秦 睿，楊 萍，屈傳寧，汪紅燕

(1.甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

SF6斷路器操作機(jī)構(gòu)缺陷分析及處理

秦 睿1，楊 萍1，屈傳寧2，汪紅燕1

(1.甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

對(duì)甘肅電網(wǎng)750kV罐式SF6斷路器操作機(jī)構(gòu)近年來發(fā)現(xiàn)的缺陷和故障情況進(jìn)行了梳理，針對(duì)750kV LW56-800/Y5000-50型罐式SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨?chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)在投運(yùn)前和正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的主要缺陷和故障，分析其產(chǎn)生的主要原因，提出了缺陷處理的方法并制定了相關(guān)的防范措施。

斷路器；操作機(jī)構(gòu)；缺陷；原因分析；防范措施

國家西電東送戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)施，推動(dòng)了甘肅750kV電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)和快速發(fā)展。目前，甘肅省境內(nèi)750kV電網(wǎng)已形成了與陜西、青海、寧夏、新疆等省間24回750kV線路相聯(lián)的西北骨干網(wǎng)架，建成的7座750kV變電站全部采用國產(chǎn)設(shè)備，其中2座站采用氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)，剩余5座站選用罐式SF6斷路器。其中，LW56-800/Y5000-50型斷路器配置HDA-8型氮?dú)鈨?chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)，LW13-800/Y500-50(G)型斷路器配置CY15型液壓操作機(jī)構(gòu)，800PM50-50T型斷路器配置彈簧操作機(jī)構(gòu)。自投運(yùn)以來，斷路器運(yùn)行基本穩(wěn)定，但操作機(jī)構(gòu)缺陷頻現(xiàn)，且主要集中出現(xiàn)在啟動(dòng)投運(yùn)前，但也有部分隱患遺留到運(yùn)行階段，成為影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素。

1 主要缺陷和故障

通過對(duì)2個(gè)750kV變電站罐式LW56-800/Y5000-50型SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨?chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)在投運(yùn)前和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類分析，發(fā)現(xiàn)合閘速度較慢、合閘時(shí)間較長(zhǎng)、油泵頻繁起動(dòng)、補(bǔ)壓時(shí)壓力不增加、滲漏油和壓力控制組件的動(dòng)作性能差，是該型斷路器操作機(jī)構(gòu)存在的普遍性缺陷。

1.1 合閘時(shí)間和合閘速度與技術(shù)協(xié)議有差異

該型SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨?chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)均為同一廠家生產(chǎn)，在進(jìn)行出廠機(jī)械特性試驗(yàn)時(shí)均出現(xiàn)合閘時(shí)間和合閘速度與技術(shù)協(xié)議要求有差異的現(xiàn)象，存在合閘速度較慢、時(shí)間較長(zhǎng)等問題。測(cè)試數(shù)據(jù)如下。

(1) 其中8臺(tái)斷路器技術(shù)協(xié)議規(guī)定的合閘時(shí)間≤70ms，合閘速度≥4 m/s，而出廠試驗(yàn)時(shí)合閘時(shí)間為77.1 ms，合閘速度為3.42 m/s。

(2) 另4臺(tái)斷路器技術(shù)協(xié)議規(guī)定合閘時(shí)間為48～60ms，合閘速度為(4.5±0.5) m/s，而出廠試驗(yàn)時(shí)合閘時(shí)間為55～80ms，合閘速度為(3.8±0.4) m/s。

1.2 合閘和分閘狀態(tài)下油泵頻繁起動(dòng)打壓

對(duì)于不同的操作機(jī)構(gòu)，油泵每天起動(dòng)的次數(shù)也不相同。通常在斷路器無操作的情況下，每相機(jī)構(gòu)的油泵每天允許起動(dòng)10次(月平均值)。若油泵起動(dòng)次數(shù)大于10次，則須對(duì)機(jī)構(gòu)加強(qiáng)觀察；若起動(dòng)次數(shù)每天大于20次，則須對(duì)內(nèi)部密封進(jìn)行檢查。對(duì)運(yùn)行的多臺(tái)斷路器操作機(jī)構(gòu)平均每天打壓次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為十幾到幾十次，甚至在油壓下降未達(dá)到油泵啟動(dòng)壓力時(shí)就發(fā)出重合閘閉鎖信號(hào)，出現(xiàn)頻繁打壓的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

1.3 機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時(shí)系統(tǒng)壓力不增加

通常，不論液壓操作機(jī)構(gòu)在合閘位置還是在分閘位置，儲(chǔ)壓器都處在常高壓狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)斷路器的分、合閘操作。HDA-8型儲(chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)額定操作壓力為37MPa，油泵啟動(dòng)壓力為(35±0.5) MPa，若操作機(jī)構(gòu)壓力﹤35 MPa，則油泵需啟動(dòng)補(bǔ)壓至37 MPa。但在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有的操作機(jī)構(gòu)在儲(chǔ)能狀態(tài)下的補(bǔ)壓過程中，電機(jī)工作正常，并且圓錐齒輪副的嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)也都正常，但系統(tǒng)壓力不增加，從而造成運(yùn)行中斷路器無法實(shí)現(xiàn)分閘和合閘操作。

1.4 結(jié)合面部位滲漏油

液壓機(jī)構(gòu)控制模塊螺堵、儲(chǔ)壓器螺栓、放油閥、二級(jí)閥、工作缸與儲(chǔ)壓器連接面等部位滲漏油，不但會(huì)影響到設(shè)備的清潔，而且會(huì)引起油泵的頻繁起動(dòng)打壓或補(bǔ)壓時(shí)間過長(zhǎng)。此外，若閥體、工作缸與儲(chǔ)壓器之間的連接套處大量滲油，會(huì)造成失壓故障；液壓油進(jìn)入儲(chǔ)壓器后，還會(huì)使氮?dú)鈧?cè)壓力異常升高，從而導(dǎo)致臨修、誤動(dòng)，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.5 機(jī)構(gòu)加熱器質(zhì)量和加熱效果差

機(jī)構(gòu)箱加熱器不能連續(xù)工作，經(jīng)常損壞，加熱及恒溫效果不良，會(huì)造成機(jī)構(gòu)箱中溫度低，導(dǎo)致油位下降而看不到油位。同時(shí)，在低溫時(shí)，油泵啟動(dòng)頻繁，會(huì)造成電機(jī)燒毀。

1.6 控制組件開關(guān)可靠性差

在對(duì)壓力控制開關(guān)的動(dòng)作壓力值調(diào)整過程中，出現(xiàn)了動(dòng)作值和返回值穩(wěn)定性差、接點(diǎn)動(dòng)作后暫未返回等問題。

2 原因分析

2.1 合閘時(shí)間和速度與技術(shù)協(xié)議有差異的原因

加工工藝水平不高，制造質(zhì)量不良，導(dǎo)致750kV罐式SF6斷路器合閘速度比技術(shù)要求的慢，造成合閘時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)而可能引發(fā)斷路器在合閘過程中斷口預(yù)擊穿時(shí)間延長(zhǎng)。這一方面對(duì)合閘電阻的熱容量提出了更高要求，另一方面還可能造成觸頭燒損。

2.2 分、合閘狀態(tài)下油泵頻繁起動(dòng)打壓的原因

(1) 工藝不良造成二級(jí)閥芯與閥座兩者配合不夠精確，隨著閥芯在閥座內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致密封線封閉不良，造成內(nèi)漏。

(2) 壓控開關(guān)“油泵啟動(dòng)”與“油泵停止”2個(gè)壓控接點(diǎn)之間行程配合位置過小，受環(huán)境溫降低影響，2個(gè)接點(diǎn)的動(dòng)作壓差變小，致使油泵補(bǔ)充壓力值過小，在停泵后壓力微降即可造成油泵隨機(jī)啟動(dòng)。

(3) 材料性能差，不穩(wěn)定，造成儲(chǔ)能電機(jī)啟動(dòng)與停止壓力開關(guān)波紋管出現(xiàn)金屬性疲勞，導(dǎo)致油泵啟動(dòng)與油泵停止壓差值過小(36.5/37 MPa)，受環(huán)境溫度的影響出現(xiàn)打壓頻繁現(xiàn)象。

2.3 斷路器機(jī)構(gòu)系統(tǒng)壓力不增加的原因

(1) 注油方式不當(dāng)或在分、合閘操作過程中產(chǎn)生一定量的氣體混入油泵副的柱塞腔中，當(dāng)柱塞向高壓系統(tǒng)泵注油時(shí)，高壓進(jìn)油口將不會(huì)被打開，造成系統(tǒng)無法補(bǔ)壓。

(2) 低壓油路中油流不暢?，F(xiàn)場(chǎng)檢查某相斷路器操作機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于在出廠或現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的裝配方式不當(dāng)，有一段油箱蓋密封圈脫落，并隨著系統(tǒng)打壓而混入低壓通道靠近濾芯處，造成低壓油路油流不暢通，導(dǎo)致運(yùn)行中機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時(shí)系統(tǒng)壓力不增加。

2.4 機(jī)構(gòu)滲漏油的原因

對(duì)發(fā)生滲漏油的操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，存在換向閥處加工工藝孔堵頭螺絲復(fù)合墊圈損壞、二級(jí)閥閥芯關(guān)閉不嚴(yán)以及接觸面加工精度不夠、放油閥內(nèi)部接頭卡套制作不良、工作缸與儲(chǔ)壓器之間的連接套尼龍擋圈和橡膠密封墊圈破損等缺陷。其中，擋圈及密封圈產(chǎn)生損傷是由于連接套與連接孔之間的軸向、徑向間隙較大所造成的。由于設(shè)計(jì)缺陷造成工作缸與儲(chǔ)能器之間的連接套與連接孔之間的配合公差較大，導(dǎo)致?lián)跞懊芊馊Ξa(chǎn)生損傷，進(jìn)而導(dǎo)致工作缸與儲(chǔ)壓器之間的連接套密封不良。

2.5 機(jī)構(gòu)加熱器質(zhì)量和加熱效果差的原因

由于國產(chǎn)設(shè)備首次設(shè)計(jì)使用大功率斷路器操作機(jī)構(gòu)，對(duì)低溫、晝夜溫差大等環(huán)境因素的影響考慮不足，設(shè)計(jì)時(shí)將操作機(jī)構(gòu)溫控器放置在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部(設(shè)置于匯控柜內(nèi))，導(dǎo)致加熱器在低溫下不能及時(shí)啟動(dòng)。此外，機(jī)構(gòu)箱加熱器的設(shè)計(jì)功率不足，不能連續(xù)工作，致使加熱及恒溫效果差，造成機(jī)構(gòu)箱中溫度低，導(dǎo)致油位下降看不到油位。

2.6 控制組件開關(guān)可靠性差的原因

由于壓力組件行程開關(guān)本身的接點(diǎn)動(dòng)作行程很小，壓力開關(guān)的動(dòng)作性能受環(huán)境溫度和其動(dòng)作穩(wěn)定性的影響較大，因此，需要進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校。同時(shí)，由于油泵啟動(dòng)值與重合閘閉鎖值之間的壓力動(dòng)作間隔較小，調(diào)校不到位時(shí)容易出現(xiàn)壓力降低后先重合閘閉鎖動(dòng)作，后油泵啟動(dòng)的不正常順序。

3 處理方法

針對(duì)該型SF6斷路器HDA-8型氮?dú)鈨?chǔ)能液壓操作機(jī)構(gòu)暴露的主要故障和缺陷原因，采取了以下的處理方法。

(1) 對(duì)于合閘速度較技術(shù)要求慢、合閘時(shí)間較長(zhǎng)等問題，因該斷路器已成型，故結(jié)構(gòu)無法更改，此2項(xiàng)參數(shù)很難改變。已要求制造廠家對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，一方面確定合閘時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)合閘電阻的影響程度，另一方面掌握觸頭的燒損情況，以保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。

(2) 制造廠已將所有同類型的二級(jí)閥桿及控制閥體(成套裝配)更換為質(zhì)量等級(jí)更高的產(chǎn)品，并進(jìn)行調(diào)試及機(jī)械特性試驗(yàn)，消除了二級(jí)閥芯與閥座的密封線封閉不嚴(yán)、油泵頻繁起動(dòng)打壓的缺陷。

(3) 調(diào)整壓力開關(guān)“油泵啟動(dòng)”與“油泵停止”動(dòng)作接點(diǎn)之間的壓差值，對(duì)液壓機(jī)構(gòu)壓力開關(guān)定值除了按要求進(jìn)行調(diào)整外，還應(yīng)滿足：

① 保證補(bǔ)壓停泵壓力回穩(wěn)后大于起泵壓力1.5 MPa；

② 保證起泵壓力大于35 MPa，起泵壓力與重合閘警報(bào)之間的差值為0.5 MPa；

③ 各閉鎖點(diǎn)與報(bào)警點(diǎn)之間的差值大于0.3 MPa；

④ 減少油泵頻繁起動(dòng)打壓。

(4) 通過增大加熱器功率及加裝防寒被、確保在冬天機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫度保持在0℃以上，以解決由于機(jī)構(gòu)溫度下降造成2個(gè)接點(diǎn)的動(dòng)作壓差變小的問題。針對(duì)儲(chǔ)能電機(jī)啟動(dòng)與停止壓力開關(guān)波紋管出現(xiàn)金屬性疲勞的情況，采取更換壓控開關(guān)，重新調(diào)整各動(dòng)作接點(diǎn)的壓力值，消除油泵啟動(dòng)與停止壓差值過小的缺陷，降低合閘和分閘狀態(tài)下油泵頻繁起動(dòng)打壓的次數(shù)等措施加以改善。

(5) 采用抽真空注油方式更換液壓油，在現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)操作后直至帶電前，將系統(tǒng)壓力降到零壓狀態(tài)，并使高壓放油閥處于打開位置，啟動(dòng)打壓模塊，持續(xù)大約5 min。將由于機(jī)構(gòu)分、合閘操作而混入低壓油腔中以及柱塞腔中的氣體充分排出，以消除斷路器在運(yùn)行中操作機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時(shí)系統(tǒng)壓力不增加的缺陷。

(6) 將連接套的材質(zhì)由不銹鋼更換為經(jīng)熱處理后的優(yōu)質(zhì)鋼材料，并在滿足油流通路面積的前提下增加新連接套的壁厚，以增加連接強(qiáng)度。同時(shí)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)連接套與連接孔之間的軸向、徑向金屬間隙，并對(duì)各結(jié)合面復(fù)合墊圈進(jìn)行了更換，至今再未發(fā)現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象。

(7) 采用進(jìn)口溫控器安裝于機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，保證溫控器及加熱器在同工況下工作。更換長(zhǎng)時(shí)工作制的電加熱器，確保在設(shè)定溫度下準(zhǔn)確地啟動(dòng)與切除。在操作機(jī)構(gòu)箱外殼加裝防寒保溫罩套，以達(dá)到在冬季減少機(jī)構(gòu)箱中熱量散失、夏季防止烈日照射的目的，確保機(jī)構(gòu)油位正常、壓控開關(guān)在較正常的環(huán)境中工作，以消除機(jī)構(gòu)箱加熱器加熱效果及恒溫效果不良的缺陷。

(8) 現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)，對(duì)壓力組件行程開關(guān)動(dòng)作性能和關(guān)鍵接點(diǎn)動(dòng)作值進(jìn)行了反復(fù)檢查校核，對(duì)于通過多次調(diào)校仍效果不佳的壓力組件，采取整體更換的方法，徹底消除液壓系統(tǒng)壓力控制組件開關(guān)動(dòng)作不可靠的缺陷。

4 防范措施

(1) 建立業(yè)主、監(jiān)造、制造廠溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，促使制造廠家針對(duì)運(yùn)行單位反映的設(shè)備質(zhì)量問題，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量控制、制造工藝及出廠試驗(yàn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的管控，提升設(shè)備設(shè)計(jì)、制造工藝和售后服務(wù)水平。

(2) 以各設(shè)備制造廠商為主，對(duì)各自已運(yùn)行的設(shè)備開展一次全面的安全質(zhì)量評(píng)估工作，對(duì)存在質(zhì)量問題的設(shè)備，由制造廠商提出完善化方案，結(jié)合設(shè)備大修、技改方案予以整改。

(3) 建立供應(yīng)商、監(jiān)造方質(zhì)量追溯制度，將主設(shè)備制造過程中反映出的問題記錄在案，必要時(shí)追究廠家和監(jiān)造方責(zé)任。

(4) 運(yùn)行單位要深度介入工程設(shè)計(jì)、建設(shè)施工等環(huán)節(jié)。對(duì)照設(shè)備合同技術(shù)規(guī)范及監(jiān)造大綱要求，認(rèn)真審核設(shè)備主要原材料、關(guān)鍵組部件選型，開展材料及組部件質(zhì)量抽檢，重點(diǎn)加強(qiáng)設(shè)備制造關(guān)鍵材料、關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵試驗(yàn)過程的監(jiān)督力度，有針對(duì)性地開展抽檢工作。

(5) 加強(qiáng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝控制，保證設(shè)備安裝環(huán)境條件，嚴(yán)格執(zhí)行安裝程序和工藝要求，切實(shí)把好設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量關(guān)。

(6) 嚴(yán)把驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行交接試驗(yàn)規(guī)程和驗(yàn)收規(guī)范，確保驗(yàn)收項(xiàng)目齊全、試驗(yàn)方法及結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，在投產(chǎn)前有效化解大部分設(shè)備的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)，確保設(shè)備“零缺陷”移交生產(chǎn)運(yùn)行。

1 劉振亞．特高壓電網(wǎng)[M]．北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2005.

2 崔景春，袁大陸，杜彥明．SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性和選型探討[J]．高壓電器，2001,37(2).

3 段 劍，張立群，甄 利，李 強(qiáng)．一起500kV斷路器故障的分析和治理[J]．高壓電器，2010，46(7).

4 王季梅．論開發(fā)750kV超高壓真空斷路器的必要性[J]．電力設(shè)備，2004，5(9).

5 閆群民，馬永翔，王宏濤．800kV罐式SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)頻繁打壓現(xiàn)象分析[J]．2011，47(2).

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2012-08-28）