龐先海，景　皓，李　強，甄　利

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊　050021；2.國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊　050070；3.國網河北省電力公司，石家莊　050021)

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高壓斷路器氮氣儲能液壓機構缺陷分析

龐先海1，景皓1，李強2，甄利3

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021；2.國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊050070；3.國網河北省電力公司，石家莊050021)

摘要：針對高壓斷路器氮氣儲能液壓操作機構不能建壓、頻繁打壓、打壓超時等問題，分析了缺陷發(fā)生的原因，認為主要原因是傳統(tǒng)液壓操作機構結構復雜、管路外露、制造工藝不良、部件質量較差，結合河北省南部電網應用情況分析討論了液壓機構的典型缺陷和處理方法，提出具體的防范措施。

關鍵詞：高壓斷路器；液壓操作機構；頻繁打壓

高壓斷路器是電力系統(tǒng)的主要保護和控制設備，其動作的可靠性直接關系到電網的安全穩(wěn)定運行[1]。操作機構作為高壓斷路器的關鍵部件，對高壓斷路器可靠動作具有決定作用[2]。液壓操作機構因其反應快、自調整能力強、操作功大等優(yōu)點廣泛應用于高壓斷路器[2-3]。液壓機構按儲能方式的不同可分為壓縮彈簧儲能、壓縮氮氣儲能2種。彈簧儲能液壓機構因其用油少、制造工藝高、缺陷少而得到較好應用，然而氮氣儲能液壓機構因其使用的材料、制造工藝等問題，經常出現機構不能建壓、頻繁打壓、打壓超時等危急嚴重缺陷，嚴重影響了高壓斷路器動作的可靠性[4]。降低氮氣儲能液壓機構缺陷的發(fā)生概率，針對具體缺陷提出明確的防范措施顯得尤為必要[5]。以下統(tǒng)計了缺陷類型、分析缺陷發(fā)生原因，提出了具體的反事故措施，為高壓斷路器氮氣儲能液壓機構運行維護提供參考。

1氮氣儲能液壓機構缺陷統(tǒng)計分析

2013年以來，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)共發(fā)現35 kV及以上高壓斷路器液壓機構缺陷95起，占該類設備危急嚴重缺陷總數的67%，是造成斷路器設備危急嚴重缺陷的主要原因。

按電壓等級統(tǒng)計，500 kV斷路器缺陷24起，占25.3%，主要型號為T155-CB型斷路器，原因主要為液壓機構高壓油管路中存在微量氣泡、液壓油滲漏；220 kV斷路器缺陷40起，占42.1%，主要型號為LW10B、LW6型斷路器，原因主要為油路系統(tǒng)存在雜質、元件缺陷；110 kV斷路器缺陷18起，占18.9%，主要型號為LW6型斷路器，缺陷原因與LW10B型斷路器相似；35 kV斷路器缺陷13起，占13.7%，主要型號為3AQ1EG型斷路器，缺陷原因與T155-CB型斷路器相似。

按缺陷類型統(tǒng)計，機構不建壓缺陷17起，占17.9%，該類缺陷主要由于操作機構微動開關、輔助開關等元件存在缺陷或故障導致；頻繁打壓缺陷63起，占66.3%，主要原因為液壓油滲漏、微動開關位置不當、液壓油內有雜質和氮氣損失等；打壓超時缺陷15起，占15.8%，一般由較為嚴重內漏、油中雜質堵塞閥門等造成。

壓縮氮氣儲能液壓操作機構可分為非模塊化和模塊化液壓機構2種。95起缺陷中，非模塊化液壓操作機構缺陷61起，占64.2%，主要型號包括LW10B型、LW6型斷路器；模塊化液壓操作機構缺陷34起，占35.8%，主要型號包括T155-CB型、3AQ1EG型斷路器。

2氮氣儲能液壓機構缺陷原因分析

典型的氮氣儲能非模塊化液壓機構如圖1所示。模塊化的液壓機構克服了非模塊化液壓機構結構復雜的缺點，閥系統(tǒng)采用集成塊式的管狀二級閥結構，如圖2所示。

圖1　非模塊化液壓機構

圖2　模塊化液壓機構

2.1非模塊化氮氣儲能液壓機構

非模塊化液壓機構具有明顯的缺點，該型機構已經陸續(xù)被淘汰。這些斷路器發(fā)生的液壓機構缺陷占液壓機構總缺陷的64.2%，這類機構存在的主要問題如下。

a. 結構復雜，油管路過多且外漏。由圖1可知，至少有9支管道傳輸液壓油，而部分管道內是高壓液壓油，其壓力在30 MPa以上，約為大氣壓的30倍，這些充滿了高壓液壓油的管道暴露在空氣中，隨著油管路材質、接口、墊片等老化銹蝕勢必造成滲漏油。

b. 制造工藝不良，液壓油中雜質較多，易造成頻繁打壓缺陷。由于該類機構結構復雜，管路、閥口較多，制造工藝低下，特別是管路、閥口的內壁處理不當，易造成液壓油含金屬雜質，這些雜質聚集在錐密封、球閥密封、管道接口等閥口處，造成油路不暢、內漏等缺陷。

c. 部件質量較差，易損壞。非模塊化液壓機構多為國內早期產品，制造工藝簡單、所用材質較差，產品質量難以保證。特別表現在微動開關、輔助開關、分合閘繞阻等部件上，易發(fā)生損壞、卡澀等缺陷。

2.2模塊化氮氣儲能液壓機構

模塊化液壓機構克服了結構復雜、油管路過多且外漏的缺點，大大減少了液壓油用量，提高了制造工藝，降低了缺陷發(fā)生的概率。這類機構存在的主要問題如下。

a. 高度集成化導致處理難度加大。該機構實行了高度集成化，內部某個元件的損壞將造成整個模塊需要更換，而整個模塊更換一般需要停電進行處理。因此，相比于非模塊化的液壓機構，缺陷發(fā)生的數量少了，處理難度增大了。

b. 模塊化導致內滲缺陷增加。模塊化氮氣儲能液壓機構增加了內部閥口數量，減少了外露管路，使得高低壓油只間隔一個內閥門，受閥門老化影響易造成液壓機構內滲。而內滲缺陷不宜處理，只能進行更換內滲模塊解決。

c. 液壓機構高壓油管路中存在微量氣泡。氣泡在高壓油中管路中聚集形成虛壓，高壓油壓下降較快，造成機構頻繁打壓。尤其在溫度較高時，高壓油區(qū)氣體受熱、體積變大、溶解的空氣析出增多，導致液壓機構高壓油路虛壓，造成短時出現頻繁打壓的情況。

3氮氣儲能液壓機構典型缺陷及處理措施

液壓機構缺陷主要分布在LW10B型、LW6型、T155-CB型、3AQ1EG型4種類型斷路器上，其中LW10B型、LW6型為非模塊化氮氣儲能液壓機構，T155-CB型、3AQ1EG型為模塊化氮氣儲能液壓機構，同型液壓機構缺陷原因及處理措施相似。

3.1LW10B型斷路器液壓機構頻繁打壓缺陷

LW10B型斷路器機構為非模塊化液壓操作機構，它是LW6系列型斷路器機構的改進型，兩者原理相似，缺陷原因、處理措施一致。該型機構儲能形式為壓縮氮氣，多發(fā)缺陷為頻繁打壓缺陷。原因多為油路系統(tǒng)存在雜質，在歷次更換液壓油、濾油時，多次發(fā)現液壓油中含有大量鐵屑雜質。雜質滯留于高壓閥口處，造成高壓油系統(tǒng)密封不良，導致頻繁打壓。

經分析，液壓油雜質的來源有2個渠道，一是機構裝配工藝不良，產生的金屬雜質未清理干凈；二是機構制造工藝不良，內部元件長期動作磨損產生雜質。該類缺陷較為成熟的處理措施如下。

a. 首先判斷機構是否能夠打壓，若不能打壓，可能是機構部件損壞。若打壓頻繁或超時請檢查閥系統(tǒng)、工作缸、油泵等部位是否存在滲油處，儲氮容器是否泄漏氮氣。如果發(fā)現滲油或漏氮，可能外漏造成頻繁打壓；如果未見異常，可能是內滲，即高壓閥口密封不嚴造成。

b. 如果設備仍帶電運行，手動少許泄壓后使機構打壓，經幾個過程后查看頻繁打壓是否解決。

c. 若設備已轉冷備用，進行5～6次分合閘操作，手動泄壓至零壓，放出舊油。清理低壓油箱內部，過濾或加裝新的液壓油，打壓至額定壓力，分合閘操作3次，手動泄壓至零并放油。重新過濾或加裝新油，并分合閘操作3次。

d. 將斷路器保持在合閘位置，關閉油泵電源，1~2 h內觀察液壓機構壓力變化情況。若壓力值未明顯降低，說明缺陷已消除。若壓力值仍明顯降低，可能高壓閥口內漏缺陷仍未解決，需繼續(xù)充放油處理或者更換相關模塊。

3.2T155-CB型斷路器頻繁打壓缺陷

T155-CB型是某500 kV站2012年投運的一批500 kV斷路器，該批次斷路器自投運后多次發(fā)生頻繁打壓缺陷。經現場檢查及分析，判斷T155-CB型斷路器頻繁打壓缺陷原因為，液壓機構高壓油管路中存在微量氣泡，氣泡在高壓油中管路中聚集形成虛壓，高壓油壓下降較快，造成機構頻繁打壓。

該類型液壓機構低壓油箱直接與大氣相連，打壓過程中部分空氣隨低壓油路進入高壓油路。整個打壓過程中大部分空氣可通過液壓機構的自動排氣裝置排出，較少部分進入高壓油部位，或者溶解進入高壓油內部，正常情況下不影響液壓機構正常打壓。

在溫度較高時，高壓油區(qū)氣體受熱、體積變大、溶解的空氣析出增多，導致液壓機構高壓油路虛壓，造成短時出現頻繁打壓情況。經過一段時間，氣體在打壓過程中通過排氣裝置排出后，機構可恢復正常。該類缺陷較為成熟的處理措施如下。

a. 首先判斷機構是否能夠打壓，若不能打壓，可能是機構部件損壞。若打壓頻繁或超時請檢查壓力開關是否正常，該機構壓力開關接點整定值易變位，造成電機頻繁啟動。

b. 檢查閥系統(tǒng)、工作缸、油泵等部位是否存在滲油，如果未見異常，可能是油中溶解氣體導致。

c. 手動少許泄壓，使機構經幾次打壓過程。若是油中溶解氣泡所致，氣泡通過液壓機構的油氣分離裝置逐漸排出后，機構恢復正常。

d. 若頻繁打壓仍未改善，可申請設備轉冷備用，手動泄壓至零壓，放出舊油。清理低壓油箱內部，過濾或加裝新的液壓油，打壓至額定壓力，分合閘操作3次，手動泄壓至零并放油。重新過濾或加裝新油，并分合閘操作3次。

e. 關閉油泵電源，1～2 h內觀察液壓機構壓力變化情況。若壓力值未明顯降低，說明缺陷已消除。

4氮氣儲能液壓機構缺陷反事故措施

針對氮氣儲能液壓機構存在的缺陷，提出具體的反事故措施如下。

a. 設備選型階段：126 kV及以上高壓斷路器優(yōu)先選用彈簧儲能液壓機構或彈簧機構；126 kV、252 kV斷路器盡量不選用氮氣儲能液壓機構，其他電壓等級斷路器如果選用氮氣儲能液壓機構，應選用具有良好現場運行經驗且外露管路較少的液壓機構。

b. 出廠試驗階段：結合《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中“斷路器出廠試驗時應進行不少于200次機械操作試驗”的要求，在完成機械操作試驗后，針對氮氣儲能液壓機構進行液壓油過濾檢測，未檢測出雜質方可說明液壓機構合格；針對新型號或者首次使用的彈簧儲能液壓機構，應抽樣進行液壓油過濾檢測，檢測無雜質方可合格，并出具液壓油過濾檢測報告。

c. 交接驗收階段：重點檢查液壓機構是否存在滲漏、機構壓力是否正常；檢查是否有液壓油過濾檢測報告，報告顯示結果是否合格。

d. 設備運行階段：加強液壓機構開關的巡視檢查，巡視時重點檢查液壓機構是否存在滲漏、機構壓力是否正常、打壓情況是否正常。

e. 停電試驗階段：針對氮氣儲能的液壓機構，結合例行停電試驗、設備停電消缺等設備停電機會，應對機構液壓油進行過濾處理，排除液壓油中雜質及氣體，對雜質較多的液壓油應進行更換。針對曾因液壓油雜質發(fā)生過頻繁打壓的彈簧儲能液壓機構，停電試驗階段應進行液壓油過濾處理。

f. 儲備一定數量的液壓油、壓力組建、卡套及密封膠墊，確保設備發(fā)生缺陷后及時處理。

5結束語

從電壓等級、缺陷類型、機構類型等角度統(tǒng)計了高壓斷路器氮氣儲能液壓操作機構缺陷，從產品結構、制造工藝、部件質量等角度分析了操作機構缺陷發(fā)生的具體原因，重點列舉分析了LW10B型、T155-CB型斷路器液壓機構典型缺陷及處理措施，結合河北南網應用情況從資產全壽命角度提出了具體的反事故措施，為高壓斷路器液壓操作機構設備選型、交接驗收、運行維護等全過程管理提供參考。

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Defects Analysis on Hydraulic Mechanism of High-voltage CircuitBreaker Storage Nitrogen Energy

Pang Xianhai,Jing Hao,Li Qiang,Zhen Li

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute, Shijiazhuang 050021,China;2.State Grid Hebei Electric Power Maintenance Branch，Shijiazhuang 050071，China;3.State Grid Hebei Electric Power Company, Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:According to problems of cannot build pressure, frequent pressurizing and pressure time-out for high-voltage circuit breaker hydraulic operating mechanism, the causes for defects have been analyzed, and that the main reason is complex, pipeline exposed, non-performing of manufacturing process, poor quality for traditional structure of the hydraulic operating mechanism. Combined with application in the Hebei south network of hydraulic mechanism, the analysis of typical defects and the processing methods have been discussed, and the preventive measures have been proposed.

Key words:high-voltage circuit breaker;hydraulic operating mechanism;frequent pressurizing

中圖分類號：TM564

文獻標志碼：B

文章編號：1001-9898(2016)01-0037-04

作者簡介：龐先海(1983-)，男，高級工程師，主要從事高壓斷路器設備帶電檢測技術研究工作。

收稿日期：2015-11-08