一起水電站發(fā)電機(jī)斷路器操作機(jī)構(gòu)故障的處理與分析

毛業(yè)棟，嚴(yán)天明

（中國(guó)長(zhǎng)江電力檢修廠，湖北 宜昌443000）

1 引言

近年來(lái)，發(fā)電機(jī)斷路器（GCB）在水電廠中已經(jīng)得到了廣泛使用。它的使用，一方面能夠優(yōu)化發(fā)電機(jī)同期條件，大大降低了廠用電運(yùn)行方式切換引起的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高了電力生產(chǎn)可靠性。同時(shí)，發(fā)電機(jī)斷路器的投入，大大簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性[1-4]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，操作機(jī)構(gòu)故障比例占斷路器故障的43.5%[5]。國(guó)內(nèi)某公司對(duì)該公司所管理的斷路器故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，SF6斷路器的液壓操作機(jī)構(gòu)故障率占斷路器總故障的80%以上[6]。我公司下屬流域梯級(jí)電站共安裝有不同廠家生產(chǎn)的各型號(hào)發(fā)電機(jī)斷路器50臺(tái)，其中最長(zhǎng)運(yùn)行年限18年，最短運(yùn)行年限5年；多年運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)顯示，我公司所轄發(fā)電機(jī)斷路器操作機(jī)構(gòu)故障占斷路器故障的72.5%。以上數(shù)據(jù)均表明操作機(jī)構(gòu)故障已經(jīng)逐漸成為發(fā)電機(jī)斷路器的主要故障類型，嚴(yán)重威脅著設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電廠應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)斷路器操作機(jī)構(gòu)的日常維護(hù)和檢查，及時(shí)消除缺陷，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 故障情況介紹

長(zhǎng)江流域某大型水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)斷路器采用某國(guó)際公司生產(chǎn)制造的HEC3-R型發(fā)電機(jī)斷路器并配備HMB4.5型液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)。該臺(tái)斷路器2005年投入運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行電壓13.8kV，最大開(kāi)斷電流9000A，在發(fā)生本次故障前整體運(yùn)行狀態(tài)良好。2016年4月斷路器進(jìn)行常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)，在進(jìn)行斷路器合閘試驗(yàn)過(guò)程是：操作機(jī)構(gòu)發(fā)生合閘故障，操作機(jī)構(gòu)合閘狀態(tài)時(shí)，斷路器A、C相合閘正常，B相合閘異常且試驗(yàn)儀器顯示B相未合閘?，F(xiàn)場(chǎng)初步檢查發(fā)現(xiàn)斷路器B相傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的拐臂轉(zhuǎn)動(dòng)方向與正常情況相反并超過(guò)臨界點(diǎn)落入死區(qū)，導(dǎo)致合閘故障。

3 故障原因排查

在故障發(fā)生后對(duì)斷路器故障原因進(jìn)行排查，確定了斷路器故障位置位于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在進(jìn)一步的檢查中還發(fā)現(xiàn)斷路器操作機(jī)構(gòu)液壓油異常，詳細(xì)情況如下。

3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障

檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)正常合閘的A、C相拐臂與鏈接桿拐臂的夾角為179°（圖1），與設(shè)備的正常狀態(tài)相符。檢查發(fā)現(xiàn)斷路器B相傳動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘時(shí)，故障的B相拐臂與鏈接桿拐臂的夾角遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)180°（圖2），超過(guò)了臨界點(diǎn)并落入死區(qū)，導(dǎo)致合閘異常。

3.2 操作機(jī)構(gòu)液壓油乳化

操作機(jī)構(gòu)檢修期間，檢修人員對(duì)操作機(jī)構(gòu)液壓油進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)液壓油顏色呈暗紅色，油質(zhì)明顯渾濁，與合格的新液壓油對(duì)比，本臺(tái)操作機(jī)構(gòu)的液壓油乳化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，初步判斷本臺(tái)機(jī)構(gòu)的液壓油已經(jīng)發(fā)生變性。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)液壓油質(zhì)量，按照標(biāo)準(zhǔn)（SH 0358-199510號(hào)航空液壓油）對(duì)液壓油成分進(jìn)行化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)液壓油含水量嚴(yán)重超標(biāo)，含水量達(dá)6000μL/L，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了本臺(tái)機(jī)構(gòu)的液壓油油質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

圖1 正常的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（合閘位置）

圖2 故障的B相傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（合閘位置）

3.3 操作機(jī)構(gòu)更換

除液壓油乳化以外，對(duì)于操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部是否存在其他缺陷存在疑問(wèn)，為了不影響設(shè)備運(yùn)行，更換了該臺(tái)發(fā)電機(jī)斷路器操作機(jī)構(gòu)和B相傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的拐臂和鏈接桿拐臂。設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行，同時(shí)決定擇機(jī)對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查。

4 操作機(jī)構(gòu)解體檢查

2017年3 月，按計(jì)劃對(duì)本臺(tái)斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn)高壓油缸堵頭特氟隆密封圈碎裂，碎裂的密封圈碎片已經(jīng)部分掉落。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)分閘緩沖塊卡阻，連桿與緩沖塊接觸面變形，高壓缸內(nèi)壁存在劃痕。

對(duì)操作機(jī)構(gòu)低壓油缸檢查發(fā)現(xiàn)低壓油缸中有油泥沉積在缸壁內(nèi)。

5 故障原因分析

（1）由于操作機(jī)構(gòu)液壓油中存在水分，導(dǎo)致液壓油乳化并產(chǎn)生酸性物質(zhì)腐蝕密封圈，加速密封圈老化并產(chǎn)生裂紋[7]。斷路器分合閘沖擊力進(jìn)一步加速密封圈裂紋的發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致密封圈碎裂。碎裂的密封圈充斥在高壓缸體內(nèi)部，導(dǎo)致缸體產(chǎn)生劃痕；同時(shí)碎裂的密封圈混入液壓油中，導(dǎo)致部分油管路堵塞。

（2）密封圈碎片導(dǎo)致分閘緩沖塊卡阻，分閘緩沖塊失去緩沖作用。斷路器分閘時(shí)，工作連桿撞擊分閘緩沖塊，導(dǎo)致工作連桿與分閘緩沖塊發(fā)生變形。

（3）由于分閘緩沖失效，分閘速度不能在達(dá)到末端前提前減速，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拐臂由于慣性作用沖過(guò)臨界點(diǎn)進(jìn)入死區(qū)，引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效，最終導(dǎo)致斷路器分合閘故障。

6 結(jié)語(yǔ)

由于斷路器安裝在戶內(nèi)，排除操作機(jī)構(gòu)進(jìn)水的可能。進(jìn)一步分析斷路器操作機(jī)構(gòu)液壓油中水分的來(lái)源，最大的可能性就是操作機(jī)構(gòu)注油時(shí)，油品不合格或者沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行注油，導(dǎo)致潮濕空氣進(jìn)入缸體內(nèi)部。

研究發(fā)現(xiàn)，操作機(jī)構(gòu)液壓油污染尤其是水分污染會(huì)降低液壓油的潤(rùn)滑性能，進(jìn)而引起液壓系統(tǒng)磨損加速，從而導(dǎo)致液壓油使用壽命縮短[7-8]。通過(guò)本次斷路器操作機(jī)構(gòu)檢修，我們對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)了操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部損壞的情況，并根據(jù)油品變質(zhì)情況對(duì)故障的原因進(jìn)行了深入的剖析，尋找到了故障的本質(zhì)原因，這對(duì)于指導(dǎo)以后的操作機(jī)構(gòu)巡檢和維護(hù)具有重要意義。

本次故障處理提示我們要加強(qiáng)液壓油檢測(cè)，通過(guò)外觀觀察和化學(xué)檢測(cè)手段，定期檢測(cè)液壓油品質(zhì)及污染情況。一旦發(fā)現(xiàn)液壓油存在污染情況應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢修并更換操作機(jī)構(gòu)液壓油。需要注意的是，液壓油更換需嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行真空注油，防止潮氣進(jìn)入油缸。