HMB-8.3型液压弹簧机构频繁打压故障分析与防范*

王 磊，张恩光，杨建伟

(国网甘肃刘家峡水电站，甘肃 永靖 731600)

0 引 言

HMB-8.3型液压弹簧机构是瑞士ABB公司在原有AHMA型液压弹簧机构基础上改进发展的第二代产品，为ABB公司高压断路器的典型操作机构。该液压弹簧机构具有结构紧凑、可靠性高、液压回路集成化程度高且输出功率大、分合闸动作快及安装方便的特点。因此该型号液压操作机构在330～550 kV间电压等级的断路器中广泛使用。但该机构投运年限超过10年后其故障率上升较快，在运行过程中出现了机构打压频繁等故障，应引起足够重视。由于采用无外接管路的高度模块化结构，在对频繁打压故障分析及处理上与传统的气动及单纯弹簧操作机构有一定的特殊性。所以应在HMB-8.3型液压弹簧操作机构现场运检工作中不断总结经验，同时对出现的各种故障情况加以防范，以确保设备安全稳定运行。

1 故障现象及分析判断

某水电厂330kV GIS开关站于2007年投运，共有10台GIS断路器。所有断路器均配用HMB-8.3型液压弹簧操作机构。某日突降大雪，气温骤降，母联断路器在运行过程中出现合闸状态下A相操作机构油泵频繁打压现象。间隔25 s左右打压一次，每次打压2～3 s后停泵。外观检查无渗漏油，机构内部能听见轻微窜油声。在确保防慢分装置在投入的情况下，手动泄油至零，重新打压至额定后故障现象消失。20天后相同现象再次发生，经更换液压油及机构换向阀后故障现象消失。26天后频繁打压现象第三次发生，且在分、合闸状态下均发生频繁打压，随即对液压机构进行了整体更换。更换后设备正常。

操作机构频繁打压原因主要有以下几点：①液压油外部渗漏；②液压油内部渗漏；③二次转换开关故障。

经现场检查，液压油无外部渗漏，二次转换开关完好，动作正常，此次频繁打压故障主要原因为内部渗漏，需要从HMB-8.3型液压弹簧操作机构工作原理开始分析，具体如下。

机构储能。电机启动带动油泵打压，油泵输出的高压油进入3个储能活塞上端并推动储能活塞向下压缩碟簧进行储能。同时高压油也进入换向阀内，等待分合闸指令。储能到位后，行程开关切断电机电源，油泵停转，储能过程结束。当操作后或泄压到油泵启动定值时，行程开关接通电机电源再次补压到油泵停泵位置。

合闸操作。合闸操作是利用压差原理，当碟簧处于储能状态时，工作缸活塞上部始终为高压油。合闸电磁铁通电动作，合闸前级阀打开，高压油流入换向活塞上方，推动换向活塞转换到合闸位置，将高压油注入工作缸活塞下方。此时工作缸活塞上下均为高压油，由于活塞下方表面积大于上方面积。使工作缸向上动作，断路器合闸，如图1所示。

图1 合闸状态的HMB-8.3型操作机构工作缸示意图

分闸操作。分闸操作原理与合闸基本相同，分闸电磁铁通电动作，分闸前级阀打开，高压油流入换向活塞下部，推动换向阀转换到分闸位置，工作缸活塞下方的高压油与低压油箱联通而转换成低压油。工作缸活塞向下运动带动断路器分闸，如图2所示。

图2 分闸状态的HMB-8.3型操作机构工作缸示意图

综上，内部渗漏主要原因为储能活塞内部渗漏，工作缸内部渗漏，换向阀内部渗漏，而换向阀和液压油之前进行了更换可以基本排除，对于储能活塞内部渗漏和工作缸内部渗漏，需进行解体检查，进一步明确频繁打压的原因。

(1) 解体前准备 解体前首先进行储能检查，油泵运行正常，机构可正常建压。初步判断机构可能是储能器处出现内部泄漏。

(2) 解体情况 在合闸保压状态下，打开油箱盖观察泄漏点，发现储能器处出现泄漏。因此，首先从储能器开始，对液压机构关键零部件进行解体检查。

① 储能器 解体检查时发现储能器高、低压油孔壁不光滑，3个储能活塞均出现不同程度偏磨。其中电机支架左侧储能器解体检查时储能缸划伤，储能活塞密封圈划伤(见图3、图4)。

图3 储能缸划痕 图4 密封圈划伤

② 活塞杆 活塞杆发生偏磨(见图5、6)。

图5 活塞杆偏磨 图6 活塞杆偏磨放大图

③ 工作缸 工作缸安装合闸限位套处有划痕(见图7)；工作缸内孔与活塞杆接触的区域，出现贯穿性划痕(见图8)。

图7 工作缸划痕 图8 工作缸贯穿性划痕

④ 泄压阀 泄压阀整体无磨损(见图9)，但泄压阀与工作缸接触处密封图变形(见图10)。

图9 泄压阀 图10 泄压阀与工作缸接触处密封圈

⑤ 滤芯及液压油 液压油杂质较多(见图11、图12)；滤芯较脏，且表面粘附金属丝(见图13)。

图11 油液杂质 图12 油液杂质放大图

图13 滤油芯入表面粘附金属丝

2 原因分析及结论

机构解体后发现液压机构内部系统清洁度不高，液压油中除发现杂质颗粒外，还存在金属丝(见图13)；金属丝和油液杂质颗粒在油液中易造成密封圈损伤。根据此次解体检查情况，发现储能缸内表面有划痕，同时储能活塞密封圈划伤。因此，认为该机构的全部内漏及频繁打压主要原因是由金属屑和液压油中杂质颗粒导致储能器储能活塞高压密封圈及工作缸缸体损伤所致。解体检查过程中还发现活塞杆上偏磨严重，工作缸工作孔出现贯穿性划伤。结合液压机构工作原理，判断为储能器缸体、密封圈划伤及工作缸工作孔内表面贯穿性划伤导致机构内漏。如图14、图15所示。

当机构处于合闸位置时，活塞杆上下端均为高压油，此时工作缸与活塞杆密封部位不会出现泄漏情况；当机构处于分闸位置时，活塞杆下端部变为常压油，此时由于工作缸工作孔内表面贯穿性划伤，活塞杆与工作缸间密封失效，机构必然会频繁打压。

活塞杆及工作缸均属于液压机构核心零部件。根据液压机构工作原理及高可靠性要求，当活塞杆出现偏磨或工作缸出现划伤时均无法修复，只能进行操作机构整体更换。

图14 液压机构合闸状态 图15 液压机构分闸状态

3 现场运维及防范措施

该水电厂一期设备运行已近14年，近几年运行过程中，断路器用液压机构多次出现频繁打压等故障；高压断路器检修手册中一般规定，断路器用液压机构的大修年限推荐为12年，户外液压机构依据现场情况相应缩短大修年限。液压机构内部系统清洁度不高是引起频繁打压的主要原因。为避免此类型故障频繁发生，保证电力系统及电网设备安全稳定运行，该HMB-8.3 型操作机构频繁打压故障防范措施具体如下。

(1) 提高液压核心零件的精加工水平，装配前采用超声波高压清洗机，对零件进行清洗、干燥。装配过程中提高工艺控制精度。

(2) 出厂试验前应进行不少于200次的机械操作试验(其中断路器每100次操作试验的最后20次应为重合闸操作试验)，以保证液压机构充分磨合。200次操作完成后应彻底清洁机构内部并更换液压油及滤芯，再进行其他出厂试验，确保出厂时的清洁度。

(3) 每3年对液压油及滤芯进行更换一次。每6年对液压机构大修一次。

(4) 当液压机构运行超过10年以上时，应尽早对液压机构运行情况全面梳理评估，制定排查检修方案，开展针对性性现场检修或轮替式工厂化检修。

4 结 语

通过对某厂330 kV GIS断路器频繁打压故障处理，得出断路器HMB-8.3型液压弹簧操作机构液压油中杂质颗粒引起机构磨损及密封不良是主要原因并提出相应的措施建议。HMB-8.3型操作机构安全可靠的运行需要日常精心细致地维护及检修。同时，加强设备出厂前全过程监造及见证工作，才能确保该类型操作机构长期安全稳定运行。