断路器液压机构常见故障分析及处理方法

邯郸供电公司 赵晨光 康国钧

1 引言

高压断路器是变电站及发电厂重要的控制设备。系统正常运行时，断路器用来切换运行方式，控制设备或线路接入或退出；当电气设备或线路发生故障时，断路器用来快速切除和隔离故障。高压断路器动作准确与否对于电力系统正常运行至关重要[1]。断路器工作在分、合闸的稳定状态，操动机构是断路器的核心组成部分，主控着断路器的分闸、合闸、重合闸，是决定断路器能否正常开断的关键。其中液压机构因驱动能量大、传动平稳、动作速度快，在220kV及以上电压等级的高压断路器中广泛应用。但因机构的材料质量和制造加工工艺等问题，当操动机构中元器件处于高液压状态时，常会出现密封元件受损、动作失灵、接头不良等故障，严重影响断路器的正常工作。大量统计数据表明，高压断路器80%左右的事故是由机械原因造成[2,3]，因此对于液压机构常见故障必须高度引起重视。本文针对液压操动机构几种故障外在表现，基于实际检修工作经验深入分析其原因，提出故障的诊断方法和相应的处理措施。

2 液压机构常见故障的分析和处理

2.1 液压机构渗漏油故障

断路器液压机构在运行中经常发生渗漏油故障，影响设备使用寿命，危及设备安全运行。液压机构渗漏油故障主要分为外部渗漏和内部渗漏两大类[4]。

2.1.1 外部渗漏现象及原因

外部渗漏故障一般可从机构外表观察到，如发现机构箱底部有大面积油污，或者某些部位有明显渗漏现象时，则可判定为外部渗漏故障。断路器液压机构发生外漏的主要原因不外乎有四点：一是管接头拧紧力矩不够，接头松动；二是管接头拧紧时力矩过大，造成卡套上的密封线变宽偏斜；三是接头卡套损坏，毛刺或破裂；四是密封圈、垫片变形或损坏。发现断路器液压机构有外部渗漏故障时，首先要找出具体的渗漏点，针对具体渗漏故障采取相应措施[5]。

2.1.2 外渗故障处理方法和技巧

针对不同的渗漏原因，一般采取的方法为：

（1）选择合适管接头拧紧力矩，紧固良好。

（2）除去接头处毛刺或更换卡套。

（3）更换密封圈或密封垫。垫片密封铜垫在安装前要加热使之变软，安装时应一次成功，否则铜垫在拆装几次后导致压痕变位，易产生新的渗漏点[4]。值得注意的是，要选择质量合格的橡胶密封垫，尺寸应合适，压缩量适中，安装时涂抹凡士林。

2.1.3 内部渗漏现象及原因

内部渗漏油是真正困扰消缺检修人员的重要所在，经常导致油泵频繁启动、无法建立压力、机构压力异常等现象。处理内渗时难度较高，应综合判断渗漏位置，找出内部准确渗漏点。

发生内漏的主要原因有四方面：

（1）液压机构元件的动静密封圈、垫片损坏老化。

（2）锥形阀及阀座密封损坏、分合不到位引起。

（3）钢球与阀口处阀线冲击次数过多，撞击力量较大，无导向造成阀线宽度大于0.2mm，致使并轴线偏移，阀口变形等情况。

（4）液压机构元件内部接头松动。

2.1.4 内渗故障方法和技巧

基于对液压机构的研究和长时间现场工作经验，针对如何准确查找故障渗漏点，解决液压机构内渗故障，本文总结出一套5步法：一问、二看、三试、四摸、五听。

（1）问

检修前向运行人员详细询问故障现象，通过小组分析讨论，初步判断故障的原因。备齐相应工器具、备品备件和检修资料图纸，制定初步检修策略和方法。通过提前询问值班人员，可减少不必要的工作量，提高检修效率[6]。

（2）看

看的方法主要是通过眼睛观察来定位机构的故障点。对于发生在LW6系列断路器机构内部的渗漏油故障，一般会通过外部异常现象表现出来，如机构压力异常、油箱或者辅助油箱出现渗漏油等。这时，可通过仔细观察机构外部异常现象进而分析判断机构内部故障点，或通过观察渗漏点对比图纸找出内部可能破损的密封件。

（3）试

液压机构是一个逐级放大能量的逻辑系统，各部件腔室与管道在分合闸时的油压高低可以有下列几种状态：常高压、常低压、瞬间高压等，因此可以通过断路器的分合动作试验，观察液压机构在分合闸状态下的渗漏情况的不同，判断故障可能发生的位置和原因。通过综合判断，可以较快地诊断出可能发生渗漏的液压机构零部件，提高处理故障的效率。

（4）摸

由于液压部件发生内部渗漏时，其高压油通过渗漏间隙进入低压油腔时发生剧烈磨擦与冲击，液压油传递的能量转化为热能使部件局部温升，通过触摸可感知部件温升进而判断该部件是否发生了渗漏。

（5）听

当液压机构内密封部件发生体积变形或位置偏移等问题时，变位的活塞动作时与缸壁摩擦的声音、高压油渗漏时的冲击声、高压油泄漏时与阀口或者阀球摩擦的微弱声音等，都可以作为判断故障点的理论依据。声音较小的时候，可使用声音放大工具（听诊器）贴在机构部件上，将耳朵贴在放大工具上以提高侦听效果[3]。

2.1.5 案例分析

河北邯郸供电公司某变电站LW6-220kV断路器出现异常情况，检修人员得到消缺任务后，首先经询问得知设备运行时出现压力异常和油泵频繁打压现象，初步判断为渗漏油故障。到达现场简单观察后将机构能量释放，对设备进行外观检查，发现三个问题：放油时，油箱出现喷油现象；C相辅助油箱外较A、B两相出现大片油污；机构箱内部没有明显的外部渗漏点。故此可得到初步定论：排除机构箱外渗故障可能性，设备应出现内渗故障，故障点可能在C相。检修人员启动电机储能，进行试探性分合试验。动作同时，检修人员用手触摸相关部位，侦听各相动作时发出的声音，发现C相储压筒有微弱的“哧哧”异常声音。为确保判断正确，检修人员将断路器两相高压油管路堵住，对三相分别进行单独检查（封堵管路必须在零压状态进行，利用专用堵头，特别注意保持液压油洁净）。最终确定故障是由于C相储压筒活塞密封失效导致活塞两侧氮气和液压油混合造成，主储压器结构如下图所示。

LW6主储压器结构图

更换C相储压筒后，检修人员对断路器进行分合试验，发现当电机转动对液压油进行打压储能时，机构箱内三相控制阀上部同时出现渗油现象。重复操作现象依旧。

为找到渗油原因，检修人员将三相控制阀拆卸进行检查，发现控制阀内二级阀锥阀动作时分合不到位，供油阀和排油阀同时都处于打开位置。通过检查和分析，可判断原因是由于断路器机构投运时间较长，部件动作效率降低，此时在压力不足额定压力的情况下进行分合操作，二级阀锥阀分合不到位，致使高、低压油路相通。机构打压时，高压油通过二级阀锥阀进入到低压油区，故三相控制阀出现渗油现象。检修人员将二级阀进行拆卸，使之复位，复装后进行打压，不再出现渗油现象，此时在额定压力进行分合试验，机械特性正常。

2.2 操动机构液压管路混入气体故障

2.2.1 现象及原因

由于液压操动机构外接管路具有多并且长的特点，管路中空气很难通过高压放油阀完全排尽，机构死角处残存的空气会形成空气垫，对液压操动机构动作特性产生影响。断路器进行分合闸操作时，阀体或活塞运动依靠液压油的容积变化进行能量的传递，当液压油受压时体积变化达到要求时，才能满足动作机械特性要求。如果此时油中含有空气泡，空气泡的可压缩性远远大于液压油，致使活塞运动时需首先压缩空气泡再压缩液压油，造成液压油整体容积变化较大，分合闸运动不稳定，三相同期不合格。

2.2.2 处理方法和技巧

断路器在结构上可能形成死角的部分（主储压器下法兰上、供排油阀阀座上、工作缸基座上等处）都设有排气螺钉。如图2所示。对于LW6-110kV型断路器，当排油阀没有设定特定排气口时，可在分闸位通过瞬时高压油口阀口进行排气。

操动机构在完成检修工作后建压过程中，必须逐一打开各排气螺钉排气，将带有气泡的高压油从螺孔中排出，且连续排油2-3min为止。断路器应经几次慢分、慢合操作，并反复几次排气，直至将液压管路中气体排尽为止。保持液压油的不可压缩性，对于液压油作为工作介质可靠地传递能量、确保操纵机构灵敏动作至关重要[7]。

2.2.3 案例分析

邯郸供电公司某变电站LW6-220系列断路器在更换设备元件后，对断路器进行机械特性试验。发现检修后C相合闸时间明显高于另外两相（合闸时间：A-69.79ms、B-67.31ms、C-132.3ms，不同期为64.99ms—数据来于现场采集），初步判断故障原因为液压机构中含有空气形成的气泡，造成断路器同期严重不合格。

检修人员拧下供排油阀的排气螺钉，打开放气口，如图3所示，放掉部分液压油（直到放出的液压油中不带有气泡为止），而后进行分合闸动作试验。反复几次操作后，测试结果达到设备标准要求。

2.3 压力开关典型故障

断路器分合闸动作中，如果出现油泵频繁打压、电机停转压力偏高等现象时，可能是压力开关组件出现问题所导致，故障原因分析和处理方法如下所示[8]。

（1）压力开关组件上推动微开关的接头中心未对好，长期偏压而造成位移，使整定值改变。此时可调整接头中心对准微动开关的针。

（2）由于微动开关触电行程小，加之频繁动作，因而可造成触电变形而不能自动返回；或者触点弹片受潮氧化变质，失去原有弹性。此时应更换新的触动开关。

（3）油压长期过高，使微动开关弹簧片疲劳失去作用或动作失灵。检修或更换微动开关。

（4）某些触点长期不动作，表面生成氧化膜而使接触不良。打磨或更换元件。

3 断路器液压机构的检修经验

断路器故障及隐患的发现是电力系统检修工作的长期任务。断路器生产工艺技术的飞速发展有利于减少故障的发生，但同时对于检修人员自身专业素质提出更高的要求。针对液压操动机构的断高压路器，检修工作应建立在积累大量经验的基础上，注意检修中的问题，吸收合理化建议，提高的检修质量和工艺水平，从而保证高压断路器设备的安全,可靠和经济运行。

3.1 检修注意事项

（1）断路器检修前应将油压力释放至零表压，并处于分闸位置。同时将储能电机电源断开。方能进行工作，否则会损坏机构组件或造成人员受伤。

（2）1～2级阀组件在拆除解体后，内部阀针、阀球极其细小，应在分解处的地上铺一层塑料布，这样即防止细小零件的丢失，又可防止液压油滴落地面造成大片油污。同时注意不能使零件与坚硬物碰撞或挤压，以免变形。

（ 3）更换新的组件、密封圈前，要用干净的10号航空油清洗，液压管要用纯氮气吹干，工作人员的手也应清洗，确保人手、工具、元器件干净无杂质，新更换的10号航空液压油必须经过过滤，以保持纯净。

（4）补充液压油后，要适当进行排气操作。

3.2 合理建议

（1）根据浴盆曲线特性，在设备投入初期和运行多年后，加大设备监测和检修力度。每次检修液压机构应过滤或更换航空液压油，必要时对压力表等组件进行校验。

（2）对于运行时间在10年左右的液压机构，如果某元件有原则性问题，对该元件进行更换，并开展同一批次、同一运行年代液压操作机构的检查检修，状况极差的及时提出计划更换机构。对于备品备件的现场检查和选用，尤其是密封垫的挑选，应选取质量合格、尺寸合适的配件。决不能把新配件当成合格件，必须经过仔细检查和挑选[5]。

（3）加强对现场作业人员的装配工艺和执行标准的管理。开展形式多样的技术培训，有效提高检修人员的综合技能素质，加强对各类设备故障的预防和消除。

4 结束语

由于液压机构的断路器广泛应用于电力系统，通过对断路器液压机构的常见故障进行深入分析，本文总结出渗漏、管路混入气体和压力开关问题等故障处理方法，有利于快速、准确、可靠的解决断路器检修中的实际问题，提高现场检修工作效率。提出的注意事项和合理化建议有助于检修工作人员提高现场检修水平，更好的保证设备和电网的安全运行。

[1]赵晨光.基于图像测量技术的高压开关机械特性测试方法研究：[硕士学位论文].保定：华北电力大学，2009

[2]叶琦娅,戴文进，韩秀清等.高压开关机械性能的检测.江西电力，2001，25（1）：9～26

[3]洪青云.断路器液压机构故障原因及诊断处理方法.电气技术，2010，2：82～83

[4]华万熹,万欣.SF6断路器液压机构渗漏油分析及处理.江西电力，2010，34（3）：38～39

[5]刘培民.LW6断路器液压机构故障的分析和探讨.机械研究与应用，2008，21（6）：113～117

[6]张涛,马西林. LW6型液压机构内部渗漏分析判断及处理技巧.高压电器，2010，46（2）：105～108

[7]杨香泽,郭鹏武等.变电检修，中国电力出版社，2008

[8]陈佳斌,崔军朝等. 变电设备运行异常及故障处理技术，中国电力出版社，2009