郭鈺靜，趙 鯤，吳小平

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲壩電廠發(fā)電機(jī)出口斷路器(以下簡(jiǎn)稱GCB)先后多次出現(xiàn)的“合閘后跳開(kāi)”、“分閘拒動(dòng)”等缺陷現(xiàn)象，維護(hù)人員對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行研究，依據(jù)其缺陷原因分析的假設(shè)做現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，分別驗(yàn)證了合閘伺服閥閥桿不回彈、分閘伺服閥不回彈時(shí)，開(kāi)關(guān)在接到分、合閘命令時(shí)的一系列動(dòng)作情況。

1 操作機(jī)構(gòu)原理

圖1、圖2所示，紅色部分為高壓油藍(lán)色部分為低壓油。

正常合閘過(guò)程：當(dāng)?shù)蛷椈杀粔嚎s后的分閘狀態(tài)下，傳動(dòng)桿密封部位的上部處于高油壓狀態(tài)，傳動(dòng)桿密封部位的下部處于低油壓狀態(tài)，此時(shí)傳動(dòng)桿被控制在分閘狀態(tài)。當(dāng)合閘伺服閥接到合閘信號(hào)得電動(dòng)作，換向閥切換到合閘狀態(tài)，傳動(dòng)桿底部與高壓油相連，此時(shí)傳動(dòng)桿的上部和下部都充以高壓油，由于壓差的作用，傳動(dòng)桿向上運(yùn)動(dòng)，完成合閘操作(見(jiàn)圖1)。

正常分閘過(guò)程：當(dāng)分閘伺服閥接到分閘信號(hào)得電動(dòng)作，換向閥切換到分閘狀態(tài)，傳動(dòng)桿底部失壓，傳動(dòng)桿上部的高壓油推動(dòng)傳動(dòng)桿向下運(yùn)動(dòng)，完成分閘操作。

液壓油失壓閉鎖：在合閘狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到一定程度時(shí)，閉鎖桿上的彈簧推動(dòng)其向里運(yùn)動(dòng)，頂住傳動(dòng)桿上的卡口，使傳動(dòng)桿不能運(yùn)動(dòng)[1]。

圖1 斷路器操作機(jī)構(gòu)分閘狀態(tài)下內(nèi)部油路(右圖為換向閥的局部放大圖)

圖2 斷路器操作機(jī)構(gòu)合閘狀態(tài)下內(nèi)部油路(右圖為換向閥的局部放大圖)

2 分閘拒動(dòng)故障

2.1 故障現(xiàn)象

2017-11-09T2:13:04，GCB出現(xiàn)拒分現(xiàn)象，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“GCB彈簧壓力低動(dòng)作”，2:13:08報(bào)“GCB彈簧壓力低復(fù)歸”。隨后，2:15、2:26分別進(jìn)行遠(yuǎn)方、現(xiàn)地各操作1次，斷路器均出現(xiàn)拒分現(xiàn)象，且監(jiān)控系統(tǒng)均報(bào)“GCB彈簧壓力低動(dòng)作”，3～4 s后報(bào)“GCB彈簧壓力低復(fù)歸”，GCB現(xiàn)場(chǎng)人員描述，發(fā)送分閘令后儲(chǔ)能電機(jī)存在短時(shí)啟動(dòng)現(xiàn)象。

經(jīng)檢查，斷路器本體外觀無(wú)放電、漏油等異?，F(xiàn)象；滅弧室SF6氣體壓力正常、機(jī)構(gòu)液壓油位正常、分合閘位置指示器指示正確、防慢分銷無(wú)異常、傳動(dòng)連桿的連接緊固無(wú)松脫變形；對(duì)GCB操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查時(shí)，斷路器處于合閘狀態(tài)，儲(chǔ)能彈簧處于完全儲(chǔ)能狀態(tài)，液壓油油位正常，操作連桿及拐臂位置正確，分閘1伺服閥(Y2)、分閘2伺服閥(Y3)正常，合閘伺服閥(Y1)閥桿未復(fù)位(如圖3)。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢查分合閘伺服閥情況

2.2 正常情況下的油路分析

當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)，儲(chǔ)滿能時(shí)且各部件均正常時(shí)，高低壓油分布情況如圖4所示。

圖4 合閘狀態(tài)時(shí)高、低壓油壓力狀態(tài)分布

當(dāng)發(fā)出分閘命令后，分閘伺服閥兩端油路接通(如圖5)，則截面積A1處由高壓油變?yōu)榈蛪河?，截面A2與截面A3處仍為高壓油，因面積A3>A2，因此換向閥向上運(yùn)動(dòng)，油路完成切換(如圖6)。油路切換后，斷路器主軸下方液壓油壓力迅速降低，斷路器主軸上方液壓油為高壓油，由于主軸上下側(cè)液壓油壓強(qiáng)差很大，因此在壓強(qiáng)作用下，主軸向下運(yùn)動(dòng)，斷路器最終分閘并保持分閘狀態(tài)。

圖5 正常情況下由合閘轉(zhuǎn)分閘時(shí)，油流走向及切換后高低壓油分布

圖6 分閘狀態(tài)(儲(chǔ)能完成)時(shí)，高低壓油分布

2.3 故障情況下的油路分析

合閘伺服閥閥桿未復(fù)位，分閘伺服閥正常時(shí)，接到分閘令后故障分析。

斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí)，由于合閘伺服閥閥桿未回彈復(fù)位，合閘伺服閥兩端油路始終接通。當(dāng)斷路器操作機(jī)構(gòu)接到分閘脈沖令時(shí)，分閘線圈得電(通電時(shí)間為毫秒級(jí))，分閘伺服閥閥桿動(dòng)作使分閘伺服閥兩端油路接通，高壓油正常一路經(jīng)分閘伺服閥流向低壓油區(qū)，另一路由于合閘伺服閥兩端油路接通，又流回高壓區(qū)。致使換向閥內(nèi)液壓油油壓強(qiáng)一致，而截面面積仍然保持A3

圖7 合閘伺服閥閥桿未復(fù)歸，由合閘轉(zhuǎn)分閘時(shí)，油流走向及切換后高低壓油分布

由于分閘伺服閥得電后兩端油路接通，使高壓油進(jìn)入低壓油區(qū)，但因分閘伺服閥得電時(shí)間很短，高低壓油接通時(shí)間短、油路細(xì)，且換向閥沒(méi)能向上運(yùn)動(dòng)，因此只有少量高壓油進(jìn)入低壓油區(qū)，高壓油壓強(qiáng)只有少量下降，從而造成儲(chǔ)能電機(jī)啟動(dòng)但啟動(dòng)時(shí)間較短，致使電機(jī)啟動(dòng)儲(chǔ)能打壓，與故障現(xiàn)場(chǎng)人員描述的打壓時(shí)間約為3～4 s現(xiàn)象一致，該打壓時(shí)間遠(yuǎn)小于正常時(shí)間。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證流程

GCB分閘拒動(dòng)故障試驗(yàn)驗(yàn)證流程見(jiàn)表1。

表1 GCB分閘拒動(dòng)故障試驗(yàn)驗(yàn)證流程

注：通過(guò)儀器(開(kāi)關(guān)特性儀)給分閘伺服閥加入3 s的脈沖信號(hào)。3 s時(shí)長(zhǎng)是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)分閘令時(shí)的脈寬。運(yùn)行模式下，線圈脈沖持續(xù)時(shí)間不超1 s。

2.5 故障重演

以合閘伺服閥閥桿無(wú)法復(fù)位為假設(shè)，利用已知的情況，故障重演結(jié)果如表2[2]。

表2 GCB分閘拒動(dòng)故障重演結(jié)果

2.6 驗(yàn)證結(jié)論

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，合閘伺服閥閥桿不回彈的缺陷缺陷會(huì)導(dǎo)致GCB發(fā)生拒分現(xiàn)象，同時(shí)由于少部分高壓油流至低壓缸，導(dǎo)致彈簧泄壓，啟動(dòng)電機(jī)打壓。

3 合閘后隨即跳開(kāi)故障

3.1 故障現(xiàn)象

10:38:22 主站發(fā)令后，GCB合閘不成功。故障錄波顯示：10時(shí)38分31秒346毫秒，GCB在計(jì)算機(jī)發(fā)令合閘，約70 ms后跳開(kāi)，無(wú)任何保護(hù)裝置動(dòng)作信息。隨后在開(kāi)機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中2次出現(xiàn)GCB合閘50 ms后自行分閘現(xiàn)象。

故障錄波顯示：10時(shí)38分31秒346毫秒，斷路器在計(jì)算機(jī)發(fā)令合閘約70 ms后斷開(kāi)，合閘電流在正常負(fù)荷電流水平。兩套發(fā)變組保護(hù)裝置均無(wú)保護(hù)動(dòng)作報(bào)告記錄、無(wú)告警出口異常燈。機(jī)組錄波顯示過(guò)程中兩套保護(hù)均無(wú)動(dòng)作出口、信號(hào)變位記錄[3]。檢查斷路器合閘、Ⅰ路分閘、Ⅱ路分閘接點(diǎn)阻值大于10 M；檢查保護(hù)盤至GCB二次電纜各線芯對(duì)地及線芯之間絕緣阻值大于100 M。匯控柜內(nèi)檢查：SF6壓力、彈簧儲(chǔ)能壓力報(bào)警接點(diǎn)未接通。GCB匯控柜內(nèi)檢查:合閘線圈、I路分閘線圈、II路分閘線圈電阻值正常[4]。

3.2 正常分閘情況分析

斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行分合閘操作，必須有油路接通，高低壓油切換，工作桿才能動(dòng)作。油路接通有以下幾種可能：

1)分閘伺服閥得電，接通油路。跳閘操作回路加裝的電流型繼電器進(jìn)行錄波監(jiān)視，6個(gè)監(jiān)視繼電器均未動(dòng)作。分閘伺服閥沒(méi)有接受到電信號(hào)。排除電信號(hào)引起機(jī)構(gòu)自動(dòng)分閘。

2)工作缸內(nèi)漏，接通油路。若機(jī)構(gòu)工作缸內(nèi)漏，接通油路。機(jī)構(gòu)直接表象，就是油泵電機(jī)頻繁打壓。查記錄，排除機(jī)構(gòu)內(nèi)漏。

3)換向閥未切換到位，接通油路。若換向閥未切換到位，高低油腔連通，油泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)，無(wú)法建立高壓油，電機(jī)工作180 s后，油泵電機(jī)報(bào)電機(jī)打壓超時(shí)信號(hào)，LCU未報(bào)油泵電機(jī)打壓超時(shí)信號(hào)。排除換向閥切換不到位可能行。此外，操作機(jī)構(gòu)若失壓，由于操作機(jī)構(gòu)具有失壓閉鎖功能，機(jī)構(gòu)不會(huì)自動(dòng)分閘。

4)分閘電磁閥分閘后未復(fù)位，接通油路。

正常情況下，分閘電磁閥失電時(shí)，在彈簧的作用下，電磁閥閥桿會(huì)復(fù)位，球閥復(fù)位，電磁閥控制的油流回路斷開(kāi)(見(jiàn)圖8、圖9)。

若機(jī)構(gòu)油中有油泥，在某個(gè)分閘時(shí)刻，油中雜質(zhì)阻擋球閥復(fù)位，導(dǎo)致分閘油路一直處在接通狀態(tài)，操作機(jī)構(gòu)得到合閘令后，首先進(jìn)行合閘操作，合閘操作后，由于分閘油路處在接通狀態(tài)，接著進(jìn)行分閘。

圖8 電磁閥工作原理圖

操作機(jī)構(gòu)在分合閘命令同時(shí)存在的情況下，首先進(jìn)行的動(dòng)作是狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。即，在分閘狀態(tài)時(shí)，分合閘命令同時(shí)存在，首先進(jìn)行合閘動(dòng)作；在合閘狀態(tài)時(shí)，分合閘命令同時(shí)存在，首先進(jìn)行分閘動(dòng)作。

GCB分閘結(jié)束后，機(jī)構(gòu)分閘油路沒(méi)有截?cái)?，仍保持接通，?dǎo)致機(jī)構(gòu)在合閘后，在沒(méi)有分閘信號(hào)的情況下，出現(xiàn)自動(dòng)分閘。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證流程

GCB合閘后隨即跳開(kāi)故障試驗(yàn)驗(yàn)證流程見(jiàn)表3。

圖9 電磁閥結(jié)構(gòu)圖

故障模擬操作手動(dòng)長(zhǎng)按分閘伺服閥閥桿(模擬閥桿不回彈現(xiàn)象)同期裝置發(fā)合閘令監(jiān)視并記錄開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況用儀器(開(kāi)關(guān)測(cè)試儀)監(jiān)視主回路開(kāi)斷情況查詢保護(hù)裝置監(jiān)視主回路的開(kāi)斷情況觀察監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視主·回路的開(kāi)斷情況觀察開(kāi)關(guān)是否合閘后隨即分閘;記錄動(dòng)作次數(shù)電機(jī)打壓時(shí)間記錄從合閘起到打壓超時(shí)所需時(shí)長(zhǎng)彈簧動(dòng)作情況彈簧壓力低報(bào)警時(shí)間彈簧壓力低閉鎖時(shí)間防慢分銷投入狀態(tài)

3.4 故障重演的驗(yàn)證

GCB以分閘伺服閥閥桿無(wú)法復(fù)位(人為按下模擬閥桿不回彈)為驗(yàn)證，利用已知的情況，做故障重演如表4。

表4 GCB合閘后隨即跳開(kāi)故障試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

4 伺服閥的解剖檢查

經(jīng)對(duì)拆除的分、合閘伺服閥進(jìn)行解剖檢查發(fā)現(xiàn)，伺服閥閥桿無(wú)法復(fù)歸的主要原因?yàn)殚y桿在安裝孔內(nèi)卡澀嚴(yán)重。拆除閥桿及安裝孔端部的密封圈后發(fā)現(xiàn)，密封圈存在嚴(yán)重磨損，閥桿與安裝孔內(nèi)表面存在較多碎屑狀雜質(zhì)(見(jiàn)圖10)。

由于操作機(jī)構(gòu)分閘電磁閥油路一直流的是低壓油，且油路管道很細(xì)，油泥較容易堆積；合閘電磁閥油路一直流的是高壓油，油泥不容易堆積。油中雜質(zhì)阻塞分閘電磁閥關(guān)斷分閘油路，帶有隨機(jī)性，致使GCB合閘后偶然會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)分閘現(xiàn)象，但是，一旦分閘電磁閥分閘后把油路關(guān)閉，機(jī)構(gòu)就不會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)分閘，除非機(jī)構(gòu)接收到分閘信號(hào)。

在運(yùn)行中，GCB操作機(jī)構(gòu)的分閘電磁閥，已經(jīng)把分閘油路關(guān)閉(若分閘油路未關(guān)閉，GCB操作機(jī)構(gòu)不會(huì)合閘并網(wǎng)成功)，所以，運(yùn)行中GCB不會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)分閘現(xiàn)象。

圖10 合閘伺服閥閥桿和及密封圈

5 結(jié) 語(yǔ)

1)運(yùn)行年代長(zhǎng)的GCB操作機(jī)構(gòu)，有很大的概率發(fā)生伺服閥閥桿卡死現(xiàn)象，分閘伺服閥卡死會(huì)導(dǎo)致合閘后隨即跳開(kāi)的現(xiàn)象，影響機(jī)組并網(wǎng)；合閘伺服閥卡死會(huì)導(dǎo)致GCB拒分缺陷，嚴(yán)重時(shí)，GCB拒動(dòng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)變組故障擴(kuò)大。

2)該型號(hào)伺服閥閥桿外部有橡皮罩，正常情況下無(wú)法觀察其是否卡死。目前尚無(wú)監(jiān)測(cè)裝置能監(jiān)控其狀態(tài)，需協(xié)同廠家進(jìn)行改進(jìn)。

3)下一步需斷路器廠家說(shuō)明伺服閥閥桿不回彈的監(jiān)視及改進(jìn)方案。