HMB-8.3型液壓彈簧機構(gòu)頻繁打壓故障分析與防范*

王 磊，張恩光，楊建偉

(國網(wǎng)甘肅劉家峽水電站，甘肅 永靖 731600)

0 引 言

HMB-8.3型液壓彈簧機構(gòu)是瑞士ABB公司在原有AHMA型液壓彈簧機構(gòu)基礎(chǔ)上改進發(fā)展的第二代產(chǎn)品，為ABB公司高壓斷路器的典型操作機構(gòu)。該液壓彈簧機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、液壓回路集成化程度高且輸出功率大、分合閘動作快及安裝方便的特點。因此該型號液壓操作機構(gòu)在330～550 kV間電壓等級的斷路器中廣泛使用。但該機構(gòu)投運年限超過10年后其故障率上升較快，在運行過程中出現(xiàn)了機構(gòu)打壓頻繁等故障，應(yīng)引起足夠重視。由于采用無外接管路的高度模塊化結(jié)構(gòu)，在對頻繁打壓故障分析及處理上與傳統(tǒng)的氣動及單純彈簧操作機構(gòu)有一定的特殊性。所以應(yīng)在HMB-8.3型液壓彈簧操作機構(gòu)現(xiàn)場運檢工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗，同時對出現(xiàn)的各種故障情況加以防范，以確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

1 故障現(xiàn)象及分析判斷

某水電廠330kV GIS開關(guān)站于2007年投運，共有10臺GIS斷路器。所有斷路器均配用HMB-8.3型液壓彈簧操作機構(gòu)。某日突降大雪，氣溫驟降，母聯(lián)斷路器在運行過程中出現(xiàn)合閘狀態(tài)下A相操作機構(gòu)油泵頻繁打壓現(xiàn)象。間隔25 s左右打壓一次，每次打壓2～3 s后停泵。外觀檢查無滲漏油，機構(gòu)內(nèi)部能聽見輕微竄油聲。在確保防慢分裝置在投入的情況下，手動泄油至零，重新打壓至額定后故障現(xiàn)象消失。20天后相同現(xiàn)象再次發(fā)生，經(jīng)更換液壓油及機構(gòu)換向閥后故障現(xiàn)象消失。26天后頻繁打壓現(xiàn)象第三次發(fā)生，且在分、合閘狀態(tài)下均發(fā)生頻繁打壓，隨即對液壓機構(gòu)進行了整體更換。更換后設(shè)備正常。

操作機構(gòu)頻繁打壓原因主要有以下幾點：①液壓油外部滲漏；②液壓油內(nèi)部滲漏；③二次轉(zhuǎn)換開關(guān)故障。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，液壓油無外部滲漏，二次轉(zhuǎn)換開關(guān)完好，動作正常，此次頻繁打壓故障主要原因為內(nèi)部滲漏，需要從HMB-8.3型液壓彈簧操作機構(gòu)工作原理開始分析，具體如下。

機構(gòu)儲能。電機啟動帶動油泵打壓，油泵輸出的高壓油進入3個儲能活塞上端并推動儲能活塞向下壓縮碟簧進行儲能。同時高壓油也進入換向閥內(nèi)，等待分合閘指令。儲能到位后，行程開關(guān)切斷電機電源，油泵停轉(zhuǎn)，儲能過程結(jié)束。當(dāng)操作后或泄壓到油泵啟動定值時，行程開關(guān)接通電機電源再次補壓到油泵停泵位置。

合閘操作。合閘操作是利用壓差原理，當(dāng)?shù)商幱趦δ軤顟B(tài)時，工作缸活塞上部始終為高壓油。合閘電磁鐵通電動作，合閘前級閥打開，高壓油流入換向活塞上方，推動換向活塞轉(zhuǎn)換到合閘位置，將高壓油注入工作缸活塞下方。此時工作缸活塞上下均為高壓油，由于活塞下方表面積大于上方面積。使工作缸向上動作，斷路器合閘，如圖1所示。

圖1 合閘狀態(tài)的HMB-8.3型操作機構(gòu)工作缸示意圖

分閘操作。分閘操作原理與合閘基本相同，分閘電磁鐵通電動作，分閘前級閥打開，高壓油流入換向活塞下部，推動換向閥轉(zhuǎn)換到分閘位置，工作缸活塞下方的高壓油與低壓油箱聯(lián)通而轉(zhuǎn)換成低壓油。工作缸活塞向下運動帶動斷路器分閘，如圖2所示。

圖2 分閘狀態(tài)的HMB-8.3型操作機構(gòu)工作缸示意圖

綜上，內(nèi)部滲漏主要原因為儲能活塞內(nèi)部滲漏，工作缸內(nèi)部滲漏，換向閥內(nèi)部滲漏，而換向閥和液壓油之前進行了更換可以基本排除，對于儲能活塞內(nèi)部滲漏和工作缸內(nèi)部滲漏，需進行解體檢查，進一步明確頻繁打壓的原因。

(1) 解體前準備 解體前首先進行儲能檢查，油泵運行正常，機構(gòu)可正常建壓。初步判斷機構(gòu)可能是儲能器處出現(xiàn)內(nèi)部泄漏。

(2) 解體情況 在合閘保壓狀態(tài)下，打開油箱蓋觀察泄漏點，發(fā)現(xiàn)儲能器處出現(xiàn)泄漏。因此，首先從儲能器開始，對液壓機構(gòu)關(guān)鍵零部件進行解體檢查。

① 儲能器 解體檢查時發(fā)現(xiàn)儲能器高、低壓油孔壁不光滑，3個儲能活塞均出現(xiàn)不同程度偏磨。其中電機支架左側(cè)儲能器解體檢查時儲能缸劃傷，儲能活塞密封圈劃傷(見圖3、圖4)。

圖3 儲能缸劃痕 圖4 密封圈劃傷

② 活塞桿 活塞桿發(fā)生偏磨(見圖5、6)。

圖5 活塞桿偏磨 圖6 活塞桿偏磨放大圖

③ 工作缸 工作缸安裝合閘限位套處有劃痕(見圖7)；工作缸內(nèi)孔與活塞桿接觸的區(qū)域，出現(xiàn)貫穿性劃痕(見圖8)。

圖7 工作缸劃痕 圖8 工作缸貫穿性劃痕

④ 泄壓閥 泄壓閥整體無磨損(見圖9)，但泄壓閥與工作缸接觸處密封圖變形(見圖10)。

圖9 泄壓閥 圖10 泄壓閥與工作缸接觸處密封圈

⑤ 濾芯及液壓油 液壓油雜質(zhì)較多(見圖11、圖12)；濾芯較臟，且表面粘附金屬絲(見圖13)。

圖11 油液雜質(zhì) 圖12 油液雜質(zhì)放大圖

圖13 濾油芯入表面粘附金屬絲

2 原因分析及結(jié)論

機構(gòu)解體后發(fā)現(xiàn)液壓機構(gòu)內(nèi)部系統(tǒng)清潔度不高，液壓油中除發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)顆粒外，還存在金屬絲(見圖13)；金屬絲和油液雜質(zhì)顆粒在油液中易造成密封圈損傷。根據(jù)此次解體檢查情況，發(fā)現(xiàn)儲能缸內(nèi)表面有劃痕，同時儲能活塞密封圈劃傷。因此，認為該機構(gòu)的全部內(nèi)漏及頻繁打壓主要原因是由金屬屑和液壓油中雜質(zhì)顆粒導(dǎo)致儲能器儲能活塞高壓密封圈及工作缸缸體損傷所致。解體檢查過程中還發(fā)現(xiàn)活塞桿上偏磨嚴重，工作缸工作孔出現(xiàn)貫穿性劃傷。結(jié)合液壓機構(gòu)工作原理，判斷為儲能器缸體、密封圈劃傷及工作缸工作孔內(nèi)表面貫穿性劃傷導(dǎo)致機構(gòu)內(nèi)漏。如圖14、圖15所示。

當(dāng)機構(gòu)處于合閘位置時，活塞桿上下端均為高壓油，此時工作缸與活塞桿密封部位不會出現(xiàn)泄漏情況；當(dāng)機構(gòu)處于分閘位置時，活塞桿下端部變?yōu)槌河停藭r由于工作缸工作孔內(nèi)表面貫穿性劃傷，活塞桿與工作缸間密封失效，機構(gòu)必然會頻繁打壓。

活塞桿及工作缸均屬于液壓機構(gòu)核心零部件。根據(jù)液壓機構(gòu)工作原理及高可靠性要求，當(dāng)活塞桿出現(xiàn)偏磨或工作缸出現(xiàn)劃傷時均無法修復(fù)，只能進行操作機構(gòu)整體更換。

圖14 液壓機構(gòu)合閘狀態(tài) 圖15 液壓機構(gòu)分閘狀態(tài)

3 現(xiàn)場運維及防范措施

該水電廠一期設(shè)備運行已近14年，近幾年運行過程中，斷路器用液壓機構(gòu)多次出現(xiàn)頻繁打壓等故障；高壓斷路器檢修手冊中一般規(guī)定，斷路器用液壓機構(gòu)的大修年限推薦為12年，戶外液壓機構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場情況相應(yīng)縮短大修年限。液壓機構(gòu)內(nèi)部系統(tǒng)清潔度不高是引起頻繁打壓的主要原因。為避免此類型故障頻繁發(fā)生，保證電力系統(tǒng)及電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運行，該HMB-8.3 型操作機構(gòu)頻繁打壓故障防范措施具體如下。

(1) 提高液壓核心零件的精加工水平，裝配前采用超聲波高壓清洗機，對零件進行清洗、干燥。裝配過程中提高工藝控制精度。

(2) 出廠試驗前應(yīng)進行不少于200次的機械操作試驗(其中斷路器每100次操作試驗的最后20次應(yīng)為重合閘操作試驗)，以保證液壓機構(gòu)充分磨合。200次操作完成后應(yīng)徹底清潔機構(gòu)內(nèi)部并更換液壓油及濾芯，再進行其他出廠試驗，確保出廠時的清潔度。

(3) 每3年對液壓油及濾芯進行更換一次。每6年對液壓機構(gòu)大修一次。

(4) 當(dāng)液壓機構(gòu)運行超過10年以上時，應(yīng)盡早對液壓機構(gòu)運行情況全面梳理評估，制定排查檢修方案，開展針對性性現(xiàn)場檢修或輪替式工廠化檢修。

4 結(jié) 語

通過對某廠330 kV GIS斷路器頻繁打壓故障處理，得出斷路器HMB-8.3型液壓彈簧操作機構(gòu)液壓油中雜質(zhì)顆粒引起機構(gòu)磨損及密封不良是主要原因并提出相應(yīng)的措施建議。HMB-8.3型操作機構(gòu)安全可靠的運行需要日常精心細致地維護及檢修。同時，加強設(shè)備出廠前全過程監(jiān)造及見證工作，才能確保該類型操作機構(gòu)長期安全穩(wěn)定運行。