王 飛，陳 敏，宋妙環(huán)，茍方杰

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730000；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

液壓機(jī)構(gòu)因體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)，常用于220 kV，330 kV及更高電壓等級(jí)斷路器中，對(duì)保證輸變電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

液壓機(jī)構(gòu)主要由儲(chǔ)能模塊、控制模塊、監(jiān)測(cè)模塊、充壓模塊、工作模塊、適配模塊等器件構(gòu)成，以高壓油為動(dòng)力，對(duì)斷路器進(jìn)行分合閘操作。液壓機(jī)構(gòu)具有在合閘狀態(tài)油壓降低為零并重新啟動(dòng)油泵電機(jī)建立油壓時(shí)不發(fā)生慢分閘的性能，且操動(dòng)機(jī)構(gòu)裝有安全閥，可在系統(tǒng)油壓異常時(shí)實(shí)現(xiàn)自保護(hù)。

實(shí)際運(yùn)行中，液壓機(jī)構(gòu)易產(chǎn)生打壓故障，可能導(dǎo)致斷路器分合閘不到位或無(wú)法斷開(kāi)線路，造成事故范圍擴(kuò)大甚至影響電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 運(yùn)行原理及故障分析

1.1 動(dòng)作原理

液壓機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快、特性穩(wěn)定、低噪音、無(wú)磨損等可靠特點(diǎn)，有液壓碟簧機(jī)構(gòu)和液壓氮?dú)鈾C(jī)構(gòu)兩種，與液壓氮?dú)鈾C(jī)構(gòu)相比，液壓碟簧機(jī)構(gòu)壓力管道與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，設(shè)備可靠性更高。

(1) 儲(chǔ)能。當(dāng)儲(chǔ)能電機(jī)接通后，油泵將低壓油箱中的液壓油壓入高壓油腔，三組相同結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能活塞在液壓作用下，向下壓縮碟簧而儲(chǔ)能。

(2) 分閘操作。分閘電磁鐵動(dòng)作時(shí)，換向閥上部的高壓油腔與低壓油箱導(dǎo)通而失壓，換向閥芯立即向上運(yùn)動(dòng)，切斷了原來(lái)與工作活塞下部相連的高壓油路，而使工作活塞下部與低壓油箱聯(lián)通失壓，工作活塞在上部高壓油的作用下向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)斷路器分閘。

(3) 合閘操作。合閘電磁閥動(dòng)作時(shí)，高壓油進(jìn)入換向閥的上部，在差動(dòng)力作用下，換向閥芯向下運(yùn)動(dòng)切斷工作活塞下部原來(lái)與低壓油箱連通的油路，與儲(chǔ)能活塞上部的高壓油路接通，工作活塞在差動(dòng)力作用下，快速向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)斷路器合閘。

液壓機(jī)構(gòu)配置高、低壓油路，機(jī)構(gòu)所用的密封圈應(yīng)能保證其密封性，若其回路中發(fā)生器件故障或連接處密封不嚴(yán)，將導(dǎo)致高壓管路中液壓降低，進(jìn)一步引起儲(chǔ)壓碟簧張力損失，這些損失將由油泵的自動(dòng)補(bǔ)壓來(lái)補(bǔ)償，從而引發(fā)機(jī)構(gòu)打壓?jiǎn)栴}。

1.2 二次控制及故障產(chǎn)生

為保證液壓機(jī)構(gòu)具有所需的開(kāi)斷能力，控制回路中通常設(shè)有兩種閉鎖，一種是低SF6壓力操作閉鎖，通過(guò)SF6氣體密度繼電器實(shí)現(xiàn)；另一種是低油壓操作閉鎖，通過(guò)固定在支撐環(huán)上的齒條隨儲(chǔ)能彈簧上下運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)與其咬合的齒輪，與齒輪同軸的齒輪帶動(dòng)限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)液壓機(jī)構(gòu)油壓降低時(shí)，電機(jī)控制回路中的限位開(kāi)關(guān)接通，直流接觸器吸合，電機(jī)回路帶電后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓機(jī)構(gòu)開(kāi)始打壓儲(chǔ)能，當(dāng)液壓達(dá)到額定壓力后，電機(jī)控制回路斷開(kāi)，電機(jī)打壓儲(chǔ)能結(jié)束。若電機(jī)時(shí)間繼電器動(dòng)作或熱繼電器動(dòng)作，表明液壓回路或者電機(jī)及其控制回路出現(xiàn)了故障。

2 常見(jiàn)打壓故障分析

2.1 電機(jī)故障不打壓

液壓機(jī)構(gòu)在電機(jī)回路接通(或應(yīng)當(dāng)接通)后，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，可判定為電機(jī)或電機(jī)回路故障，故障原因可能為電機(jī)空開(kāi)分閘、施加電壓不正確、碳刷磨損、電機(jī)故障等，例如，電機(jī)碳刷故障引起電機(jī)故障時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查刷桿上的螺絲松動(dòng)情況，碳刷在刷盒內(nèi)上下活動(dòng)是否存在卡澀，碳刷所受彈簧的壓力是否均勻，碳刷壓指和電刷頂部的壓板是否有斷裂現(xiàn)象，碳刷的磨損程度等情況，當(dāng)碳刷磨損到極限位置時(shí)，就應(yīng)當(dāng)更換碳刷。

2.2 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不打壓

液壓機(jī)構(gòu)在電機(jī)回路接通(或應(yīng)當(dāng)接通)后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而油壓不升高，可判定為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)完好而液壓油回路存在故障，故障原因可能為電機(jī)齒輪打滑、高壓放油閥打開(kāi)、油泵故障、油位太低、液壓油變質(zhì)、濾油器阻塞、高壓油回路滲漏油、油中空氣過(guò)多等。在液壓機(jī)構(gòu)維護(hù)工作中，要重點(diǎn)維護(hù)液壓油的清潔程度，嚴(yán)防液壓油中混入雜質(zhì)造成液壓機(jī)構(gòu)損壞。

2.2.1 液壓碟簧不儲(chǔ)能

2021年3月，某330 kV變電站3341斷路器液壓油更換后進(jìn)行逐相打壓測(cè)試。在測(cè)試A相時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)正常但液壓碟簧不儲(chǔ)能，觀察約3 min后發(fā)現(xiàn)依舊不儲(chǔ)能，之后電機(jī)自行停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)故障信息，可將故障分為兩部分，第1部為“電機(jī)自行停止轉(zhuǎn)動(dòng)”，可判定為電機(jī)回路中存在短路；第2部分為“電機(jī)啟動(dòng)正常但液壓碟簧不儲(chǔ)能”，檢查得知，其故障原因可能為電機(jī)過(guò)時(shí)限時(shí)間繼電器燒壞，或者可能為輔助接點(diǎn)故障、泄壓后泄壓閥未返回或者斷路器內(nèi)部故障等導(dǎo)致。經(jīng)分析最終確定為手動(dòng)液壓后泄壓觸點(diǎn)未返回所致。

2.2.2 液壓碟簧中斷儲(chǔ)能

2021年5月，某330 kV變電站3353斷路器液壓油更換后進(jìn)行逐相打壓測(cè)試。在測(cè)試C相時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)正常，液壓碟簧打壓至一半后，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而碟簧不再被壓縮儲(chǔ)能。

根據(jù)故障信息，依次對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)油量、二次回路和二次控制閥進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，最終確定故障原因?yàn)橐簤河妥⑷霑r(shí)機(jī)構(gòu)內(nèi)空氣未排干凈導(dǎo)致液壓油中空氣過(guò)多，打壓儲(chǔ)能時(shí)空氣承壓性能遠(yuǎn)不及液壓油，故而打壓至一半時(shí)，雖然電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)但油壓無(wú)法升高，使碟簧無(wú)法繼續(xù)壓縮。最終，采用真空注油器抽除液壓油中空氣后故障消除。

2.3 頻繁打壓

結(jié)合ABB、西開(kāi)、平高等廠家對(duì)液壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)行維護(hù)要求，油泵每天可允許啟動(dòng)20次，當(dāng)一天中油泵啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)20次時(shí)，即為頻繁打壓儲(chǔ)能，就需要對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若24 h內(nèi)油泵啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)3～5次，即視為頻繁打壓。當(dāng)測(cè)定油泵啟動(dòng)次數(shù)時(shí)，可由油泵啟動(dòng)總次數(shù)減去開(kāi)關(guān)操作次數(shù)(合閘或分閘)導(dǎo)致的油泵啟動(dòng)次數(shù)得出。

一般情況下，頻繁打壓的原因有機(jī)構(gòu)滲漏油和二次控制故障兩類(lèi)。

(1) 機(jī)構(gòu)滲漏油。包括內(nèi)部滲漏油和外部滲漏油。內(nèi)部滲漏油與工作缸活塞密封、油壓開(kāi)關(guān)安全閥、油泵逆止閥、控制閥等有關(guān)；外部滲漏油與各模塊連接面、信號(hào)缸、油壓開(kāi)關(guān)、壓力表、儲(chǔ)壓器、放油閥關(guān)閉不良等有關(guān)。

(2) 二次控制故障。包括微動(dòng)開(kāi)關(guān)卡澀、二次控制錯(cuò)誤等。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢修經(jīng)驗(yàn)，若頻繁打壓發(fā)生在合閘位，則可能的故障原因?yàn)榭刂颇K在合閘后密封不嚴(yán)，應(yīng)著重檢查分閘閥閥口的密封情況；若頻繁打壓發(fā)生在分閘位，則可能的故障原因?yàn)楹祥l閥閥口密封不嚴(yán)引起的內(nèi)部泄漏，或者工作缸內(nèi)密封不嚴(yán)引起的活塞兩側(cè)高、低壓油位泄漏。

2021年7月，某330 kV變電站3332斷路器B相24 h打壓次數(shù)高達(dá)50次，屬于頻繁儲(chǔ)能故障。根據(jù)故障信息，依次對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)油質(zhì)油量、二次控制閥等進(jìn)行檢查。解體后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部合閘閥閥口密封圈存在老化滲漏油現(xiàn)象，對(duì)密封圈更換并反復(fù)確認(rèn)設(shè)備一次部分完好后，對(duì)機(jī)構(gòu)二次控制回路展開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器B，C相油壓微動(dòng)開(kāi)關(guān)KP6 (啟動(dòng)KP5、停止KP6)的二次出線被互相錯(cuò)接，導(dǎo)致兩相開(kāi)關(guān)的打壓停止功能失去作用。若以額定壓力32.6 MPa為電機(jī)啟動(dòng)壓力，則兩相開(kāi)關(guān)的打壓狀態(tài)(性能)為小于32.6 MPa即啟動(dòng)打壓，大于32.6 MPa即停止打壓，從而出現(xiàn)頻繁打壓故障。

3 防范及改進(jìn)措施

(1) 液壓機(jī)構(gòu)各部件生產(chǎn)加工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制制造工藝，嚴(yán)防各部件殘留物未清理干凈即進(jìn)行組裝及使用殘次品，密封墊宜采用聚四氟乙烯等化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)的材料。新投運(yùn)的機(jī)構(gòu)若發(fā)生頻繁打壓故障，可能是由于運(yùn)輸過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)使機(jī)構(gòu)零部件、螺栓等產(chǎn)生松動(dòng)所致，因此在投運(yùn)前應(yīng)重新檢查零部件及螺栓的緊固情況。

(2) 液壓機(jī)構(gòu)各模塊安裝時(shí)，連接面密封圈應(yīng)放置到位、受力均勻，安裝過(guò)程中避免產(chǎn)生位移而使密封圈受到擠壓；各模塊連接螺栓緊固時(shí)應(yīng)采取對(duì)角依次緊固的方法，各螺栓緊固程度應(yīng)一致并嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，螺栓緊固力并非越大越好。

(3) 液壓油品質(zhì)直接關(guān)系到液壓機(jī)構(gòu)性能，要對(duì)液壓油進(jìn)行定期檢查并充分過(guò)濾去除油內(nèi)雜質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)液壓油顏色變深變黑、有焦糊味或發(fā)酸發(fā)臭、油液透明度降低或變渾濁、油中泡沫增加、摸起來(lái)有摩擦砂粒感等現(xiàn)象，表明液壓油已變質(zhì)，需要進(jìn)行更換。更換時(shí)應(yīng)徹底排出油缸內(nèi)舊油及底部殘留雜質(zhì)，并對(duì)控制閥、工作缸及各管道進(jìn)行清洗。

(4) 液壓機(jī)構(gòu)日常檢修維護(hù)中需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行泄壓及注油操作時(shí)，應(yīng)注意：

① 泄壓時(shí)應(yīng)保持短時(shí)、多次、點(diǎn)動(dòng)泄壓，泄壓不可一次完成。

② 注油前要用真空機(jī)徹底抽除內(nèi)部殘留空氣。

③ 要注意液壓油品質(zhì)，嚴(yán)防雜質(zhì)等混入油內(nèi)。

④ 注油時(shí)要保持少量、多次方式，油位注至油位觀察窗3/4為宜。

(5) 在機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中若產(chǎn)生頻繁打壓故障，很可能為油中混入的雜質(zhì)沉積在閥門(mén)口而引起內(nèi)部泄漏導(dǎo)致，可對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次打壓泄壓和分合閘斷路器，利用液壓油流動(dòng)將雜質(zhì)沖離閥口。

(6) 在晝夜溫差大的地方，尤其是北方地區(qū)，容易引起油壓不穩(wěn)、機(jī)構(gòu)打壓次數(shù)增多等現(xiàn)象，應(yīng)在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)安裝加熱器和溫控器，以保證機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫度在合理范圍內(nèi)。運(yùn)行年限較長(zhǎng)的機(jī)構(gòu)箱門(mén)密封條老化現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)維修更換。