SF6斷路器操作機(jī)構(gòu)缺陷分析及處理

秦 睿，楊 萍，屈傳寧，汪紅燕

(1.甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

SF6斷路器操作機(jī)構(gòu)缺陷分析及處理

秦 睿1，楊 萍1，屈傳寧2，汪紅燕1

(1.甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

對甘肅電網(wǎng)750kV罐式SF6斷路器操作機(jī)構(gòu)近年來發(fā)現(xiàn)的缺陷和故障情況進(jìn)行了梳理，針對750kV LW56-800/Y5000-50型罐式SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨δ芤簤翰僮鳈C(jī)構(gòu)在投運(yùn)前和正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的主要缺陷和故障，分析其產(chǎn)生的主要原因，提出了缺陷處理的方法并制定了相關(guān)的防范措施。

斷路器；操作機(jī)構(gòu)；缺陷；原因分析；防范措施

國家西電東送戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)施，推動了甘肅750kV電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)和快速發(fā)展。目前，甘肅省境內(nèi)750kV電網(wǎng)已形成了與陜西、青海、寧夏、新疆等省間24回750kV線路相聯(lián)的西北骨干網(wǎng)架，建成的7座750kV變電站全部采用國產(chǎn)設(shè)備，其中2座站采用氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)，剩余5座站選用罐式SF6斷路器。其中，LW56-800/Y5000-50型斷路器配置HDA-8型氮?dú)鈨δ芤簤翰僮鳈C(jī)構(gòu)，LW13-800/Y500-50(G)型斷路器配置CY15型液壓操作機(jī)構(gòu)，800PM50-50T型斷路器配置彈簧操作機(jī)構(gòu)。自投運(yùn)以來，斷路器運(yùn)行基本穩(wěn)定，但操作機(jī)構(gòu)缺陷頻現(xiàn)，且主要集中出現(xiàn)在啟動投運(yùn)前，但也有部分隱患遺留到運(yùn)行階段，成為影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素。

1 主要缺陷和故障

通過對2個750kV變電站罐式LW56-800/Y5000-50型SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨δ芤簤翰僮鳈C(jī)構(gòu)在投運(yùn)前和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計歸類分析，發(fā)現(xiàn)合閘速度較慢、合閘時間較長、油泵頻繁起動、補(bǔ)壓時壓力不增加、滲漏油和壓力控制組件的動作性能差，是該型斷路器操作機(jī)構(gòu)存在的普遍性缺陷。

1.1 合閘時間和合閘速度與技術(shù)協(xié)議有差異

該型SF6斷路器配置的HDA-8型氮?dú)鈨δ芤簤翰僮鳈C(jī)構(gòu)均為同一廠家生產(chǎn)，在進(jìn)行出廠機(jī)械特性試驗(yàn)時均出現(xiàn)合閘時間和合閘速度與技術(shù)協(xié)議要求有差異的現(xiàn)象，存在合閘速度較慢、時間較長等問題。測試數(shù)據(jù)如下。

(1) 其中8臺斷路器技術(shù)協(xié)議規(guī)定的合閘時間≤70ms，合閘速度≥4 m/s，而出廠試驗(yàn)時合閘時間為77.1 ms，合閘速度為3.42 m/s。

(2) 另4臺斷路器技術(shù)協(xié)議規(guī)定合閘時間為48～60ms，合閘速度為(4.5±0.5) m/s，而出廠試驗(yàn)時合閘時間為55～80ms，合閘速度為(3.8±0.4) m/s。

1.2 合閘和分閘狀態(tài)下油泵頻繁起動打壓

對于不同的操作機(jī)構(gòu)，油泵每天起動的次數(shù)也不相同。通常在斷路器無操作的情況下，每相機(jī)構(gòu)的油泵每天允許起動10次(月平均值)。若油泵起動次數(shù)大于10次，則須對機(jī)構(gòu)加強(qiáng)觀察；若起動次數(shù)每天大于20次，則須對內(nèi)部密封進(jìn)行檢查。對運(yùn)行的多臺斷路器操作機(jī)構(gòu)平均每天打壓次數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果為十幾到幾十次，甚至在油壓下降未達(dá)到油泵啟動壓力時就發(fā)出重合閘閉鎖信號，出現(xiàn)頻繁打壓的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

1.3 機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時系統(tǒng)壓力不增加

通常，不論液壓操作機(jī)構(gòu)在合閘位置還是在分閘位置，儲壓器都處在常高壓狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)斷路器的分、合閘操作。HDA-8型儲能液壓操作機(jī)構(gòu)額定操作壓力為37MPa，油泵啟動壓力為(35±0.5) MPa，若操作機(jī)構(gòu)壓力﹤35 MPa，則油泵需啟動補(bǔ)壓至37 MPa。但在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有的操作機(jī)構(gòu)在儲能狀態(tài)下的補(bǔ)壓過程中，電機(jī)工作正常，并且圓錐齒輪副的嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)也都正常，但系統(tǒng)壓力不增加，從而造成運(yùn)行中斷路器無法實(shí)現(xiàn)分閘和合閘操作。

1.4 結(jié)合面部位滲漏油

液壓機(jī)構(gòu)控制模塊螺堵、儲壓器螺栓、放油閥、二級閥、工作缸與儲壓器連接面等部位滲漏油，不但會影響到設(shè)備的清潔，而且會引起油泵的頻繁起動打壓或補(bǔ)壓時間過長。此外，若閥體、工作缸與儲壓器之間的連接套處大量滲油，會造成失壓故障；液壓油進(jìn)入儲壓器后，還會使氮?dú)鈧?cè)壓力異常升高，從而導(dǎo)致臨修、誤動，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.5 機(jī)構(gòu)加熱器質(zhì)量和加熱效果差

機(jī)構(gòu)箱加熱器不能連續(xù)工作，經(jīng)常損壞，加熱及恒溫效果不良，會造成機(jī)構(gòu)箱中溫度低，導(dǎo)致油位下降而看不到油位。同時，在低溫時，油泵啟動頻繁，會造成電機(jī)燒毀。

1.6 控制組件開關(guān)可靠性差

在對壓力控制開關(guān)的動作壓力值調(diào)整過程中，出現(xiàn)了動作值和返回值穩(wěn)定性差、接點(diǎn)動作后暫未返回等問題。

2 原因分析

2.1 合閘時間和速度與技術(shù)協(xié)議有差異的原因

加工工藝水平不高，制造質(zhì)量不良，導(dǎo)致750kV罐式SF6斷路器合閘速度比技術(shù)要求的慢，造成合閘時間較長，進(jìn)而可能引發(fā)斷路器在合閘過程中斷口預(yù)擊穿時間延長。這一方面對合閘電阻的熱容量提出了更高要求，另一方面還可能造成觸頭燒損。

2.2 分、合閘狀態(tài)下油泵頻繁起動打壓的原因

(1) 工藝不良造成二級閥芯與閥座兩者配合不夠精確，隨著閥芯在閥座內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致密封線封閉不良，造成內(nèi)漏。

(2) 壓控開關(guān)“油泵啟動”與“油泵停止”2個壓控接點(diǎn)之間行程配合位置過小，受環(huán)境溫降低影響，2個接點(diǎn)的動作壓差變小，致使油泵補(bǔ)充壓力值過小，在停泵后壓力微降即可造成油泵隨機(jī)啟動。

(3) 材料性能差，不穩(wěn)定，造成儲能電機(jī)啟動與停止壓力開關(guān)波紋管出現(xiàn)金屬性疲勞，導(dǎo)致油泵啟動與油泵停止壓差值過小(36.5/37 MPa)，受環(huán)境溫度的影響出現(xiàn)打壓頻繁現(xiàn)象。

2.3 斷路器機(jī)構(gòu)系統(tǒng)壓力不增加的原因

(1) 注油方式不當(dāng)或在分、合閘操作過程中產(chǎn)生一定量的氣體混入油泵副的柱塞腔中，當(dāng)柱塞向高壓系統(tǒng)泵注油時，高壓進(jìn)油口將不會被打開，造成系統(tǒng)無法補(bǔ)壓。

(2) 低壓油路中油流不暢。現(xiàn)場檢查某相斷路器操作機(jī)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，由于在出廠或現(xiàn)場安裝時的裝配方式不當(dāng)，有一段油箱蓋密封圈脫落，并隨著系統(tǒng)打壓而混入低壓通道靠近濾芯處，造成低壓油路油流不暢通，導(dǎo)致運(yùn)行中機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時系統(tǒng)壓力不增加。

2.4 機(jī)構(gòu)滲漏油的原因

對發(fā)生滲漏油的操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，存在換向閥處加工工藝孔堵頭螺絲復(fù)合墊圈損壞、二級閥閥芯關(guān)閉不嚴(yán)以及接觸面加工精度不夠、放油閥內(nèi)部接頭卡套制作不良、工作缸與儲壓器之間的連接套尼龍擋圈和橡膠密封墊圈破損等缺陷。其中，擋圈及密封圈產(chǎn)生損傷是由于連接套與連接孔之間的軸向、徑向間隙較大所造成的。由于設(shè)計缺陷造成工作缸與儲能器之間的連接套與連接孔之間的配合公差較大，導(dǎo)致?lián)跞懊芊馊Ξa(chǎn)生損傷，進(jìn)而導(dǎo)致工作缸與儲壓器之間的連接套密封不良。

2.5 機(jī)構(gòu)加熱器質(zhì)量和加熱效果差的原因

由于國產(chǎn)設(shè)備首次設(shè)計使用大功率斷路器操作機(jī)構(gòu)，對低溫、晝夜溫差大等環(huán)境因素的影響考慮不足，設(shè)計時將操作機(jī)構(gòu)溫控器放置在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部(設(shè)置于匯控柜內(nèi))，導(dǎo)致加熱器在低溫下不能及時啟動。此外，機(jī)構(gòu)箱加熱器的設(shè)計功率不足，不能連續(xù)工作，致使加熱及恒溫效果差，造成機(jī)構(gòu)箱中溫度低，導(dǎo)致油位下降看不到油位。

2.6 控制組件開關(guān)可靠性差的原因

由于壓力組件行程開關(guān)本身的接點(diǎn)動作行程很小，壓力開關(guān)的動作性能受環(huán)境溫度和其動作穩(wěn)定性的影響較大，因此，需要進(jìn)行多次現(xiàn)場調(diào)校。同時，由于油泵啟動值與重合閘閉鎖值之間的壓力動作間隔較小，調(diào)校不到位時容易出現(xiàn)壓力降低后先重合閘閉鎖動作，后油泵啟動的不正常順序。

3 處理方法

針對該型SF6斷路器HDA-8型氮?dú)鈨δ芤簤翰僮鳈C(jī)構(gòu)暴露的主要故障和缺陷原因，采取了以下的處理方法。

(1) 對于合閘速度較技術(shù)要求慢、合閘時間較長等問題，因該斷路器已成型，故結(jié)構(gòu)無法更改，此2項參數(shù)很難改變。已要求制造廠家對該產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，一方面確定合閘時間延長對合閘電阻的影響程度，另一方面掌握觸頭的燒損情況，以保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。

(2) 制造廠已將所有同類型的二級閥桿及控制閥體(成套裝配)更換為質(zhì)量等級更高的產(chǎn)品，并進(jìn)行調(diào)試及機(jī)械特性試驗(yàn)，消除了二級閥芯與閥座的密封線封閉不嚴(yán)、油泵頻繁起動打壓的缺陷。

(3) 調(diào)整壓力開關(guān)“油泵啟動”與“油泵停止”動作接點(diǎn)之間的壓差值，對液壓機(jī)構(gòu)壓力開關(guān)定值除了按要求進(jìn)行調(diào)整外，還應(yīng)滿足：

① 保證補(bǔ)壓停泵壓力回穩(wěn)后大于起泵壓力1.5 MPa；

② 保證起泵壓力大于35 MPa，起泵壓力與重合閘警報之間的差值為0.5 MPa；

③ 各閉鎖點(diǎn)與報警點(diǎn)之間的差值大于0.3 MPa；

④ 減少油泵頻繁起動打壓。

(4) 通過增大加熱器功率及加裝防寒被、確保在冬天機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫度保持在0℃以上，以解決由于機(jī)構(gòu)溫度下降造成2個接點(diǎn)的動作壓差變小的問題。針對儲能電機(jī)啟動與停止壓力開關(guān)波紋管出現(xiàn)金屬性疲勞的情況，采取更換壓控開關(guān)，重新調(diào)整各動作接點(diǎn)的壓力值，消除油泵啟動與停止壓差值過小的缺陷，降低合閘和分閘狀態(tài)下油泵頻繁起動打壓的次數(shù)等措施加以改善。

(5) 采用抽真空注油方式更換液壓油，在現(xiàn)場傳動操作后直至帶電前，將系統(tǒng)壓力降到零壓狀態(tài)，并使高壓放油閥處于打開位置，啟動打壓模塊，持續(xù)大約5 min。將由于機(jī)構(gòu)分、合閘操作而混入低壓油腔中以及柱塞腔中的氣體充分排出，以消除斷路器在運(yùn)行中操作機(jī)構(gòu)打壓模塊補(bǔ)壓時系統(tǒng)壓力不增加的缺陷。

(6) 將連接套的材質(zhì)由不銹鋼更換為經(jīng)熱處理后的優(yōu)質(zhì)鋼材料，并在滿足油流通路面積的前提下增加新連接套的壁厚，以增加連接強(qiáng)度。同時，重新優(yōu)化設(shè)計連接套與連接孔之間的軸向、徑向金屬間隙，并對各結(jié)合面復(fù)合墊圈進(jìn)行了更換，至今再未發(fā)現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象。

(7) 采用進(jìn)口溫控器安裝于機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，保證溫控器及加熱器在同工況下工作。更換長時工作制的電加熱器，確保在設(shè)定溫度下準(zhǔn)確地啟動與切除。在操作機(jī)構(gòu)箱外殼加裝防寒保溫罩套，以達(dá)到在冬季減少機(jī)構(gòu)箱中熱量散失、夏季防止烈日照射的目的，確保機(jī)構(gòu)油位正常、壓控開關(guān)在較正常的環(huán)境中工作，以消除機(jī)構(gòu)箱加熱器加熱效果及恒溫效果不良的缺陷。

(8) 現(xiàn)場檢修時，對壓力組件行程開關(guān)動作性能和關(guān)鍵接點(diǎn)動作值進(jìn)行了反復(fù)檢查校核，對于通過多次調(diào)校仍效果不佳的壓力組件，采取整體更換的方法，徹底消除液壓系統(tǒng)壓力控制組件開關(guān)動作不可靠的缺陷。

4 防范措施

(1) 建立業(yè)主、監(jiān)造、制造廠溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，促使制造廠家針對運(yùn)行單位反映的設(shè)備質(zhì)量問題，從產(chǎn)品設(shè)計、材料質(zhì)量控制、制造工藝及出廠試驗(yàn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量的管控，提升設(shè)備設(shè)計、制造工藝和售后服務(wù)水平。

(2) 以各設(shè)備制造廠商為主，對各自已運(yùn)行的設(shè)備開展一次全面的安全質(zhì)量評估工作，對存在質(zhì)量問題的設(shè)備，由制造廠商提出完善化方案，結(jié)合設(shè)備大修、技改方案予以整改。

(3) 建立供應(yīng)商、監(jiān)造方質(zhì)量追溯制度，將主設(shè)備制造過程中反映出的問題記錄在案，必要時追究廠家和監(jiān)造方責(zé)任。

(4) 運(yùn)行單位要深度介入工程設(shè)計、建設(shè)施工等環(huán)節(jié)。對照設(shè)備合同技術(shù)規(guī)范及監(jiān)造大綱要求，認(rèn)真審核設(shè)備主要原材料、關(guān)鍵組部件選型，開展材料及組部件質(zhì)量抽檢，重點(diǎn)加強(qiáng)設(shè)備制造關(guān)鍵材料、關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵試驗(yàn)過程的監(jiān)督力度，有針對性地開展抽檢工作。

(5) 加強(qiáng)設(shè)備現(xiàn)場安裝工藝控制，保證設(shè)備安裝環(huán)境條件，嚴(yán)格執(zhí)行安裝程序和工藝要求，切實(shí)把好設(shè)備現(xiàn)場安裝質(zhì)量關(guān)。

(6) 嚴(yán)把驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行交接試驗(yàn)規(guī)程和驗(yàn)收規(guī)范，確保驗(yàn)收項目齊全、試驗(yàn)方法及結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，在投產(chǎn)前有效化解大部分設(shè)備的質(zhì)量安全風(fēng)險，確保設(shè)備“零缺陷”移交生產(chǎn)運(yùn)行。

1 劉振亞．特高壓電網(wǎng)[M]．北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2005.

2 崔景春，袁大陸，杜彥明．SF6斷路器操動機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性和選型探討[J]．高壓電器，2001,37(2).

3 段 劍，張立群，甄 利，李 強(qiáng)．一起500kV斷路器故障的分析和治理[J]．高壓電器，2010，46(7).

4 王季梅．論開發(fā)750kV超高壓真空斷路器的必要性[J]．電力設(shè)備，2004，5(9).

5 閆群民，馬永翔，王宏濤．800kV罐式SF6斷路器操動機(jī)構(gòu)頻繁打壓現(xiàn)象分析[J]．2011，47(2).

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2012-08-28）