断路器液压弹簧操作机构故障分析及处理

陈 强



断路器液压弹簧操作机构故障分析及处理

陈 强

（调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东惠州 516100）

液压弹簧操作机构是SF6断路器中应用最广泛的操作机构之一，其具有结构紧凑、可靠性高、传动效率高等优点。本文对一起液压弹簧操作机构频繁打压故障进行了深入的分析，提出了相应的解决办法，可为其他电站同类型设备的运行维护和故障处理提供借鉴和参考。

断路器；液压弹簧操作机构；频繁打压；故障处理

惠州蓄能水电厂共装有8台30万kW可逆式抽水蓄能发电机组，总装机容量240万kW，每台发电机和主变之间均设置一台出口断路器。发电机出口断路器布置在断路器柜内，单一开关实现起、停机操作，能快速切断所有类型的故障，避免扩大损失和长期停运检修，减少短路造成的损害。

出口断路器采用ABB公司生产的HECPS-3S产品，其结构型式为户内卧式，SF6气体绝缘和灭弧，自然冷却。操作机构为HMB-4.5型液压弹簧操作机构，其具有结构紧凑、可靠性高、传动效率高等优点。

液压弹簧操作机构集碟簧的机械式储能与液压式的驱动和控制优点于一体。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[1]。抽水蓄能机组较常规机组启停更为频繁，出口断路器操作次数较多，液压弹簧操作机构容易出现故障。

1 故障模式

自2012年3月26日起，巡检人员发现#6出口断路器储能电机频繁打压，正常情况下储能电机的动作次数为断路器操作次数的两倍，但储能电机实际动作次数远大于断路器操作次数的2倍。

2013年3月检修过程中，打开断路器操作机构外壳后，并未发现低压油泄露。由此判断故障为高压油腔向低压油腔发生泄露。断路器在分闸状态下，平均每天储能达到60次，断路器在合闸状态下，未见异常储能现象。初步判断泄露点可能为合闸线圈。2013年3月16日，对合闸线圈进行了更换，更换后恢复正常。

自2013年10月27日起，#6出口断路器储能电动机又出现频繁打压的现象，平均每天10多次，然后2014年1月1日开始又恢复正常。

2014年8月17日再次出现频繁打压现象，平均每天10至40多次不等。

2 原因分析

频繁打压原因可以归纳为4类[2-8]，即外部原因、二次回路故障、油中存在杂质和内部密封不严。

现场对机构油位和弹簧外观进行检查，无异常，排除外部原因。

现场检查二次回路，弹簧的辅助触点和回路控制继电器均能正常工作，且频繁打压仅发生在断路器分闸状态，合闸状态下打压正常，排除二次回路故障。

从排油口取出部分液压油进行检查，未发现明显颗粒物，初步排除油中存在杂质。

故频繁打压最可能的原因为内部密封不严，对故障模式进行进一步分析。在分闸状态下，存在液压油由高压油腔向低压油腔泄露，而在合闸状态下无泄露。故需要对比两种状态下的油腔压力分布图。断路器在分闸状态下油腔压力分布如图1所示。断路器在合闸状态下油腔压力分布如图2所示。

注：为高压油为低压油

注：为高压油为低压油

根据断路器分闸状态和合闸状态时的液压油压力分布图（如图1、图2所示），高压油回路可能有泄漏的部位可能有4处，位置1为切换阀内部密封，位置2为高压油腔内部密封，位置3为操作杆端部密封，位置4为合闸线圈电磁液压阀底部密封。

因断路器液压油在合闸状态下无泄露，可排除掉图1的位置2为泄漏点的可能（若此位置密封不严，则合闸状态下液压油也会存在泄漏）。在此之前对断路器合闸线圈进行过更换，更换后仅仅持续了7个月，泄露再次发生，故可排除掉图1的位置4为泄露点的可能。其余2个位置无法通过对故障模式的分析进行排除，最终决定对机构进行解体检查。

3 处理过程

3.1 操作机构解体及检查

对操作机构进行了解体，解体后重点检查了原因分析中剩余的2个可能泄露的位置，其中位置1的密封完好，无异常。位置3的操作杆导向环及密封均有磨损，用内窥镜对缸体进行检查，发现在操作杆分闸位置处有沿着运动方向的划痕，如图4所示标识处。

3.2 操作杆更换

对操作杆进行了整体更换，新的操作杆如图5所示，图中两个密封圈为临时固定导向环用，安装过程中会从后部滑落。

3.3 试验

回装完操作机构后，为检验安装质量，根据规程[9-10]和厂家要求，还需要测量储能电机零起打压时间、断路器合闸时间及同期性、断路器分闸时间及同期性、断路器合分时间及同期性。

测量储能电机零起打压时间为85s，合格（厂家要求90s内）。

断路器合闸时间及同期性测量如表1和图6所示。

表1 断路器合闸时间及同期性测量

断路器分闸时间及同期性测量如表2和图7所示。

表2 断路器分闸时间及同期性测量

图7 断路器分闸时间及同期性

断路器合分时间及同期性测量如表3和图8所示。

表3 断路器合分闸时间及同期性测量

图8 断路器合分闸时间及同期性

4 结论

本文深入分析了一起HMB-4.5型液压弹簧操作机构频繁打压故障，根据操作机构频繁打压的可能原因和具体故障模式，初步判断故障原因为内部密封不严，对比合闸状态下和分闸状态下油腔压力分布图，进一步确定密封不严的可能位置，最后对断路器液压弹簧操作机构进行解体检查，找到了频繁打压的最终原因为操作杆端部密封磨损，并用新的操作杆进行了更换，更换后进行了操作机构的回装，按照规程和厂家要求进行了零起打压时间测量、断路器合闸时间及同期性测量、断路器分闸时间及同期性测量、断路器合分闸时间及同期性测量等试验，试验结果均符合要求。本文对故障原因的分析和处理，对其他电站同类型设备的运行维护和故障处理具有一定的借鉴意义。

[1] 李张秀, 李家军. 浅谈HMB-4/8型液压弹簧操作机构的运行维护[J]. 四川水力发电, 2016, 35(2): 84-86.

[2] 韩筱慧, 闻飞翔, 等. 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, 2015(4): 69-72.

[3] 许杨, 刘之奎, 潘丰峰. HMB-4/8型开关弹簧液压操作机构频繁打压故障原因[J]. 东北电力技术, 2010(1): 50-52.

[4] 张凯, 杨佩佩, 杨军亭, 等. 一起断路器机构故障引起的事故分析[J]. 电气技术, 2016, 17(10): 142-145.

[5] 叶瑞, 段继洲, 查笑春, 等. 一种断路器液压弹簧机构泄压控制系统及方法[J]. 电气技术, 2016, 17(12): 15-19.

[6] 曾杰, 杨耀祖, 冯业锋. ZF11-252型SF6断路器液压执行机构油压降低分析及处理[J]. 电气技术, 2015, 16(8): 110-112.

[7] 李鹏飞, 周文俊, 曾国, 等. 高压断路器合闸弹簧动态特性及储能状态检测方法[J]. 电工技术学报, 2016, 31(3): 104-112.

[8] 杨明, 董传洋, 徐殿国. 基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法综述[J]. 电工技术学报, 2016, 31(4): 58-63.

[9] GB 50150—2006. 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[10] 中国南方电网有限责任公司. SG 114002—2011. 电力设备预防性试验规程[S].

Fault Analysis and Treatment of the Hydraulic Spring Mechanism of Circuit Breaker

Chen Qiang

(Huizhou Pumped Storage Power Station, Hui’zhou, Guangdong516100)

The hydraulic spring mechanism is one of the most commonly used in SF6circuit breaker, which has the advantages of compact structure, high reliability and high transmission efficiency. In this paper, an analysis is made on the frequent pressurizing of hydraulic spring mechanism, and the corresponding method for solution is given. It can be used as reference for the operation and maintenance and fault treatment of the same type of power plant.

circuit breaker; hydraulic spring mechanism; frequent pressurizing; fault treatment

陈 强（1984-），男，湖北省潜江市人，硕士，工程师，主要从事电气设备检修和试验工作。