一起水电站发电机断路器操作机构故障的处理与分析

毛业栋，严天明

（中国长江电力检修厂，湖北 宜昌443000）

1 引言

近年来，发电机断路器（GCB）在水电厂中已经得到了广泛使用。它的使用，一方面能够优化发电机同期条件，大大降低了厂用电运行方式切换引起的停机风险，进而提高了电力生产可靠性。同时，发电机断路器的投入，大大简化了保护接线，提高了机组的运行可靠性[1-4]。根据相关数据统计，操作机构故障比例占断路器故障的43.5%[5]。国内某公司对该公司所管理的断路器故障进行统计发现，SF6断路器的液压操作机构故障率占断路器总故障的80%以上[6]。我公司下属流域梯级电站共安装有不同厂家生产的各型号发电机断路器50台，其中最长运行年限18年，最短运行年限5年；多年运行维护数据显示，我公司所辖发电机断路器操作机构故障占断路器故障的72.5%。以上数据均表明操作机构故障已经逐渐成为发电机断路器的主要故障类型，严重威胁着设备的安全稳定运行。发电厂应加强发电机断路器操作机构的日常维护和检查，及时消除缺陷，保障设备安全稳定运行。

2 故障情况介绍

长江流域某大型水力发电厂发电机断路器采用某国际公司生产制造的HEC3-R型发电机断路器并配备HMB4.5型液压弹簧操作机构。该台断路器2005年投入运行，长期运行电压13.8kV，最大开断电流9000A，在发生本次故障前整体运行状态良好。2016年4月断路器进行常规预防性试验，在进行断路器合闸试验过程是：操作机构发生合闸故障，操作机构合闸状态时，断路器A、C相合闸正常，B相合闸异常且试验仪器显示B相未合闸。现场初步检查发现断路器B相传动机构的拐臂转动方向与正常情况相反并超过临界点落入死区，导致合闸故障。

3 故障原因排查

在故障发生后对断路器故障原因进行排查，确定了断路器故障位置位于传动机构，在进一步的检查中还发现断路器操作机构液压油异常，详细情况如下。

3.1 传动机构故障

检查传动机构的状态发现正常合闸的A、C相拐臂与链接杆拐臂的夹角为179°（图1），与设备的正常状态相符。检查发现断路器B相传动机构合闸时，故障的B相拐臂与链接杆拐臂的夹角远远超过180°（图2），超过了临界点并落入死区，导致合闸异常。

3.2 操作机构液压油乳化

操作机构检修期间，检修人员对操作机构液压油进行检查，发现液压油颜色呈暗红色，油质明显浑浊，与合格的新液压油对比，本台操作机构的液压油乳化现象较为严重，初步判断本台机构的液压油已经发生变性。为了进一步检验液压油质量，按照标准（SH 0358-199510号航空液压油）对液压油成分进行化验，发现液压油含水量严重超标，含水量达6000μL/L，通过试验验证了本台机构的液压油油质不达标。

图1 正常的传动机构（合闸位置）

图2 故障的B相传动机构（合闸位置）

3.3 操作机构更换

除液压油乳化以外，对于操作机构内部是否存在其他缺陷存在疑问，为了不影响设备运行，更换了该台发电机断路器操作机构和B相传动机构的拐臂和链接杆拐臂。设备恢复正常运行，同时决定择机对操作机构进行解体检查。

4 操作机构解体检查

2017年3 月，按计划对本台断路器操作机构进行解体检查。检查发现高压油缸堵头特氟隆密封圈碎裂，碎裂的密封圈碎片已经部分掉落。进一步检查发现分闸缓冲块卡阻，连杆与缓冲块接触面变形，高压缸内壁存在划痕。

对操作机构低压油缸检查发现低压油缸中有油泥沉积在缸壁内。

5 故障原因分析

（1）由于操作机构液压油中存在水分，导致液压油乳化并产生酸性物质腐蚀密封圈，加速密封圈老化并产生裂纹[7]。断路器分合闸冲击力进一步加速密封圈裂纹的发展，进而导致密封圈碎裂。碎裂的密封圈充斥在高压缸体内部，导致缸体产生划痕；同时碎裂的密封圈混入液压油中，导致部分油管路堵塞。

（2）密封圈碎片导致分闸缓冲块卡阻，分闸缓冲块失去缓冲作用。断路器分闸时，工作连杆撞击分闸缓冲块，导致工作连杆与分闸缓冲块发生变形。

（3）由于分闸缓冲失效，分闸速度不能在达到末端前提前减速，导致传动机构拐臂由于惯性作用冲过临界点进入死区，引起传动机构失效，最终导致断路器分合闸故障。

6 结语

由于断路器安装在户内，排除操作机构进水的可能。进一步分析断路器操作机构液压油中水分的来源，最大的可能性就是操作机构注油时，油品不合格或者没有严格按照规范进行注油，导致潮湿空气进入缸体内部。

研究发现，操作机构液压油污染尤其是水分污染会降低液压油的润滑性能，进而引起液压系统磨损加速，从而导致液压油使用寿命缩短[7-8]。通过本次断路器操作机构检修，我们对断路器操作机构进行解体，发现了操作机构内部损坏的情况，并根据油品变质情况对故障的原因进行了深入的剖析，寻找到了故障的本质原因，这对于指导以后的操作机构巡检和维护具有重要意义。

本次故障处理提示我们要加强液压油检测，通过外观观察和化学检测手段，定期检测液压油品质及污染情况。一旦发现液压油存在污染情况应及时对其进行检修并更换操作机构液压油。需要注意的是，液压油更换需严格按照规范进行真空注油，防止潮气进入油缸。