SF6断路器操作机构缺陷分析及处理

秦 睿，杨 萍，屈传宁，汪红燕

(1.甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

SF6断路器操作机构缺陷分析及处理

秦 睿1，杨 萍1，屈传宁2，汪红燕1

(1.甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

对甘肃电网750kV罐式SF6断路器操作机构近年来发现的缺陷和故障情况进行了梳理，针对750kV LW56-800/Y5000-50型罐式SF6断路器配置的HDA-8型氮气储能液压操作机构在投运前和正常运行中发现的主要缺陷和故障，分析其产生的主要原因，提出了缺陷处理的方法并制定了相关的防范措施。

断路器；操作机构；缺陷；原因分析；防范措施

国家西电东送战略目标的实施，推动了甘肃750kV电网的大规模建设和快速发展。目前，甘肃省境内750kV电网已形成了与陕西、青海、宁夏、新疆等省间24回750kV线路相联的西北骨干网架，建成的7座750kV变电站全部采用国产设备，其中2座站采用气体绝缘金属封闭开关(GIS)，剩余5座站选用罐式SF6断路器。其中，LW56-800/Y5000-50型断路器配置HDA-8型氮气储能液压操作机构，LW13-800/Y500-50(G)型断路器配置CY15型液压操作机构，800PM50-50T型断路器配置弹簧操作机构。自投运以来，断路器运行基本稳定，但操作机构缺陷频现，且主要集中出现在启动投运前，但也有部分隐患遗留到运行阶段，成为影响电网安全运行的主要因素。

1 主要缺陷和故障

通过对2个750kV变电站罐式LW56-800/Y5000-50型SF6断路器配置的HDA-8型氮气储能液压操作机构在投运前和运行中发现的缺陷进行统计归类分析，发现合闸速度较慢、合闸时间较长、油泵频繁起动、补压时压力不增加、渗漏油和压力控制组件的动作性能差，是该型断路器操作机构存在的普遍性缺陷。

1.1 合闸时间和合闸速度与技术协议有差异

该型SF6断路器配置的HDA-8型氮气储能液压操作机构均为同一厂家生产，在进行出厂机械特性试验时均出现合闸时间和合闸速度与技术协议要求有差异的现象，存在合闸速度较慢、时间较长等问题。测试数据如下。

(1) 其中8台断路器技术协议规定的合闸时间≤70ms，合闸速度≥4 m/s，而出厂试验时合闸时间为77.1 ms，合闸速度为3.42 m/s。

(2) 另4台断路器技术协议规定合闸时间为48～60ms，合闸速度为(4.5±0.5) m/s，而出厂试验时合闸时间为55～80ms，合闸速度为(3.8±0.4) m/s。

1.2 合闸和分闸状态下油泵频繁起动打压

对于不同的操作机构，油泵每天起动的次数也不相同。通常在断路器无操作的情况下，每相机构的油泵每天允许起动10次(月平均值)。若油泵起动次数大于10次，则须对机构加强观察；若起动次数每天大于20次，则须对内部密封进行检查。对运行的多台断路器操作机构平均每天打压次数的统计结果为十几到几十次，甚至在油压下降未达到油泵启动压力时就发出重合闸闭锁信号，出现频繁打压的现象，从而导致电机烧毁。

1.3 机构打压模块补压时系统压力不增加

通常，不论液压操作机构在合闸位置还是在分闸位置，储压器都处在常高压状态，以实现断路器的分、合闸操作。HDA-8型储能液压操作机构额定操作压力为37MPa，油泵启动压力为(35±0.5) MPa，若操作机构压力﹤35 MPa，则油泵需启动补压至37 MPa。但在运行中发现有的操作机构在储能状态下的补压过程中，电机工作正常，并且圆锥齿轮副的啮合运转也都正常，但系统压力不增加，从而造成运行中断路器无法实现分闸和合闸操作。

1.4 结合面部位渗漏油

液压机构控制模块螺堵、储压器螺栓、放油阀、二级阀、工作缸与储压器连接面等部位渗漏油，不但会影响到设备的清洁，而且会引起油泵的频繁起动打压或补压时间过长。此外，若阀体、工作缸与储压器之间的连接套处大量渗油，会造成失压故障；液压油进入储压器后，还会使氮气侧压力异常升高，从而导致临修、误动，影响设备的安全运行。

1.5 机构加热器质量和加热效果差

机构箱加热器不能连续工作，经常损坏，加热及恒温效果不良，会造成机构箱中温度低，导致油位下降而看不到油位。同时，在低温时，油泵启动频繁，会造成电机烧毁。

1.6 控制组件开关可靠性差

在对压力控制开关的动作压力值调整过程中，出现了动作值和返回值稳定性差、接点动作后暂未返回等问题。

2 原因分析

2.1 合闸时间和速度与技术协议有差异的原因

加工工艺水平不高，制造质量不良，导致750kV罐式SF6断路器合闸速度比技术要求的慢，造成合闸时间较长，进而可能引发断路器在合闸过程中断口预击穿时间延长。这一方面对合闸电阻的热容量提出了更高要求，另一方面还可能造成触头烧损。

2.2 分、合闸状态下油泵频繁起动打压的原因

(1) 工艺不良造成二级阀芯与阀座两者配合不够精确，随着阀芯在阀座内发生转动，导致密封线封闭不良，造成内漏。

(2) 压控开关“油泵启动”与“油泵停止”2个压控接点之间行程配合位置过小，受环境温降低影响，2个接点的动作压差变小，致使油泵补充压力值过小，在停泵后压力微降即可造成油泵随机启动。

(3) 材料性能差，不稳定，造成储能电机启动与停止压力开关波纹管出现金属性疲劳，导致油泵启动与油泵停止压差值过小(36.5/37 MPa)，受环境温度的影响出现打压频繁现象。

2.3 断路器机构系统压力不增加的原因

(1) 注油方式不当或在分、合闸操作过程中产生一定量的气体混入油泵副的柱塞腔中，当柱塞向高压系统泵注油时，高压进油口将不会被打开，造成系统无法补压。

(2) 低压油路中油流不畅。现场检查某相断路器操作机构时发现，由于在出厂或现场安装时的装配方式不当，有一段油箱盖密封圈脱落，并随着系统打压而混入低压通道靠近滤芯处，造成低压油路油流不畅通，导致运行中机构打压模块补压时系统压力不增加。

2.4 机构渗漏油的原因

对发生渗漏油的操作机构进行解体检查发现，存在换向阀处加工工艺孔堵头螺丝复合垫圈损坏、二级阀阀芯关闭不严以及接触面加工精度不够、放油阀内部接头卡套制作不良、工作缸与储压器之间的连接套尼龙挡圈和橡胶密封垫圈破损等缺陷。其中，挡圈及密封圈产生损伤是由于连接套与连接孔之间的轴向、径向间隙较大所造成的。由于设计缺陷造成工作缸与储能器之间的连接套与连接孔之间的配合公差较大，导致挡圈及密封圈产生损伤，进而导致工作缸与储压器之间的连接套密封不良。

2.5 机构加热器质量和加热效果差的原因

由于国产设备首次设计使用大功率断路器操作机构，对低温、昼夜温差大等环境因素的影响考虑不足，设计时将操作机构温控器放置在机构箱内部(设置于汇控柜内)，导致加热器在低温下不能及时启动。此外，机构箱加热器的设计功率不足，不能连续工作，致使加热及恒温效果差，造成机构箱中温度低，导致油位下降看不到油位。

2.6 控制组件开关可靠性差的原因

由于压力组件行程开关本身的接点动作行程很小，压力开关的动作性能受环境温度和其动作稳定性的影响较大，因此，需要进行多次现场调校。同时，由于油泵启动值与重合闸闭锁值之间的压力动作间隔较小，调校不到位时容易出现压力降低后先重合闸闭锁动作，后油泵启动的不正常顺序。

3 处理方法

针对该型SF6断路器HDA-8型氮气储能液压操作机构暴露的主要故障和缺陷原因，采取了以下的处理方法。

(1) 对于合闸速度较技术要求慢、合闸时间较长等问题，因该断路器已成型，故结构无法更改，此2项参数很难改变。已要求制造厂家对该产品进行相应试验，一方面确定合闸时间延长对合闸电阻的影响程度，另一方面掌握触头的烧损情况，以保证设备安全可靠地运行。

(2) 制造厂已将所有同类型的二级阀杆及控制阀体(成套装配)更换为质量等级更高的产品，并进行调试及机械特性试验，消除了二级阀芯与阀座的密封线封闭不严、油泵频繁起动打压的缺陷。

(3) 调整压力开关“油泵启动”与“油泵停止”动作接点之间的压差值，对液压机构压力开关定值除了按要求进行调整外，还应满足：

① 保证补压停泵压力回稳后大于起泵压力1.5 MPa；

② 保证起泵压力大于35 MPa，起泵压力与重合闸警报之间的差值为0.5 MPa；

③ 各闭锁点与报警点之间的差值大于0.3 MPa；

④ 减少油泵频繁起动打压。

(4) 通过增大加热器功率及加装防寒被、确保在冬天机构内部温度保持在0℃以上，以解决由于机构温度下降造成2个接点的动作压差变小的问题。针对储能电机启动与停止压力开关波纹管出现金属性疲劳的情况，采取更换压控开关，重新调整各动作接点的压力值，消除油泵启动与停止压差值过小的缺陷，降低合闸和分闸状态下油泵频繁起动打压的次数等措施加以改善。

(5) 采用抽真空注油方式更换液压油，在现场传动操作后直至带电前，将系统压力降到零压状态，并使高压放油阀处于打开位置，启动打压模块，持续大约5 min。将由于机构分、合闸操作而混入低压油腔中以及柱塞腔中的气体充分排出，以消除断路器在运行中操作机构打压模块补压时系统压力不增加的缺陷。

(6) 将连接套的材质由不锈钢更换为经热处理后的优质钢材料，并在满足油流通路面积的前提下增加新连接套的壁厚，以增加连接强度。同时，重新优化设计连接套与连接孔之间的轴向、径向金属间隙，并对各结合面复合垫圈进行了更换，至今再未发现渗漏油现象。

(7) 采用进口温控器安装于机构箱内，保证温控器及加热器在同工况下工作。更换长时工作制的电加热器，确保在设定温度下准确地启动与切除。在操作机构箱外壳加装防寒保温罩套，以达到在冬季减少机构箱中热量散失、夏季防止烈日照射的目的，确保机构油位正常、压控开关在较正常的环境中工作，以消除机构箱加热器加热效果及恒温效果不良的缺陷。

(8) 现场检修时，对压力组件行程开关动作性能和关键接点动作值进行了反复检查校核，对于通过多次调校仍效果不佳的压力组件，采取整体更换的方法，彻底消除液压系统压力控制组件开关动作不可靠的缺陷。

4 防范措施

(1) 建立业主、监造、制造厂沟通协调机制，促使制造厂家针对运行单位反映的设备质量问题，从产品设计、材料质量控制、制造工艺及出厂试验等关键环节加强对产品质量的管控，提升设备设计、制造工艺和售后服务水平。

(2) 以各设备制造厂商为主，对各自已运行的设备开展一次全面的安全质量评估工作，对存在质量问题的设备，由制造厂商提出完善化方案，结合设备大修、技改方案予以整改。

(3) 建立供应商、监造方质量追溯制度，将主设备制造过程中反映出的问题记录在案，必要时追究厂家和监造方责任。

(4) 运行单位要深度介入工程设计、建设施工等环节。对照设备合同技术规范及监造大纲要求，认真审核设备主要原材料、关键组部件选型，开展材料及组部件质量抽检，重点加强设备制造关键材料、关键工艺和关键试验过程的监督力度，有针对性地开展抽检工作。

(5) 加强设备现场安装工艺控制，保证设备安装环境条件，严格执行安装程序和工艺要求，切实把好设备现场安装质量关。

(6) 严把验收质量关，严格执行交接试验规程和验收规范，确保验收项目齐全、试验方法及结果符合标准，在投产前有效化解大部分设备的质量安全风险，确保设备“零缺陷”移交生产运行。

1 刘振亚．特高压电网[M]．北京：中国经济出版社，2005.

2 崔景春，袁大陆，杜彦明．SF6断路器操动机构的运行可靠性和选型探讨[J]．高压电器，2001,37(2).

3 段 剑，张立群，甄 利，李 强．一起500kV断路器故障的分析和治理[J]．高压电器，2010，46(7).

4 王季梅．论开发750kV超高压真空断路器的必要性[J]．电力设备，2004，5(9).

5 闫群民，马永翔，王宏涛．800kV罐式SF6断路器操动机构频繁打压现象分析[J]．2011，47(2).

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2012-08-28）