一起500kV液压弹簧机构断路器油压低分合闸闭锁故障原因分析

梁旭日 麻震烁 李冰玉 李弘文 安立明

一起500kV液压弹簧机构断路器油压低分合闸闭锁故障原因分析

梁旭日1麻震烁1李冰玉1李弘文1安立明2

（1. 国网冀北电力有限公司超高压分公司，北京 102488；2. 北京电力设备总厂有限公司，北京 102488）

针对一起某特高压变电站500kV液压弹簧机构断路器油压低分合闸闭锁故障，对该异常情况进行详细分析，判定为机构内部故障导致油压降低。通过解体找到渗漏点并最终查明是由于金属异物导致的渗漏；对金属异物进行化学成分分析，通过对比机构内零部件金属材料得出金属异物的来源；最后总结液压弹簧机构常见故障及处理方法，为现场故障处理提供参考。

高压断路器；液压弹簧机构；油压低闭锁；金属异物

0 引言

高压断路器在不同电压等级的变电站内都是重要的开关设备，可以根据调度运行方式进行线路及电气设备的灵活投切，也可以在规定时间内将电网故障快速切除，高压断路器的非正常分合会导致国民经济的巨大损失[1-6]，电力系统的电能输送、稳定运行等直接受高压断路器是否可靠运行的影响[7-8]。

目前，500kV及以上电压等级的高压断路器主要是液压弹簧机构，该机构的传动载体和储能组件分别为液压油和碟形弹簧[9-10]。液压弹簧机构具有占地面积小、动作特性平稳、储存能量大等特点，但是该机构时常发生渗漏油[11]，内渗和外渗是该机构渗漏油的两种方式[12-13]。

针对一起500kV液压弹簧机构断路器油压低导致断路器分合闸闭锁的故障，首先，简述故障发生时5052断路器异常信号概况；然后，对现场异常情况进行分析，初步判定为机构内部故障导致油压降低，随后通过解体分析发现，在一级阀的阀口存在金属异物，此金属异物引起5052断路器C相机构不建压；最后，对金属异物进行化学成分分析，并对比机构内零部件金属材料，得出此金属异物来源于因螺母螺纹与一级阀阀座螺纹同轴度匹配不良而在紧固时产生的毛刺，并总结常见液压弹簧机构故障及处理方法，为现场故障处理提供参考。

1 故障异常简况

2020年7月21日21:17，某特高压变电站5052断路器合闸送电后，后台监控机于21:17:8发出“油泵启动”，21:17:9发出“重合闸O-C-O闭锁”，21:17:51发出“合闸闭锁”，21:18:27发出“分、合闸闭锁”，21:20:8发出“油泵打压超时，未储能”等信号。21:25，检修人员到达事故现场并检查分析。

2 现场检修分析

2.1 现场检查

5052断路器是一台额定电压为550kV的某型号复合式组合电器（hybrid gas insulated switchgear, HGIS），2019年6月12日出厂，2019年11月27日投运使用，采用液压弹簧机构，分相操作。5052断路器参数见表1。

表1 5052断路器参数

首先检查5052断路器C相机构油路外观部分，未发现液压油渗漏迹象；检查5052断路器C相机构储能，断路器储能模块运行正常，但压力不能保持，断开油泵打压电源后油压迅速下降，储能过程中听见机构内部存在内渗声音，初步怀疑为机构内部故障。

2.2 内部故障位置初步分析

5052断路器是使用国内某厂家生产的某型号弹簧液压机构，该液压机构投运前分闸状态正常，合闸状态下出现内漏现象。根据液压机构设计原理进行如下分析：储能模块、泄压模块、油泵单元模块均为分合闸共用模块，由于只在合闸状态下渗漏，可首先排除以上元件渗漏可能，仅与合闸状态渗漏相关的元件为控制模块，因此初步判断为控制模块密封不严导致的渗漏。

2.3 解体分析

为确定造成5052断路器C相液压弹簧机构油压低分合闸闭锁故障的原因，检修人员和设备厂家相关技术专家对该机构进行拆卸解体，并进行分析和讨论。具体解体步骤如下：

1）将油箱盖打开，电机通电，观察油箱中液压油渗漏点，确认为控制阀位置渗漏，渗漏位置如图1所示。

图1 渗漏位置

2）对控制阀装配中可能异常的元件一级阀，用合格的一级阀调换，进行建压试验验证。更换主分一级阀后，可正常建立油压，保压30min无渗漏，建压试验如图2所示。

图2 建压试验

3）解体检查主分一级阀，发现在阀口位置有一个长度16mm、宽度0.1mm左右的丝状金属异物如图3所示，该金属异物是导致内漏的原因。

图3 金属异物

3 金属异物来源分析

对金属异物采样并进行化学成分分析，得出金属异物的主要化学成分为Fe、Ni、Zn、Cr，为合金钢类。金属异物样本如图4所示，其元素分析见表2。

图4 金属异物样本

表2 金属异物元素分析 单位: %

液压机构零部件使用的金属材料分别有：45号钢、QAL10—3—1.5R铝青铜、7A04铝棒、06Cr19Ni10不锈钢板、35CrMo圆钢、ZL101A铸铝硅合金、20号冷拉六角钢、20Cr13圆钢、GCr15圆钢、Q195钢板、06Cr19Ni10六角钢、碳素弹簧钢丝、HPb59—1铅黄铜、40Cr圆钢、35号钢等。

1）金属异物为钢铁类材料，液压元件为渗锌、镀锌表面处理工艺，化学成分测试时会引入C、O、Zn元素，不对C、O、Zn元素做进一步分析。

2）一级阀结构如图5所示。一级阀阀座等液压元件均采用合金钢材，化学成分中含Fe、Ni、Cr，与金属异物成分相近，分析一级阀可能产生异物的位置有两处，一是装配时可能会挤出金属异物（见图5中位置1），二是螺纹紧固时可能会挤出金属异物（见图5中位置2）。

对图5中两个位置进行排查，位置1未发现异常，位置2发现一级阀阀座上螺纹孔一侧明显磨损发亮，由此得出金属异物是由于螺母螺纹与一级阀阀座螺纹同轴度匹配不良，在紧固时挤出了毛刺。

4 故障处理方法

4.1 本次故障处理方法

根据液压机构设计原理、建压试验、解体分析情况，得出螺母在拧入一级阀阀座过程中产生了毛刺的结论，该毛刺在液压机构操作时随液压油运动到阀口位置，导致主分闸一级阀阀口密封不严，合闸后，5052断路器C相液压机构发生内部泄漏。

图5 一级阀结构

检修人员在设备厂家的配合下用经检验、试验合格的控制阀替换损坏的控制阀，并进行特性试验和密封试验，试验均合格，7月24日完成送电。

4.2 常见故障原因及处理方法

日常检修及处缺工作中总结了液压弹簧机构常见的故障现象，分析可能原因并提出了相应故障处理方法见表3。

表3 液压弹簧机构常见故障及处理方法

（续表3）

5 结论

针对一起液压弹簧机构断路器油压低分合闸闭锁故障，通过现场检查、解体分析及金属异物来源分析，认定机构螺母螺纹与一级阀阀座螺纹同轴度匹配不良，导致紧固时产生金属异物，操作时随液压油运动到阀口位置，引发机构内部泄漏异常。据此，建议制造厂家切实加强螺母、一级阀座的制造工艺，运行人员加强同型号设备的巡检，结合停电计划抽检同类型设备，保证电力系统稳定运行。

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Fault analysis on low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker

11112

(1. Ultra High Voltage Branch of State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd, Beijing 102488;2. Beijing Power Equipment General Factory Co., Ltd, Beijing 102488)

In view of a fault of low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker in an extra-high voltage (UHV) substation, by analyzing this abnormal condition in detail, it is determined that the internal fault of the mechanism leads to the decrease of oil pressure. By analyzing chemical composition of metal foreign body and comparing the metal materials of parts and components in the mechanism, the source of metal foreign body is found. The common faults of hydraulic spring mechanism and their treatment methods are put forward to provide preference for on-site fault treatment.

high-voltage circuit breaker; hydraulic spring mechanism; low oil pressure locking; metal foreign body

2022-05-17

2022-06-27

梁旭日（1993—），男，北京人，硕士，助理工程师，从事高压电气设备断路器和隔离开关检修工作。