惠州蓄能水电厂发电机出口断路器操作机构故障分析

张立中，王 方

（中国南方电网调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东 惠州 516100）

惠州蓄能水电厂发电机出口断路器操作机构故障分析

张立中，王 方

（中国南方电网调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东 惠州 516100）

分析液压弹簧操作机构的断路器出现储能故障的原因，并提出了预防开关储能故障的措施，以提高发电设备的可靠性。

断路器；液压弹簧操作机构；储能；故障

1 前言

惠州蓄能水电厂位于广东省惠州市博罗县郊区，是一座周调节的纯抽水蓄能电站。惠州蓄能水电厂分A、B两厂，分别安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-电动发电机组，单机容量为300MW，总装机容量为2400MW。

惠州蓄能水电厂的8台发电机出口均采用一机一变的单元接线方式。2013年3月20日，A厂4号机组在停机断开发电机出口断路器之后，出现断路器储能电机运行时间过长报警，现场检查断路器弹簧不能正常储能。经过全面检查和分析之后，认为导致弹簧不能正常储能的原因是液压操作机构中各部件内部摩擦产生杂质污染液压油。液压油中杂质让密封面密封不严，导致高压油向低压油腔泄漏，从而使弹簧不能正常储能。

2 断路器简介

惠州蓄能水电厂发电机出口断路器采用ABB生产的型号为HECPS-3S产品。断路器为户内卧式结构、SF6气体绝缘和灭弧、三相联动、液压弹簧操作机构。断路器的额定电压24kV，工作电压18（±10%）kV。设有一个合闸线圈，二个分闸线圈（220V DC 0.5kW Trip II和 220V DC 1.5kW Trip I），具有防跳跃和防失压慢分能力。

3 故障经过

2013年3月20日，4号机组在11:02:27发正常停机命令，11:03:03机组断路器UNIT CB 001JD断开。在11:05:04出现UNIT CB MOTOR LONG TIME RUNNING的报警，即断路器的储能电机运行时间过长报警。

4 处理过程及原因分析

由于断路器的操作机构为液压弹簧操作机构，涉及到电气控制回路和机械液压回路。所以从这两个方面查找原因。

首先，从电气控制回路查找。断路器储能电气控制回路如图1：MO为储能电机；K4为中间继电器；S1（71-72）为断路器弹簧的辅助接点；K5为延时继电器，整定时间为2min；K63为电机运行时间过长报警输出中间继电器；P2为计数器。正常运行情况，弹簧在未储能位置S1（71-72）接通，K4励磁，电机开始储能；同时K5开始计时，当达到2min之后，如果弹簧还未完全储能，则K5的延时触点动作，电机电源切断，同时K63励磁发出电机运行时间过长报警。

现场检查二次回路，K5继电器正常，整定时间正确。K4继电器正常。弹簧的辅助接点S1（71-72）亦正常，未出现烧蚀粘合现象。K63继电器也正常工作。因此可以确定不是电气控制回路的问题。

图1 断路器储能回路电气控制图

拆卸掉操作机构外壳，检查电机、储能齿轮、弹簧等机构外观均无异常。操作机构外壳亦无油外漏现象。投入和断开储能电机电源空开几次，尝试给弹簧储能，电机有带动储能齿轮转动，但观察弹簧并未发生任何位移。可以确定是液压回路故障。

因此，从液压回路进行查找。液压回路可能出现的问题有：①油泵故障；②油泵低压侧有空气；③液压机构出现渗漏。现场手摸油泵，无发热现象，油泵运转正常。为检查油泵低压侧是否有气体，用真空泵从操作机构的注油孔处抽真空，使腔内气体形成负压，同时转动储能齿轮，将管路中的气体带出。故障依然存在。

从渗漏方面考虑。液压机构渗漏分为外部渗漏和内部渗漏两种。外部渗漏由液压机构中的各连接元件处接头松动或者变形造成，一般用肉眼能直接观察。通过观察，未发现外部有油渗漏。因此，可以排除。内部渗漏是液压回路中高压油与低压油之间的阀门或者密封面不严引起。其原因有阀门变形或者损坏，配合不良，阀门密封损坏或者液压油内有杂质卡在各阀门或者密封圈处等。这种故障处理比较复杂。需要拆卸相关元件，更换损坏的阀门，密封垫圈，过滤带杂质的液压油等。因此，内部渗漏比较难处理。断路器在分闸位置时储能与非储能状态示意图如图2和图3。

图2 分闸已储能

图3 分闸未储能

图2中标注了可能存在渗漏的4个高压油腔与低压油腔的密封面。初步怀疑是密封面内卡有细小杂质，导致密封不严，出现渗油。

为排除可疑点1，现场采取的措施是用橡胶锤敲打操作机构控制阀组，使卡在其间的杂质能脱落。可疑点2、3暂时不好排除，需对油回路进行解体；为排除可疑点4，现场更换断路器合闸线圈。其他机组曾出现过因为合闸线圈的原因导致电机频繁启动的情况。按以上方法处理后，储能弹簧仍无法储能。

图4 操作机构活塞杆

现场拆出液压弹簧操作机构，进行检查。拆出机构后，手动来回推拉断路器操作机构的活塞杆（图4）若干次。之后，给储能电机投上电源，储能机构能正常储能。说明确实是某个密封面存在杂质卡塞。为此，为避免事故再次发生，现场使用真空泵更换液压油。对换下来的油进行观察，里面有黑色物质。

经分析，由于惠州蓄能水电厂是抽水蓄能电厂，在系统中起调峰调频的作用。机组开停机比较频繁。虽然4号机组断路器仅投运4年，但断路器操作次数达2000多次。断路器频繁的动作，导致操作机构内部各部件频繁动作，内部各部件摩擦会产生杂质污染液压油。细小的杂质日积月累，导致密封面密封不严，从而使高压油向低压油腔泄露，影响机组断路器液压弹簧储能机构不能正常储能。

5 预防措施

断路器的操作机构是断路器的重要组成部分，它的故障直接影响开关的运行。因此，为防止出现类似储能故障，保障机组的可靠运行，在运行维护过程中要特别关注操作机构。具体从以下几方面着手：①巡视过程中，观察储能电机动作次数与断路器的动作次数是否匹配。正常情况下，储能电机的动作次数为断路器动作次数的两倍。如储能电机的动作次数过多，则有可能出现弹簧储能不能保持，需对液压回路进行检查。②定期更换液压油，以降低液压油中的杂质含量，确保各密封面干净。③检查油位是否正常。如果油位与初始油位有不同，则可能出现渗漏。④定期维护电机，检查其碳刷长度是否满足要求，电机发热是否异常，运行有无异响等。⑤检查储能齿轮是否正常。⑥对液压回路中的接口，定期进行检查紧固。⑦补充液压油之后，要注意排气。⑧定期对电气回路的继电器进行检验，防止误报警，误动作。⑨储备适量备件。

6 结束语

惠州蓄能水电厂是一座周调节的纯抽水蓄能电站，在系统中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用的任务。机组开停机频繁，对电气设备的要求也比较高。机组出口断路器是发电厂重要设备之一，其故障直接影响机组的运行。而断路器最常见的故障是操作机构的故障。因此在日常巡视以及定检工作中，要加以重视。

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

TM561

B

1672-5387（2015）S-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.015

2015-10-22

张立中（1985-），男，助理工程师，从事水电厂检修维护工作。