500kV断路器液压弹簧机构频繁打压故障的分析

500kV断路器液压弹簧机构频繁打压故障的分析

魏浩宸

新东北电气集团高压开关有限公司沈阳电力科技开发分公司，辽宁 沈阳 110000

摘要：高压断路器可灵活投切线路、电气设备，配合电网运行方式，快速切除隔离电网故障部分，是电力系统中最重要的控制和保护设备。断路器的动作特性直接取决于操动机构，500kV断路器液压弹簧机构采用差动式工作缸，弹簧储能液压连杆混合传动方式，集成液压回路无外接油管，工作特性基本不受温度变化影响。设备运行过程中，受制造、装配、安装、环境等多种因素影响，液压弹簧机构可能出现闭锁、误动、拒动、无法储能、频繁打压等故障问题。

关键词：500kV断路器；液压弹簧机构；频繁打压故障

引言

高压断路器是电力系统的关键设备，主要用于电路的连接和断开，与保护装置和控制装置合作，缩小故障范围，防止事故影响其他地区。目前，大部分高压断路器采用液压运行机构，具有体积小、输出功率大、动作速度快、可靠性等特点。在实际操作中，油泵频繁压力对高压断路器动作的会产生潜在的危险，会影响高压六氟化硫(SF6)气体及时吹向电弧炉，导致电弧触头严重烧伤，并缩短断路器的使用寿命，短路故障无法正确断开，如果事故扩展到其他地区，可能会造成额外的损坏。由于液压机构频繁打压对断路器正常运行可能造成的危险，全国各省电力公司和设备制造商对这些问题进行了深入研究，联系了油泵启动和停止压力的决策逻辑。

1液压弹簧机构基本结构

故障断路器为国内X公司生产的LW13A-550型产品，配用液压弹簧机构。机构采用模块化结构设计，按功能分为充压模块、储能模块、工作模块、控制模块、监测模块。液压弹簧机构构造，碟簧力直接作用于3个储能活塞上，通过储能活塞把由弹簧力和弹簧行程表示的机械能转换成由压力和体积表示的液压能。通过高油压储能活塞和工作油缸之间的能量传输，使操作机构能进行快速的合分闸操作。该型号的液压弹簧操作机构运行和维护指导说明书中指出：断路器无操作的情况下，每天启动10次(月平均值)为正常；超过10次(月平均值)则需对机构加强观察；超过20次(月平均值)则需通知厂家。据此判定500kV5061断路器B相操作机构频繁打压，申请停电检修。

2500kV断路器液压弹簧机构频繁打压故障

2.1油泵频繁启动原因

油泵频繁起动可能由以下因素引起:①故障发生在1月份，可能是由于环境温度较低，断路器储能装置中的氮气压力随温度下降，温度下降1℃，产生压降；②液压运行机构氮泄漏会引起油泵经常压力，氮泄漏还会导致锁闭，从而导致锁自动关闭；③油压开关内部部件损坏将导致高压侧漏油至低压侧，造成高压侧压力不足，导致油泵频繁起动；④在液压系统中，地震贮器逆止阀的损坏也可能导致高压油泄漏到低压油侧，从而造成压力过大。除上述因素外，液压机构的工作逻辑不合理，液压机构安全阀弹簧压缩量低于额定电压等。也可能导致油泵频繁起动。在电源维护中心和制造商对开关频繁进行压力检查后，排除了温度过低和氮气泄漏导致故障的可能性。初步分析是由油压开关泄漏引起的。

3.2液压油渗漏分析

一、箱盖检查检测到电路开关c相控制阀锁紧线圈有轻微的外部泄漏；长期运行时，截止阀略微浸润于油中，不足以引起油泵频繁的压力。在正常情况下，机油压力开关的顶部应为空气。插入测量区域后，测量区域的前面有机油痕迹，导致机油压力开关内有机油渗透，表明开关内漏通过解体分析，发现一级阀密封环中的油受到严重污染，局部变形，导致控制阀漏油。由于漏油可能会对其他元件造成严重污染，因此损坏密封环可能会造成液压油的杂质和频繁的压力机，并可能对其他元件造成机械损坏，因此建议更换机油压力开关、防撞容器、油泵、信号缸更换零件后，断路器的关闭保持12小时，压力没有降低，期间没有发生压降；断路器三相力学性能试验、低压试验及所有试验均合格。6h闸阀的包装试验未见压降，因此对机油压力开关信号进行了验证，验证结果正常。再次运行15小时闭合压力观测，且压力保持不变。

4现场检修分析

现场检查，5061断路器B相液压弹簧机构外观检查未见明显渗漏，泄压、打压、分闸、合闸操作，发现机构在分闸时保压正常，合闸时频繁打压。分合闸操作数次、更换液压油、更换控制阀后，机构频繁打压故障仍未消除，初步判定为机构内部故障。解体查找造成5061断路器液压弹簧机构频繁打压故障的故障原因，对机构进行了现场拆卸解体，查看机构内部情况。5061断路器液压弹簧机构解体后发现工作缸端盖底部有液压油泄露，拆除活塞杆组件后，可明显观察到工作缸内壁开裂，高、低压转换油道处存在较长贯穿性裂纹。裂纹呈多条平行分布，由内向外延伸，且存在断续。断路器处于合闸位置时，因工作缸内壁高、低压转换油道处贯穿性裂痕，高压液压油会内漏至低压液压油油道。当液压油压力低于油泵启动压力时，启泵补压。建压至额定压力后，停止打压。但因该贯穿性裂痕，使得故障断路器处于合闸位置时无法保压，导致机构出现频繁打压故障。

5原因分析及结论

机构解体后，发现液压机构内部系统的清洁度不高，除了液压油中发现的杂质颗粒外，还有金属丝；金属丝和油液中的杂质颗粒容易损坏油液中的密封圈。根据解体控制情况，发现储能缸内表面有划痕，储能活塞密封垫圈有划痕。因此，该装置的所有内部泄漏和频繁压力被认为主要是由于金属外壳和液压油中的杂质颗粒造成的，造成储能活塞高压密封环和工作缸的损坏。在解体检查过程中，还发现活塞杆过细，工作缸的工作孔有横向划痕。结合液压机构的工作原理，认为缸体-储能缸、密封圈和工作缸工作孔内表面的横向刮擦导致机构内部泄漏。机构处于闭合位置时，活塞杆的下端和上端为高压油，此时工作缸与活塞杆之间的密封部分无泄漏；当机构处于分离阀位置时，活塞杆下部成为常压油，此时活塞杆与工作缸之间的接头因工作缸工作孔内表面横向磨损而无法工作，机构将活塞杆和工作缸都属于液压机构的基本零件。根据液压机构的工作原理和高可靠性要求，活塞杆偏心磨削或工作缸刮伤时不能修复，只能实现操作机构的整体更换。

6防震容器

地震贮器通常安装在油泵后面，以减少油泵压缩到液压机构造成的脉冲波动。地震贮器由安全阀、逆止阀和阻尼元件组成。抗震容器中的逆止阀主要用于隔离低压油的高压油。安全阀旨在防止油泵压值超过规定值，清除高压，保证液压系统不受过压影响。频繁启动油泵可能导致抗震容器损坏，增加内部泄漏，使启动更频繁。油泵起动油泵时，液压油将钢球推出密封线外，打开密封使液压油流入阀门系统。当油泵停止抽运时，阀门内现有的高压机油回流使钢珠返回密封点，阻断高压侧到低压侧的油流量起到密封作用。每次油泵开始压缩和停止压缩时，球都会依次移动。反向截止阀的剖视图显示密封线为坡度。当球从运动腔底部返回密封点时，有向上力。球先触到了封锁线的顶部。油泵经常起动，磨损严重在密封线上，即使钢球返回正常密封位置，也不能完全填充密封。抗震贮器内部泄漏也可能是由于安装时阀门或钢球开口损坏，造成该处密封差，导致高压侧液压油通过止回阀泄漏到低压侧。

结束语

高压断路器对电网的安全、稳定运行具有重要意义，其分合闸动作由操动机构输出动力实现。本文基于500kV变电站5061断路器液压弹簧机构打压频繁故障，经现场检修、机构解体及裂纹处的相关试验分析，认定机构工作缸因应力腐蚀开裂，高、低压液压油道转换处贯穿，合闸位置高压液压油内漏无法保压，导致机构频繁打压。据此，建议制造厂家切实加强制造、安装过程的工艺管控，运行人员加强同型号设备的巡视，结合停电计划抽检同类型设备，保证电力系统稳定运行。

参考文献

[1]王小岭,赵伟杰.交流滤波器断路器液压机构常见漏压原因分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2019

[2]马佳豪,孙海涛,胡俊,贾卓,宋波,高浩博.一起800kV断路器液压机构频繁打压故障及分析[J].高压电器,2019,55(09)

[3]陈伟民,张长虹,黎卫国,周海滨.液压弹簧机构漏油及频繁打压故障分析与处理[J].高压电器,2018,54

[4]廖嘉维.户外GIS断路器液压机构频繁打压故障分析[J].电工技术,2018(02):85-86.

[5]韩筱慧,闻飞翔,费宇,卞寅飞,王彪,姚继星.HMB-4型液压弹簧操作机构频繁打压故障的现场检修[J].浙江电力,2018