一起500 kV斷路器液壓彈簧操作機構頻繁打壓故障分析

摘 要：斷路器液壓彈簧操作機構儲能故障易導致斷路器分合閘閉鎖、誤動、拒動，嚴重威脅電網安全。鑒于此，針對一起500 kV斷路器分閘狀態下頻繁打壓故障，通過對液壓彈簧操作機構儲能及動作原理的深入分析，并結合實際故障現象進行評估處理，綜合判定故障原因為操作桿端部、換向閥左側（相對分閘位）或合閘電磁閥閥芯內漏。同時對類似故障的發現與防范提出了幾點建議，在現場檢修工作中具有理論與經驗借鑒意義。

關鍵詞：液壓彈簧操作機構；分閘；頻繁打壓；內漏；防范

中圖分類號：TM561" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0019-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.005

0" " 引言

液壓彈簧操作機構瞬時輸出動能大、動作短平快、噪聲持續時間短，因而在大電流、高壓斷路器中使用越來越廣泛。瑞士ABB生產的HMB-4/-8型液壓彈簧操作機構為該類產品的典型代表，其采用高度集成的模塊化設計，具有結構緊湊、無外置管路、可靠性高、維護量小等特點，市占率較高。

高壓斷路器用于配合電網運行方式調整，可靈活投切線路與設備，是電力系統中最重要的控制和保護設備[1]。對于單元制機組的水電站，相關開關故障將直接導致機組電量無法外送，造成巨大經濟損失。

因此，運維人員掌握其結構原理及常見故障分析與應急處理能力至關重要。

1" " 故障案例概述

某水電廠500 kV開關站為4/3主接線，500 kV開關操作機構型號為ABB HMB-8型。2021年12月—2022年3月機組大修期間，500 kV 3號主變5024開關處于合環運行狀態，機組啟動試驗期間申請開關停電檢修，開展本體檢查、傳動試驗及相關預防性試驗，試驗結果無異常。

檢修工作結束后因機組涉網試驗工作，開關恢復至冷備用狀態，其間監控頻繁報“500 kV 3號主變5024開關B相油泵運行” “500 kV 3號主變5024開關B相油泵運行-復歸”，平均報警間隔190 min，平均報警復歸間隔2～3 s。

2" " 原因分析查找

2.1" " 機構動作原理

該型液壓彈簧操作機構巧妙地將碟簧的機械式儲能與液壓式的驅動和控制整合于一體，主要由打壓模塊、儲能模塊、工作模塊、控制模塊、監測模塊組成[2]，其總體構造如圖1所示。

1）儲能路徑：儲能電機帶動打壓柱塞泵將低壓油腔油注入高壓油腔，油液推動儲能活塞壓縮碟簧，碟簧壓縮到位后行程開關動作切斷儲能電源，儲能完成。

2）合閘傳動路徑：合閘電磁閥（前級換向閥）導通后，高壓油進入換向閥活塞上方，推動換向閥向右移動，徹底打開高壓油腔與工作腔的通道，換向閥動作到位后，切斷工作腔與低壓油腔的通道。工作腔與高壓油腔達到平壓狀態，因操作桿端部高壓油腔側面積小于工作腔側面積，依據公式F=PS可知操作桿工作腔側受力大于高壓油腔側[3]，該壓力差使操作桿向前推進至合閘位，同時提供合閘保持壓力。

3）分閘傳動路徑：斷路器處于閉合狀態時，高壓油充滿高壓油腔和工作腔，當分閘電磁閥（即初級換向閥）啟動后，高壓油流入換向閥，促使其向左側移動，隨著換向閥的位移，工作腔與低壓油腔之間導通，工作腔進行壓力釋放；換向閥完成其預定動作，切斷高壓油腔與低壓油腔之間的通道，此時，高壓油腔中的高壓油將推動操作桿移動至分閘位置，并通過壓力差確保斷路器保持在分閘狀態。

2.2" " 停電排查

現場查看5024斷路器液壓機構歷史打壓次數，并查閱本次檢修打壓時間試驗數據，通過油泵動作次數及開關動作次數可明顯看出B相較A、C相的確存在啟動次數偏多問題（表1），而本次檢修后轉冷備用時間不超過一天，總啟動次數明顯較高，判斷設備應出現該故障較長時間。咨詢相關專業人員后得知，該操作機構往年出現過頻繁打壓問題，在多次分合后恢復正常，合閘狀態下并未發現異常。另外，B相液壓機構零起打壓耗時與A、C相基本一致，分閘、合閘補壓耗時略高于A、C相，與歷史數據對比無明顯變化，如表1所示。

開蓋對操作機構進行外觀檢查，機構表面清潔，分合閘電磁閥、換向閥等易滲油部位均未發現滲漏情況，通過油位觀察窗查看油位滿足運行規定，微開排氣閥，無氣體排出。

手動泄壓過程中對儲能行程開關各儲能輔助節點進行逐一排查，各節點位置正確，零起打壓過程中監測各節點狀態均正常切換。同時，結合本次故障中油泵啟動時間間隔具有較強規律性，單次啟動打壓時間固定在2～3 s分析，可排除二次端子松動或接觸不良等故障，因為此類故障在振動時會出現狀態變化或不定時隨機恢復，一般無規律性可言。二次回路導致故障產生的可能性基本排除。

泄壓后手動按壓分合閘電磁閥閥芯，對閥芯進行檢查，多次按壓閥芯均能準確可靠復位，且動作靈活，無生澀感，可進一步排除閥芯卡澀無法準確復位導致內泄的可能性。

全面檢查結束后，對斷路器上電進行多次分合操作，操作過程中油液的充分流動，利于油中氣泡的排出，同時活塞、換向閥閥芯位置的反復變化，可對管路及腔體表面進行沖洗潤滑，對于雜質或閥芯長時間不動作產生的輕微卡澀內泄具有一定的改善作用。多次分合操作后冷備用狀態下觀察液壓機構油泵啟動次數未發生變化。

2.3" " 初步結論

結合上述排查結果，并向運維人員咨詢歷史運行工況，綜合判定故障原因可能為操作桿端部、換向閥左側（相對分閘位）或合閘電磁閥閥芯內泄。由工作機理分析合閘狀態下機構無異常，可排除分閘電磁閥1、分閘電磁閥2、儲能活塞、換向閥右側（相對合閘位）、手動泄壓閥、柱塞泵內泄的可能性，合閘儲能狀態下換向閥閥芯位置及液壓油分布情況如圖2所示，分閘儲能狀態下可能發生內泄部位及油液泄漏方向如圖3所示。

導致這些部位產生內泄的可能性主要有：

1）安裝或制造工藝不達標，操作桿相對工作腔存在不平行、不同心問題，導致產生傾斜與偏磨[4]；

2）缸體內部存在細微劃痕或裂縫，為高壓油液泄漏提供了通道；

3）密封老化、彈力不足，移位，部分缺失或變形等缺陷[5]；

4）油液中存在雜質，污染密封面或導致換向閥卡澀[6]。

3" " 評估處理

廠家技術文件要求中對斷路器無操作情況下油泵啟動和內部泄漏的檢查做出了明確規定，油泵每天啟動10次是允許的；當每日啟動次數大于10次，則需進一步加強機構運行監視；如果啟動次數超過20次，則需通知廠家[7]。5024斷路器B相日均啟動7～8次，滿足廠家技術要求。為進一步評估機構健康狀態，按照廠家規定對分閘狀態下機構密封進行了測試（合閘位無異常未開展），儲能完成后立即斷開儲能電源，并量取彈簧壓縮行程，24 h后再次量取彈簧壓縮行程，計算得到彈簧壓縮釋放量為14 mm，滿足廠家24 h內彈簧行程變化量不大于30 mm的規定，如圖4所示。

開關液壓機構啟動次數及密封性檢查結果均未超出廠家技術標準要求，綜合考慮機構處理耗時及本臺機組檢修工期要求，決定先行投運，若無異常，則擇機再開展檢修處理。機構投運后長時間處于運行狀態，其間未發生頻繁補壓的情況，運行可靠。

4" " 總結及建議

在高壓斷路器常見故障中，液壓彈簧操作機構的問題占據較大比例，保障其可靠運行成為維持電網安全與穩定的關鍵任務之一。根據筆者多年的運行維護經驗，對其故障預控提出以下幾點建議：

1）定期檢查油位并觀察油液狀態，必要時建議定期對液壓航空油進行過濾更換；

2）斷路器分合過程中機構會產生巨大振動，螺絲及內部插拔極易發生松動，應定期進行緊固檢查；

3）對攜動塊和防扭塊定期進行潤滑，檢查輔助開關觸頭表面燒蝕情況[8]，必要時進行更換；

4）按規程定期開展預防性試驗，記錄各操作狀態下儲能時間，與歷史數據比對偏差時長，當偏差大于15%時應引起注意，及時排查；

5）加強專業巡視，定期記錄儲能動作次數、開關動作次數等數據，開展對比分析；

6）加裝斷路器在線監測裝置[9]，實時監測機構運行情況。

不同斷路器的操作機構設計會存在不同差別，但作為專業運維人員應進一步加強對其工作原理、內部結構及技術文件的學習，為故障發生時及時有效開展排查分析提供理論支持。

[參考文獻]

[1] 劉亞林，吳西博，李威，等.500 kV斷路器液壓彈簧機構頻繁打壓故障的分析[J].高壓電器，2022，58（3）：215-220.

[2] 李叔麟，焦東圍，鐘濤.500 kV斷路器操動機構打壓超時故障分析[J].水電站機電技術，2021，44（6）：50-53.

[3] 曾令誠，李新海，林悅德，等.HMB-4型液壓彈簧機構缺陷處理與關鍵檢修策略[J].電氣應用，2019，38（9）：102-108.

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[5] 王政，郎泳，郭峰，等.GIS斷路器液壓碟簧操作機構漏油故障的分析與處理[J].山東工業技術，2021（2）：94-97.

[6] 李歡，許艷蒲，范雪麗，等.液壓機構自動打壓原因分析及頻繁打壓判定[J].今日制造與升級，2021（10）：52-55.

[7] ABB.HMB-4/-8型液壓彈簧操作機構產品說明書運行和維護指導[Z].

[8] 馬凱，晏松，黃道均，等.一起輔助開關故障引起的500 kV斷路器異常分析與處理[J].東北電力技術，2022，43（2）：54-57.

[9] 李歡，馬峰，張涇全，等.一種液壓彈簧操動機構油液壓強在線監測裝置[J].電器工業，2022（6）：22-26.

收稿日期：2024-10-31

作者簡介：劉曉龍（1989—），男，云南楚雄人，工程師，主要從事高壓電氣設備檢修、試驗工作。