對于合閘速度較技術要求慢、合閘時間較長等問題，因該斷路器已成型，故結構無法更改，此2項參數很難改變。已要求制造廠家對該產品進行相應試驗，一方面確定合閘時間延長對合閘電阻的影響程度，另一方面掌握觸頭的燒損情況，以保證設備安全可靠地運行。

(2) 制造廠已將所有同類型的二級閥桿及控制閥體(成套裝配)更換為質量等級更高的產品，并進行調試及機械特性試驗，消除了二級閥芯與閥座的密封線封閉不嚴、油泵頻繁起動打壓的缺陷。

(3) 調整壓力開關“油泵啟動”與“油泵停止”動作接點之間的壓差值，對液壓機構壓力開關定值除了按要求進行調整外，還應滿足：

① 保證補壓停泵壓力回穩后大于起泵壓力1.5 MPa；

② 保證起泵壓力大于35 MPa，起泵壓力與重合閘警報之間的差值為0.5 MPa；

③ 各閉鎖點與報警點之間的差值大于0.3 MPa；

④ 減少油泵頻繁起動打壓。

(4) 通過增大加熱器功率及加裝防寒被、確保在冬天機構內部溫度保持在0℃以上，以解決由于機構溫度下降造成2個接點的動作壓差變小的問題。針對儲能電機啟動與停止壓力開關波紋管出現金屬性疲勞的情況，采取更換壓控開關，重新調整各動作接點的壓力值，消除油泵啟動與停止壓差值過小的缺陷，降低合閘和分閘狀態下油泵頻繁起動打壓的次數等措施加以改善。

(5) 采用抽真空注油方式更換液壓油，在現場傳動操作后直至帶電前，將系統壓力降到零壓狀態，并使高壓放油閥處于打開位置，啟動打壓模塊，持續大約5 min。將由于機構分、合閘操作而混入低壓油腔中以及柱塞腔中的氣體充分排出，以消除斷路器在運行中操作機構打壓模塊補壓時系統壓力不增加的缺陷。

(6) 將連接套的材質由不銹鋼更換為經熱處理后的優質鋼材料，并在滿足油流通路面積的前提下增加新連接套的壁厚，以增加連接強度。同時，重新優化設計連接套與連接孔之間的軸向、徑向金屬間隙，并對各結合面復合墊圈進行了更換，至今再未發現滲漏油現象。

(7) 采用進口溫控器安裝于機構箱內，保證溫控器及加熱器在同工況下工作。更換長時工作制的電加熱器，確保在設定溫度下準確地啟動與切除。在操作機構箱外殼加裝防寒保溫罩套，以達到在冬季減少機構箱中熱量散失、夏季防止烈日照射的目的，確保機構油位正常、壓控開關在較正常的環境中工作，以消除機構箱加熱器加熱效果及恒溫效果不良的缺陷。

(8) 現場檢修時，對壓力組件行程開關動作性能和關鍵接點動作值進行了反復檢查校核，對于通過多次調校仍效果不佳的壓力組件，采取整體更換的方法，徹底消除液壓系統壓力控制組件開關動作不可靠的缺陷。

4 防范措施

(1) 建立業主、監造、制造廠溝通協調機制，促使制造廠家針對運行單位反映的設備質量問題，從產品設計、材料質量控制、制造工藝及出廠試驗等關鍵環節加強對產品質量的管控，提升設備設計、制造工藝和售后服務水平。

(2) 以各設備制造廠商為主，對各自已運行的設備開展一次全面的安全質量評估工作，對存在質量問題的設備，由制造廠商提出完善化方案，結合設備大修、技改方案予以整改。

(3) 建立供應商、監造方質量追溯制度，將主設備制造過程中反映出的問題記錄在案，必要時追究廠家和監造方責任。

(4) 運行單位要深度介入工程設計、建設施工等環節。對照設備合同技術規范及監造大綱要求，認真審核設備主要原材料、關鍵組部件選型，開展材料及組部件質量抽檢，重點加強設備制造關鍵材料、關鍵工藝和關鍵試驗過程的監督力度，有針對性地開展抽檢工作。

(5) 加強設備現場安裝工藝控制，保證設備安裝環境條件，嚴格執行安裝程序和工藝要求，切實把好設備現場安裝質量關。

(6) 嚴把驗收質量關，嚴格執行交接試驗規程和驗收規范，確保驗收項目齊全、試驗方法及結果符合標準，在投產前有效化解大部分設備的質量安全風險，確保設備“零缺陷”移交生產運行。

1 劉振亞．特高壓電網[M]．北京：中國經濟出版社，2005.

2 崔景春，袁大陸，杜彥明．SF6斷路器操動機構的運行可靠性和選型探討[J]．高壓電器，2001,37(2).

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4 王季梅．論開發750kV超高壓真空斷路器的必要性[J]．電力設備，2004，5(9).

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2012-08-28）