一起水電站發電機斷路器操作機構故障的處理與分析

毛業棟，嚴天明

（中國長江電力檢修廠，湖北 宜昌443000）

1 引言

近年來，發電機斷路器（GCB）在水電廠中已經得到了廣泛使用。它的使用，一方面能夠優化發電機同期條件，大大降低了廠用電運行方式切換引起的停機風險，進而提高了電力生產可靠性。同時，發電機斷路器的投入，大大簡化了保護接線，提高了機組的運行可靠性[1-4]。根據相關數據統計，操作機構故障比例占斷路器故障的43.5%[5]。國內某公司對該公司所管理的斷路器故障進行統計發現，SF6斷路器的液壓操作機構故障率占斷路器總故障的80%以上[6]。我公司下屬流域梯級電站共安裝有不同廠家生產的各型號發電機斷路器50臺，其中最長運行年限18年，最短運行年限5年；多年運行維護數據顯示，我公司所轄發電機斷路器操作機構故障占斷路器故障的72.5%。以上數據均表明操作機構故障已經逐漸成為發電機斷路器的主要故障類型，嚴重威脅著設備的安全穩定運行。發電廠應加強發電機斷路器操作機構的日常維護和檢查，及時消除缺陷，保障設備安全穩定運行。

2 故障情況介紹

長江流域某大型水力發電廠發電機斷路器采用某國際公司生產制造的HEC3-R型發電機斷路器并配備HMB4.5型液壓彈簧操作機構。該臺斷路器2005年投入運行，長期運行電壓13.8kV，最大開斷電流9000A，在發生本次故障前整體運行狀態良好。2016年4月斷路器進行常規預防性試驗，在進行斷路器合閘試驗過程是：操作機構發生合閘故障，操作機構合閘狀態時，斷路器A、C相合閘正常，B相合閘異常且試驗儀器顯示B相未合閘?，F場初步檢查發現斷路器B相傳動機構的拐臂轉動方向與正常情況相反并超過臨界點落入死區，導致合閘故障。

3 故障原因排查

在故障發生后對斷路器故障原因進行排查，確定了斷路器故障位置位于傳動機構，在進一步的檢查中還發現斷路器操作機構液壓油異常，詳細情況如下。

3.1 傳動機構故障

檢查傳動機構的狀態發現正常合閘的A、C相拐臂與鏈接桿拐臂的夾角為179°（圖1），與設備的正常狀態相符。檢查發現斷路器B相傳動機構合閘時，故障的B相拐臂與鏈接桿拐臂的夾角遠遠超過180°（圖2），超過了臨界點并落入死區，導致合閘異常。

3.2 操作機構液壓油乳化

操作機構檢修期間，檢修人員對操作機構液壓油進行檢查，發現液壓油顏色呈暗紅色，油質明顯渾濁，與合格的新液壓油對比，本臺操作機構的液壓油乳化現象較為嚴重，初步判斷本臺機構的液壓油已經發生變性。為了進一步檢驗液壓油質量，按照標準（SH 0358-199510號航空液壓油）對液壓油成分進行化驗，發現液壓油含水量嚴重超標，含水量達6000μL/L，通過試驗驗證了本臺機構的液壓油油質不達標。

圖1 正常的傳動機構（合閘位置）

圖2 故障的B相傳動機構（合閘位置）

3.3 操作機構更換

除液壓油乳化以外，對于操作機構內部是否存在其他缺陷存在疑問，為了不影響設備運行，更換了該臺發電機斷路器操作機構和B相傳動機構的拐臂和鏈接桿拐臂。設備恢復正常運行，同時決定擇機對操作機構進行解體檢查。

4 操作機構解體檢查

2017年3 月，按計劃對本臺斷路器操作機構進行解體檢查。檢查發現高壓油缸堵頭特氟隆密封圈碎裂，碎裂的密封圈碎片已經部分掉落。進一步檢查發現分閘緩沖塊卡阻，連桿與緩沖塊接觸面變形，高壓缸內壁存在劃痕。

對操作機構低壓油缸檢查發現低壓油缸中有油泥沉積在缸壁內。

5 故障原因分析

（1）由于操作機構液壓油中存在水分，導致液壓油乳化并產生酸性物質腐蝕密封圈，加速密封圈老化并產生裂紋[7]。斷路器分合閘沖擊力進一步加速密封圈裂紋的發展，進而導致密封圈碎裂。碎裂的密封圈充斥在高壓缸體內部，導致缸體產生劃痕；同時碎裂的密封圈混入液壓油中，導致部分油管路堵塞。

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

（3）由于分閘緩沖失效，分閘速度不能在達到末端前提前減速，導致傳動機構拐臂由于慣性作用沖過臨界點進入死區，引起傳動機構失效，最終導致斷路器分合閘故障。

6 結語

由于斷路器安裝在戶內，排除操作機構進水的可能。進一步分析斷路器操作機構液壓油中水分的來源，最大的可能性就是操作機構注油時，油品不合格或者沒有嚴格按照規范進行注油，導致潮濕空氣進入缸體內部。

研究發現，操作機構液壓油污染尤其是水分污染會降低液壓油的潤滑性能，進而引起液壓系統磨損加速，從而導致液壓油使用壽命縮短[7-8]。通過本次斷路器操作機構檢修，我們對斷路器操作機構進行解體，發現了操作機構內部損壞的情況，并根據油品變質情況對故障的原因進行了深入的剖析，尋找到了故障的本質原因，這對于指導以后的操作機構巡檢和維護具有重要意義。

本次故障處理提示我們要加強液壓油檢測，通過外觀觀察和化學檢測手段，定期檢測液壓油品質及污染情況。一旦發現液壓油存在污染情況應及時對其進行檢修并更換操作機構液壓油。需要注意的是，液壓油更換需嚴格按照規范進行真空注油，防止潮氣進入油缸。