惠州蓄能水電廠發電機出口斷路器操作機構故障分析

張立中，王 方

（中國南方電網調峰調頻發電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

惠州蓄能水電廠發電機出口斷路器操作機構故障分析

張立中，王 方

（中國南方電網調峰調頻發電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

分析液壓彈簧操作機構的斷路器出現儲能故障的原因，并提出了預防開關儲能故障的措施，以提高發電設備的可靠性。

斷路器；液壓彈簧操作機構；儲能；故障

1 前言

惠州蓄能水電廠位于廣東省惠州市博羅縣郊區，是一座周調節的純抽水蓄能電站。惠州蓄能水電廠分A、B兩廠，分別安裝4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機-電動發電機組，單機容量為300MW，總裝機容量為2400MW。

惠州蓄能水電廠的8臺發電機出口均采用一機一變的單元接線方式。2013年3月20日，A廠4號機組在停機斷開發電機出口斷路器之后，出現斷路器儲能電機運行時間過長報警，現場檢查斷路器彈簧不能正常儲能。經過全面檢查和分析之后，認為導致彈簧不能正常儲能的原因是液壓操作機構中各部件內部摩擦產生雜質污染液壓油。液壓油中雜質讓密封面密封不嚴，導致高壓油向低壓油腔泄漏，從而使彈簧不能正常儲能。

2 斷路器簡介

惠州蓄能水電廠發電機出口斷路器采用ABB生產的型號為HECPS-3S產品。斷路器為戶內臥式結構、SF6氣體絕緣和滅弧、三相聯動、液壓彈簧操作機構。斷路器的額定電壓24kV，工作電壓18（±10%）kV。設有一個合閘線圈，二個分閘線圈（220V DC 0.5kW Trip II和 220V DC 1.5kW Trip I），具有防跳躍和防失壓慢分能力。

3 故障經過

2013年3月20日，4號機組在11:02:27發正常停機命令，11:03:03機組斷路器UNIT CB 001JD斷開。在11:05:04出現UNIT CB MOTOR LONG TIME RUNNING的報警，即斷路器的儲能電機運行時間過長報警。

4 處理過程及原因分析

由于斷路器的操作機構為液壓彈簧操作機構，涉及到電氣控制回路和機械液壓回路。所以從這兩個方面查找原因。

首先，從電氣控制回路查找。斷路器儲能電氣控制回路如圖1：MO為儲能電機；K4為中間繼電器；S1（71-72）為斷路器彈簧的輔助接點；K5為延時繼電器，整定時間為2min；K63為電機運行時間過長報警輸出中間繼電器；P2為計數器。正常運行情況，彈簧在未儲能位置S1（71-72）接通，K4勵磁，電機開始儲能；同時K5開始計時，當達到2min之后，如果彈簧還未完全儲能，則K5的延時觸點動作，電機電源切斷，同時K63勵磁發出電機運行時間過長報警。

現場檢查二次回路，K5繼電器正常，整定時間正確。K4繼電器正常。彈簧的輔助接點S1（71-72）亦正常，未出現燒蝕粘合現象。K63繼電器也正常工作。因此可以確定不是電氣控制回路的問題。

圖1 斷路器儲能回路電氣控制圖

拆卸掉操作機構外殼，檢查電機、儲能齒輪、彈簧等機構外觀均無異常。操作機構外殼亦無油外漏現象。投入和斷開儲能電機電源空開幾次，嘗試給彈簧儲能，電機有帶動儲能齒輪轉動，但觀察彈簧并未發生任何位移。可以確定是液壓回路故障。

因此，從液壓回路進行查找。液壓回路可能出現的問題有：①油泵故障；②油泵低壓側有空氣；③液壓機構出現滲漏。現場手摸油泵，無發熱現象，油泵運轉正常。為檢查油泵低壓側是否有氣體，用真空泵從操作機構的注油孔處抽真空，使腔內氣體形成負壓，同時轉動儲能齒輪，將管路中的氣體帶出。故障依然存在。

從滲漏方面考慮。液壓機構滲漏分為外部滲漏和內部滲漏兩種。外部滲漏由液壓機構中的各連接元件處接頭松動或者變形造成，一般用肉眼能直接觀察。通過觀察，未發現外部有油滲漏。因此，可以排除。內部滲漏是液壓回路中高壓油與低壓油之間的閥門或者密封面不嚴引起。其原因有閥門變形或者損壞，配合不良，閥門密封損壞或者液壓油內有雜質卡在各閥門或者密封圈處等。這種故障處理比較復雜。需要拆卸相關元件，更換損壞的閥門，密封墊圈，過濾帶雜質的液壓油等。因此，內部滲漏比較難處理。斷路器在分閘位置時儲能與非儲能狀態示意圖如圖2和圖3。

圖2 分閘已儲能

圖3 分閘未儲能

圖2中標注了可能存在滲漏的4個高壓油腔與低壓油腔的密封面。初步懷疑是密封面內卡有細小雜質，導致密封不嚴，出現滲油。

為排除可疑點1，現場采取的措施是用橡膠錘敲打操作機構控制閥組，使卡在其間的雜質能脫落。可疑點2、3暫時不好排除，需對油回路進行解體；為排除可疑點4，現場更換斷路器合閘線圈。其他機組曾出現過因為合閘線圈的原因導致電機頻繁啟動的情況。按以上方法處理后，儲能彈簧仍無法儲能。

圖4 操作機構活塞桿

現場拆出液壓彈簧操作機構，進行檢查。拆出機構后，手動來回推拉斷路器操作機構的活塞桿（圖4）若干次。之后，給儲能電機投上電源，儲能機構能正常儲能。說明確實是某個密封面存在雜質卡塞。為此，為避免事故再次發生，現場使用真空泵更換液壓油。對換下來的油進行觀察，里面有黑色物質。

經分析，由于惠州蓄能水電廠是抽水蓄能電廠，在系統中起調峰調頻的作用。機組開停機比較頻繁。雖然4號機組斷路器僅投運4年，但斷路器操作次數達2000多次。斷路器頻繁的動作，導致操作機構內部各部件頻繁動作，內部各部件摩擦會產生雜質污染液壓油。細小的雜質日積月累，導致密封面密封不嚴，從而使高壓油向低壓油腔泄露，影響機組斷路器液壓彈簧儲能機構不能正常儲能。

5 預防措施

斷路器的操作機構是斷路器的重要組成部分，它的故障直接影響開關的運行。因此，為防止出現類似儲能故障，保障機組的可靠運行，在運行維護過程中要特別關注操作機構。具體從以下幾方面著手：①巡視過程中，觀察儲能電機動作次數與斷路器的動作次數是否匹配。正常情況下，儲能電機的動作次數為斷路器動作次數的兩倍。如儲能電機的動作次數過多，則有可能出現彈簧儲能不能保持，需對液壓回路進行檢查。②定期更換液壓油，以降低液壓油中的雜質含量，確保各密封面干凈。③檢查油位是否正常。如果油位與初始油位有不同，則可能出現滲漏。④定期維護電機，檢查其碳刷長度是否滿足要求，電機發熱是否異常，運行有無異響等。⑤檢查儲能齒輪是否正常。⑥對液壓回路中的接口，定期進行檢查緊固。⑦補充液壓油之后，要注意排氣。⑧定期對電氣回路的繼電器進行檢驗，防止誤報警，誤動作。⑨儲備適量備件。

6 結束語

惠州蓄能水電廠是一座周調節的純抽水蓄能電站，在系統中承擔調峰、填谷、調頻、調相和事故備用的任務。機組開停機頻繁，對電氣設備的要求也比較高。機組出口斷路器是發電廠重要設備之一，其故障直接影響機組的運行。而斷路器最常見的故障是操作機構的故障。因此在日常巡視以及定檢工作中，要加以重視。

[1]劉培民.LW6斷路器液壓機構故障的分析和探討[J].機械研究與應用，2008，21（6）.

TM561

B

1672-5387（2015）S-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.015

2015-10-22

張立中（1985-），男，助理工程師，從事水電廠檢修維護工作。