斷路器液壓操動機構故障問題分析

摘要：本文分析了斷路器頻繁打壓的原因，提出通過排氣和制作自動排氣裝置來解決低壓油回路中存在的空氣，取得了較好的成效。

關鍵詞：斷路器;原因分析;排氣

國內斷路器液壓操作機構由于使用的材料和制造工藝等問題，經常出現液壓系統泄漏造成壓力下降。壓力下降時蓄壓筒的活塞桿會向下移動，接觸到打壓開關時，電動機打壓電路接通油泵補壓，如果泄漏的故障沒有被排除，則會反復補壓，油泵啟動次數將越來越頻繁，從而導致油泵損壞。一旦發生短路，斷路器無法跳閘保護設備，對變電站的安全運行造成威脅。

1 斷路器頻繁打壓原因分析

1.1 液壓系統內部泄漏

斷路器液壓系統閥塊或油監控存在內泄會引起頻繁打壓，排除密封件本身存在問題的影響后，該現象與液壓系統管道內部有雜質或液壓油不清潔有關。操作斷路器后，雜質進入閥塊或油監控系統，造成密封不嚴密引起頻繁打壓，往往多操作幾次斷路器并過濾液壓油可得到消除。

1.2 溫差變化

氣溫下降會引起頻繁打壓，此現象的主要特點是大多在晚上發生，斷路器白天可能經過操作，環境溫度下降時1小時內可啟動2～3次，到第2天白天溫度上升后頻繁打壓現象消失。其原因是儲能筒內N₂壓力隨溫度下降而下降（溫度每變化1℃，N₂壓力將變化0.1MPa），導致液壓系統壓力下降引起油泵啟動。此現象為定容控制出現的現象，定壓控制無此現象，一般無需處理。

1.3 安全閥動作

同樣因環境溫度急劇上升可導致安全閥動作引起頻繁打壓，此現象多出現在液壓系統內部泄漏量相對較少的機構上，正常投運的斷路器一般處于較高的油壓，當環境溫度急劇上升時，油壓亦急劇上升，當油壓上升到一定值時，油監控器上的安全閥動作，由于安全閥內彈簧長期受高壓油作用，一旦安全閥打開，其完全關閉（彈簧恢復）需要建立新的平衡點，在此過程中油泵會頻繁起動。此現象的主要特點一是環境溫度急劇上升（特別是在春季前后），二是打壓時間間隔會隨著時間的推移慢慢變長，過幾個小時后，基本能恢復到一小時一次，以后完全恢復正常。

1.4 氮氣泄漏

氮氣泄漏會造成油泵的頻繁補壓，而氮氣泄漏報警信號發出，同時會閉鎖合閘，進而閉鎖自動重合閘，幾小時后還會閉鎖分閘，因此對該類型故障要特別重視。但除了真正的氮氣泄漏，必須在制造廠允許的時間內將斷路器退出運行外，對于由二次回路或元器件所引起的氮氣泄漏報警，可以在允許的情況下采取別的處理手段排除故障。

1.5 液壓系統內有氣體

液壓系統內部積累了較多的空氣后會影響油泵的工作效率，此時會出現兩種現象：一是高壓油內的空氣通過低壓油箱排出后使實際油壓下降，油壓在低于啟動值后，油泵啟動，反復地發生就表現為頻繁打壓;二是油系統中某些結構上部會積聚氣體，油的傳輸將發生速度改變，如果氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內油面低于活塞口上部，泵出力受到影響，油泵建不起油壓。油泵長時間運轉而壓力卻仍未達到額定值，此時貯能超時繼電器（一般整定為3 min）就要動作，切斷油泵電機回路，這種情況發生時必須進行排氣處理，才可使其能正常建壓。

1.5.1 常壓油箱內空氣滲入

持此種觀點的分析認為，由于液壓動力系統本身的特點，在壓力釋放時，合閘腔內的高壓油排泄到常壓油箱（即回油箱），而常壓油箱是通過濾網和大氣進行呼吸的，因此液壓系統內部不會完全與空氣隔離，建壓時的航空油是從常壓油箱吸取的，這是空氣進入系統內部的唯一通道，在分閘操作時可明顯地看到常壓油箱內釋放出的液壓油帶有大量的氣泡，而此時打壓就會將含有氣泡的油重新吸入內部，隨著操作次數的增加，內部的氣泡也會積累得越多。但此觀點尚無法驗證，國產CY5 液壓機構也是相同結構而油泵內卻無空氣產生。

1.5.2 貯壓筒內氮氣滲入

還有一種可能是氮氣從儲壓筒的氮氣側向液壓油側滲漏，這種判斷可以通過實驗得到驗證（見圖1）：

圖1" 氮氣儲能筒結構

將SF₆氣體預先充在貯壓筒的氮氣內（儲能筒正常運行所允許的氮氣泄漏率0.1MPa/年，為便于檢測氮氣內預充了約1%的SF₆氣體），經分合操作后，若從油泵排出的氣體當中檢出含有SF₆成分，即可確定液壓系統內部氣體的來源。

2 解決辦法

2.1液壓系統的手動排氣

由于氣體的存在，油泵不能有效地將液壓油從低壓部分輸出到高壓部分，進而出現油泵持續運轉油壓還是不能升高的情況，嚴重時（油泵持續運轉12h以上）油泵還會由于液壓油自潤滑功能被氣體削弱導致相關的電氣故障（接觸器燒毀）。要使設備能正常運行，人工排氣就成為必然。

排氣又分為帶電排氣和停電排氣兩種方法，作為應急處理，可在開關運行時將油泵的排氣口螺栓打開，通過運轉油泵將內部空氣排出，但這種方法不能完全排除內部的汽泡，另一種是利用開關停役機會對液壓系統全部進行排氣，此時可以發現貯壓筒內比油泵排出的氣泡多得多，而且排氣時間也較長（要近1h才能排空）。

（1）停電排氣

對全部液壓系統（包括油泵、儲能筒、油缸）進行排氣時斷路器需要退出運行。對斷路器的油泵進行排氣時應注意油泵頂部的排氣孔小螺栓為紫銅螺栓—表面有鍍層，擰緊時切勿擰斷。處理過程中因為斷路器機構直流回路帶電，工作人員注意直流觸電的危險性。具體的步驟為：

1）關閉油泵回路的電機電源，將液壓系統的油壓卸到零壓;

2）將油泵上的排氣孔小螺栓松開（3～4圈），保持在松開的狀態，當排出的油無氣泡時，擰緊排氣孔小螺栓（稍微擰緊即可）;

3）接通油泵回路的電機電源，讓油泵空轉約5min（此時卸壓螺栓保持在卸壓狀態）;

4）反復以上步驟2～3次，直至油泵內無氣體排出;

5）對儲能筒進行排氣（油泵空轉），直至缸體儲能筒排氣口流出的液壓油無氣泡為止：①打開儲能筒排氣孔;②將排氣孔出油口連接到開關的油箱內部，確保由該排氣螺栓流出的液壓油全部流入開關的油箱;③油泵空轉，直至有液壓油從出油口流出;④當流出的液壓油達到一定的量時（5L左右），由此部位流出的液壓油不含任何氣泡，儲能筒排氣結束。

6）對液壓缸進行排氣（油泵空轉），直至液壓缸排氣口流出的液壓油無氣泡為止：①打開液壓缸排氣孔;②將排氣孔出油口連接到開關的油箱內部，確保由該排氣螺栓流出的液壓油全部流入開關的油箱;③油泵空轉，直至有液壓油從出油口流出;④當流出的液壓油達到一定的量時（5～10L左右），由此部位流出的液壓油不含任何氣泡，液壓缸排氣結束。

7）液壓系統恢復正常壓力后，在系統允許的情況下，分合開關2～3次;

8）卸壓，再次檢查確認油泵內有無氣體存在;

9）排氣結束后，關閉油泵排氣螺栓，注意檢查氮氣儲能筒的氮氣預充壓力、從零壓開始的儲能時間以及O-CO（分-合分）操作后的壓力降低以及重新儲能時間;

10）校驗開關液壓系統的相關的壓力接點的設定值，確認相關的油壓接點動作值的準確無誤，以保證液壓儲能系統的正常運行;

11）將開關的卸壓螺栓旋出至運行位置并用鎖緊螺母鎖緊。

（2）帶電排氣

由于供電可靠性要求，發生頻繁打壓的斷路器通常為帶電排氣，此時的排氣就僅限于對油泵進行排氣。運行排氣要特別注意液壓系統壓力必須大于重合閘的閉鎖壓力，防止線路短時故障的重合閘壓力閉鎖（30.8MPa）及永久性故障時的分閘壓力閉鎖（25.3MPa）。同時防止誤碰分合操作按鈕、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。

2.2液壓系統的自動排氣

液壓油系統的油路由于結構上某些高端處存在積聚的氣體，油的傳輸將發生速度改變，如果氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內油面底于活塞口上部，泵功率就受到影響，使得油泵建壓效率降低，造成油泵長時間運行或頻繁打壓。

基于上述分析形成了自動排氣閥的工作原理：將油泵上的排氣孔打開，直接引到自動排氣閥。當液壓油系統中有空氣時，氣體聚集在排氣閥的上部，閥內氣體聚積，壓力上升，當氣體壓力大于系統壓力時，氣體會使腔內油面下降，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，關閉排氣口，使系統中的空氣能自行排除，從而確保設備安全穩定運行。自動排氣閥的結構見圖2。

自動放氣裝置是在設備的油路中聚集氣體的上部裝一只集氣盒，當氣體在集氣盒達到一定的氣量時浮球下降，排氣孔打開—氣體排出—浮球上升—排氣孔關閉。該裝置利用浮球加杠桿的機械組合簡單、可靠。該裝置氣密性經過在2倍的實際壓差中檢驗。

裝置設有手動強制排氣閥，當操作人員巡視時可根據油面情況利用該閥進行手動排氣，同時可由標油面高低的變化，確認系統的工作情況，當操作人員強制排氣時，須觀察油標的油面，以免溢油。

3 結語

通過對自動排氣裝置的實際應用情況反饋，于2009年10月安裝了該裝置試用的5臺斷路器，均未有頻繁打壓的情況發生，階段性的驗證取得了預期的效果。