斷路器液壓操動機構(gòu)故障問題分析

摘要：本文分析了斷路器頻繁打壓的原因，提出通過排氣和制作自動排氣裝置來解決低壓油回路中存在的空氣，取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：斷路器;原因分析;排氣

國內(nèi)斷路器液壓操作機構(gòu)由于使用的材料和制造工藝等問題，經(jīng)常出現(xiàn)液壓系統(tǒng)泄漏造成壓力下降。壓力下降時蓄壓筒的活塞桿會向下移動，接觸到打壓開關(guān)時，電動機打壓電路接通油泵補壓，如果泄漏的故障沒有被排除，則會反復(fù)補壓，油泵啟動次數(shù)將越來越頻繁，從而導(dǎo)致油泵損壞。一旦發(fā)生短路，斷路器無法跳閘保護(hù)設(shè)備，對變電站的安全運行造成威脅。

1 斷路器頻繁打壓原因分析

1.1 液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏

斷路器液壓系統(tǒng)閥塊或油監(jiān)控存在內(nèi)泄會引起頻繁打壓，排除密封件本身存在問題的影響后，該現(xiàn)象與液壓系統(tǒng)管道內(nèi)部有雜質(zhì)或液壓油不清潔有關(guān)。操作斷路器后，雜質(zhì)進(jìn)入閥塊或油監(jiān)控系統(tǒng)，造成密封不嚴(yán)密引起頻繁打壓，往往多操作幾次斷路器并過濾液壓油可得到消除。

1.2 溫差變化

氣溫下降會引起頻繁打壓，此現(xiàn)象的主要特點是大多在晚上發(fā)生，斷路器白天可能經(jīng)過操作，環(huán)境溫度下降時1小時內(nèi)可啟動2～3次，到第2天白天溫度上升后頻繁打壓現(xiàn)象消失。其原因是儲能筒內(nèi)N₂壓力隨溫度下降而下降（溫度每變化1℃，N₂壓力將變化0.1MPa），導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力下降引起油泵啟動。此現(xiàn)象為定容控制出現(xiàn)的現(xiàn)象，定壓控制無此現(xiàn)象，一般無需處理。

1.3 安全閥動作

同樣因環(huán)境溫度急劇上升可導(dǎo)致安全閥動作引起頻繁打壓，此現(xiàn)象多出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏量相對較少的機構(gòu)上，正常投運的斷路器一般處于較高的油壓，當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升時，油壓亦急劇上升，當(dāng)油壓上升到一定值時，油監(jiān)控器上的安全閥動作，由于安全閥內(nèi)彈簧長期受高壓油作用，一旦安全閥打開，其完全關(guān)閉（彈簧恢復(fù)）需要建立新的平衡點，在此過程中油泵會頻繁起動。此現(xiàn)象的主要特點一是環(huán)境溫度急劇上升（特別是在春季前后），二是打壓時間間隔會隨著時間的推移慢慢變長，過幾個小時后，基本能恢復(fù)到一小時一次，以后完全恢復(fù)正常。

1.4 氮氣泄漏

氮氣泄漏會造成油泵的頻繁補壓，而氮氣泄漏報警信號發(fā)出，同時會閉鎖合閘，進(jìn)而閉鎖自動重合閘，幾小時后還會閉鎖分閘，因此對該類型故障要特別重視。但除了真正的氮氣泄漏，必須在制造廠允許的時間內(nèi)將斷路器退出運行外，對于由二次回路或元器件所引起的氮氣泄漏報警，可以在允許的情況下采取別的處理手段排除故障。

1.5 液壓系統(tǒng)內(nèi)有氣體

液壓系統(tǒng)內(nèi)部積累了較多的空氣后會影響油泵的工作效率，此時會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：一是高壓油內(nèi)的空氣通過低壓油箱排出后使實際油壓下降，油壓在低于啟動值后，油泵啟動，反復(fù)地發(fā)生就表現(xiàn)為頻繁打壓;二是油系統(tǒng)中某些結(jié)構(gòu)上部會積聚氣體，油的傳輸將發(fā)生速度改變，如果氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內(nèi)油面低于活塞口上部，泵出力受到影響，油泵建不起油壓。油泵長時間運轉(zhuǎn)而壓力卻仍未達(dá)到額定值，此時貯能超時繼電器（一般整定為3 min）就要動作，切斷油泵電機回路，這種情況發(fā)生時必須進(jìn)行排氣處理，才可使其能正常建壓。

1.5.1 常壓油箱內(nèi)空氣滲入

持此種觀點的分析認(rèn)為，由于液壓動力系統(tǒng)本身的特點，在壓力釋放時，合閘腔內(nèi)的高壓油排泄到常壓油箱（即回油箱），而常壓油箱是通過濾網(wǎng)和大氣進(jìn)行呼吸的，因此液壓系統(tǒng)內(nèi)部不會完全與空氣隔離，建壓時的航空油是從常壓油箱吸取的，這是空氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部的唯一通道，在分閘操作時可明顯地看到常壓油箱內(nèi)釋放出的液壓油帶有大量的氣泡，而此時打壓就會將含有氣泡的油重新吸入內(nèi)部，隨著操作次數(shù)的增加，內(nèi)部的氣泡也會積累得越多。但此觀點尚無法驗證，國產(chǎn)CY5 液壓機構(gòu)也是相同結(jié)構(gòu)而油泵內(nèi)卻無空氣產(chǎn)生。

1.5.2 貯壓筒內(nèi)氮氣滲入

還有一種可能是氮氣從儲壓筒的氮氣側(cè)向液壓油側(cè)滲漏，這種判斷可以通過實驗得到驗證（見圖1）：

圖1" 氮氣儲能筒結(jié)構(gòu)

將SF₆氣體預(yù)先充在貯壓筒的氮氣內(nèi)（儲能筒正常運行所允許的氮氣泄漏率0.1MPa/年，為便于檢測氮氣內(nèi)預(yù)充了約1%的SF₆氣體），經(jīng)分合操作后，若從油泵排出的氣體當(dāng)中檢出含有SF₆成分，即可確定液壓系統(tǒng)內(nèi)部氣體的來源。

2 解決辦法

2.1液壓系統(tǒng)的手動排氣

由于氣體的存在，油泵不能有效地將液壓油從低壓部分輸出到高壓部分，進(jìn)而出現(xiàn)油泵持續(xù)運轉(zhuǎn)油壓還是不能升高的情況，嚴(yán)重時（油泵持續(xù)運轉(zhuǎn)12h以上）油泵還會由于液壓油自潤滑功能被氣體削弱導(dǎo)致相關(guān)的電氣故障（接觸器燒毀）。要使設(shè)備能正常運行，人工排氣就成為必然。

排氣又分為帶電排氣和停電排氣兩種方法，作為應(yīng)急處理，可在開關(guān)運行時將油泵的排氣口螺栓打開，通過運轉(zhuǎn)油泵將內(nèi)部空氣排出，但這種方法不能完全排除內(nèi)部的汽泡，另一種是利用開關(guān)停役機會對液壓系統(tǒng)全部進(jìn)行排氣，此時可以發(fā)現(xiàn)貯壓筒內(nèi)比油泵排出的氣泡多得多，而且排氣時間也較長（要近1h才能排空）。

（1）停電排氣

對全部液壓系統(tǒng)（包括油泵、儲能筒、油缸）進(jìn)行排氣時斷路器需要退出運行。對斷路器的油泵進(jìn)行排氣時應(yīng)注意油泵頂部的排氣孔小螺栓為紫銅螺栓—表面有鍍層，擰緊時切勿擰斷。處理過程中因為斷路器機構(gòu)直流回路帶電，工作人員注意直流觸電的危險性。具體的步驟為：

1）關(guān)閉油泵回路的電機電源，將液壓系統(tǒng)的油壓卸到零壓;

2）將油泵上的排氣孔小螺栓松開（3～4圈），保持在松開的狀態(tài)，當(dāng)排出的油無氣泡時，擰緊排氣孔小螺栓（稍微擰緊即可）;

3）接通油泵回路的電機電源，讓油泵空轉(zhuǎn)約5min（此時卸壓螺栓保持在卸壓狀態(tài)）;

4）反復(fù)以上步驟2～3次，直至油泵內(nèi)無氣體排出;

5）對儲能筒進(jìn)行排氣（油泵空轉(zhuǎn)），直至缸體儲能筒排氣口流出的液壓油無氣泡為止：①打開儲能筒排氣孔;②將排氣孔出油口連接到開關(guān)的油箱內(nèi)部，確保由該排氣螺栓流出的液壓油全部流入開關(guān)的油箱;③油泵空轉(zhuǎn)，直至有液壓油從出油口流出;④當(dāng)流出的液壓油達(dá)到一定的量時（5L左右），由此部位流出的液壓油不含任何氣泡，儲能筒排氣結(jié)束。

6）對液壓缸進(jìn)行排氣（油泵空轉(zhuǎn)），直至液壓缸排氣口流出的液壓油無氣泡為止：①打開液壓缸排氣孔;②將排氣孔出油口連接到開關(guān)的油箱內(nèi)部，確保由該排氣螺栓流出的液壓油全部流入開關(guān)的油箱;③油泵空轉(zhuǎn)，直至有液壓油從出油口流出;④當(dāng)流出的液壓油達(dá)到一定的量時（5～10L左右），由此部位流出的液壓油不含任何氣泡，液壓缸排氣結(jié)束。

7）液壓系統(tǒng)恢復(fù)正常壓力后，在系統(tǒng)允許的情況下，分合開關(guān)2～3次;

8）卸壓，再次檢查確認(rèn)油泵內(nèi)有無氣體存在;

9）排氣結(jié)束后，關(guān)閉油泵排氣螺栓，注意檢查氮氣儲能筒的氮氣預(yù)充壓力、從零壓開始的儲能時間以及O-CO（分-合分）操作后的壓力降低以及重新儲能時間;

10）校驗開關(guān)液壓系統(tǒng)的相關(guān)的壓力接點的設(shè)定值，確認(rèn)相關(guān)的油壓接點動作值的準(zhǔn)確無誤，以保證液壓儲能系統(tǒng)的正常運行;

11）將開關(guān)的卸壓螺栓旋出至運行位置并用鎖緊螺母鎖緊。

（2）帶電排氣

由于供電可靠性要求，發(fā)生頻繁打壓的斷路器通常為帶電排氣，此時的排氣就僅限于對油泵進(jìn)行排氣。運行排氣要特別注意液壓系統(tǒng)壓力必須大于重合閘的閉鎖壓力，防止線路短時故障的重合閘壓力閉鎖（30.8MPa）及永久性故障時的分閘壓力閉鎖（25.3MPa）。同時防止誤碰分合操作按鈕、控制回路繼電器，并注意手持金屬工具防止觸及二次接線造成接地或短路。

2.2液壓系統(tǒng)的自動排氣

液壓油系統(tǒng)的油路由于結(jié)構(gòu)上某些高端處存在積聚的氣體，油的傳輸將發(fā)生速度改變，如果氣體積聚在泵的頂部，氣體逐漸增多使泵內(nèi)油面底于活塞口上部，泵功率就受到影響，使得油泵建壓效率降低，造成油泵長時間運行或頻繁打壓。

基于上述分析形成了自動排氣閥的工作原理：將油泵上的排氣孔打開，直接引到自動排氣閥。當(dāng)液壓油系統(tǒng)中有空氣時，氣體聚集在排氣閥的上部，閥內(nèi)氣體聚積，壓力上升，當(dāng)氣體壓力大于系統(tǒng)壓力時，氣體會使腔內(nèi)油面下降，浮筒隨油位一起下降，打開排氣口;氣體排盡后，油位上升，浮筒也隨之上升，關(guān)閉排氣口，使系統(tǒng)中的空氣能自行排除，從而確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。自動排氣閥的結(jié)構(gòu)見圖2。

自動放氣裝置是在設(shè)備的油路中聚集氣體的上部裝一只集氣盒，當(dāng)氣體在集氣盒達(dá)到一定的氣量時浮球下降，排氣孔打開—氣體排出—浮球上升—排氣孔關(guān)閉。該裝置利用浮球加杠桿的機械組合簡單、可靠。該裝置氣密性經(jīng)過在2倍的實際壓差中檢驗。

裝置設(shè)有手動強制排氣閥，當(dāng)操作人員巡視時可根據(jù)油面情況利用該閥進(jìn)行手動排氣，同時可由標(biāo)油面高低的變化，確認(rèn)系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)操作人員強制排氣時，須觀察油標(biāo)的油面，以免溢油。

3 結(jié)語

通過對自動排氣裝置的實際應(yīng)用情況反饋，于2009年10月安裝了該裝置試用的5臺斷路器，均未有頻繁打壓的情況發(fā)生，階段性的驗證取得了預(yù)期的效果。