百萬伏斷路器碟簧液壓機構(gòu)故障原因分析

胡斌

摘要：本文根據(jù)作者工作經(jīng)歷，敘述了一臺百萬伏斷路器碟簧液壓機構(gòu)故障的解體排查過程，并對故障原因進行了分析，給出了整改措施。

關鍵詞：斷路器;故障;處理流程;原因分析

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，電力需求也在不斷增長，特高壓電網(wǎng)的建設和發(fā)展能更好地滿足日益增長的電力需求。百萬伏斷路器是特高壓電網(wǎng)的重要設備，在實踐過程中，斷路器工作性能的高低與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有著密切的關系。然而，百萬伏斷路器故障還時有發(fā)生，如何快速正確處理故障就尤為重要。本文所講的斷路器碟簧液壓機構(gòu)故障就是一種常見的故障。

1 故障情況簡述

2021年4月23日，新東北電氣集團高壓開關有限公司生產(chǎn)的一臺1100kV四斷口斷路器在完成200次操作試驗后，在對第一相碟簧液壓機構(gòu)進行24小時保壓試驗時，發(fā)現(xiàn)合閘位置儲能碟簧組的釋放量大于允許值，這說明該相機構(gòu)存在內(nèi)漏情況。為此，廠家第一時間將問題反饋給香港機構(gòu)制造廠，經(jīng)雙方緊急溝通討論并征得國網(wǎng)特高部領導同意后，決定將該臺斷路器所配的三相機構(gòu)均立即返回香港工廠，解體查找故障原因，拿出后續(xù)解決措施。

2 機構(gòu)解體排查情況

2021年5月10日，召開了機構(gòu)解體視頻分析會，在國網(wǎng)特高部委派的中國電科院專家的共同見證下，首先對返回香港機構(gòu)廠的故障機構(gòu)進行解體及故障部位查找，接著又將返廠的另外兩相機構(gòu)，對與故障機構(gòu)缺陷部位相同的模塊進行了解體排查。

2.1 故障機構(gòu)的解體排查

經(jīng)與電科院專家協(xié)商，故障機構(gòu)按如下流程進行解體排查：機構(gòu)故障復現(xiàn)→確定故障模塊→解體故障模塊，鎖定缺陷部位。

2.1.1 機構(gòu)故障復現(xiàn)

按照上述流程，將故障機構(gòu)儲滿能后斷開電機電源，用深度尺測量碟簧釋放量，發(fā)現(xiàn)數(shù)顯讀數(shù)明顯的持續(xù)下降，該現(xiàn)象與在廠內(nèi)保壓試驗時所觀察的情況相符合，說明機構(gòu)確實存在內(nèi)部泄露的故障。

2.1.2 確定故障模塊

由于該型碟簧液壓機構(gòu)采取的是各功能模塊對接的設計結(jié)構(gòu)，所有管路全部內(nèi)置，各功能模塊的低壓通道均與低壓油箱連通，一旦某個功能模塊發(fā)生內(nèi)漏，通過觀察油箱中相對應的低壓回油孔就可以快速準確地鎖定故障模塊。為此，先將故障機構(gòu)油箱以上部分的所有零部件（前罩、支架、油箱蓋等）全部拆除，漏出油箱中的液面，然后給機構(gòu)儲能，這時可明顯的發(fā)現(xiàn)從油箱液面底部的“二級閥低壓排油通道”往出返油。

2.1.3 解體故障模塊，鎖定缺陷部位

根據(jù)從油箱底部的返油位置能夠確認，是二級閥模塊出現(xiàn)了故障，于是決定將二級閥模塊從機構(gòu)上拆下并將分閘閥座、合閘閥座、換向閥桿從閥體中拿出。

在對兩個閥座及閥桿的密封部位進行仔細觀察中，發(fā)現(xiàn)分閘閥座外圓周上靠近里側(cè)（閥桿側(cè)）的圓周密封處，白擋圈與膠圈間的位置裝反了，進一步將該處膠圈從分閘閥座上拿下，發(fā)現(xiàn)膠圈已經(jīng)損壞。之后又對兩個閥座上其它位置所有膠圈及白擋圈進行仔細檢查，白擋圈位置正確，膠圈及擋圈均完好。最后檢查了兩個閥座與換向閥桿之間的金屬密封部位（分閘閥口和合閘閥口），沒發(fā)現(xiàn)外觀缺陷，光潔度良好。

2.2 另外兩相機構(gòu)的解體排查

為了研判故障機構(gòu)二級閥模塊白擋圈安裝位置錯誤是個例還是共性問題，根據(jù)電科院專家的意見，又對另外兩相返廠機構(gòu)的二級閥模塊按如下步驟進行了解體檢查。

2.2.1 對機構(gòu)進行分閘、合閘兩個位置的泄露檢查

二級閥模塊拆解前，先給機構(gòu)儲能，并分別在分閘及合閘兩個位置進行泄露檢查，觀察確認數(shù)顯讀數(shù)均沒有變化，說明機構(gòu)沒有發(fā)生內(nèi)漏。

2.2.2 拆解二級閥模塊

將機構(gòu)泄壓到零并排空油箱中的液壓油，從機構(gòu)上拆下二級閥模塊，進一步將兩個閥座和閥桿從閥體中拿出。經(jīng)查驗，這兩相機構(gòu)分閘閥座、合閘閥座上的所有膠圈及白擋圈均完好，白擋圈安裝位置也都正確。

3 HDB型碟簧儲能液壓機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點及原理簡介

3.1合閘操作原理：

當二級換向閥在電磁閥提供的高壓油的作用下轉(zhuǎn)換到合閘位置時，分閘閥口關閉，轉(zhuǎn)換通道與常高壓通道導通，于是常高壓通道的高壓油經(jīng)過二級閥的合閘閥口注入工作缸活塞的下方，此時工作缸活塞的上、下部均為高壓油，因活塞下部受壓面積大于上部受壓面積，故工作活塞在壓差的作用下，向上運動使斷路器轉(zhuǎn)向合閘位置。工作缸的阻尼系統(tǒng)在合閘過程即將終止時產(chǎn)生阻尼作用，以降低合閘沖擊力，液壓支撐力確保工作缸活塞保持在合閘位置。

3.2 分閘操作原理：

當二級換向閥在高壓油的作用下轉(zhuǎn)換到分閘位置時，合閘閥口關閉，轉(zhuǎn)換通道與常低壓通道導通，工作缸活塞下部高壓油經(jīng)過二級閥的分閘閥口返回到低壓油箱，工作缸活塞下部形成低壓，于是活塞桿在壓差的作用下向下運動，帶動斷路器完成分閘動作。工作缸的阻尼系統(tǒng)在分閘過程即將終止時產(chǎn)生阻尼作用，以降低分閘沖擊力，液壓支撐力確保工作缸活塞保持在分閘位置。

機構(gòu)在分、合閘操作的同時，碟簧儲能將產(chǎn)生一定釋壓，此時在行程開關接點的作用下，油泵再次啟動將壓力補充到停泵壓力后，依靠行程開關接點來切斷油泵電機電源。

4 故障原因分析

通過以上對機構(gòu)及二級閥動作原理的介紹并根據(jù)故障機構(gòu)的解體排查結(jié)果可以確認，造成本次機構(gòu)泄露故障的根本原因就是二級閥的分閘閥座外圓周上，靠最里側(cè)密封部位的膠圈損壞，使得高壓油沿破損密封圈處向低壓通道進行滲漏，從而導致內(nèi)漏現(xiàn)象的發(fā)生。白擋圈安裝位置錯誤是造成膠圈短時間即損壞的原因。

根據(jù)液壓機構(gòu)的密封原理，膠圈在高壓油的作用下，其形狀與液體相仿。由于零件之間存在配合間隙（比如二級閥體和分閘閥座之間），在高壓靜密封部位必須采用膠圈加擋圈的組合形式，擋圈要安裝在遠離壓力一側(cè)（背壓側(cè)），用來保護膠圈在高壓油的作用下不會被擠入金屬間隙中而造成損壞。

如果擋圈與膠圈位置互換，就相當于沒有加裝擋圈，擋圈起不到保護膠圈的作用，膠圈就會在高壓油的作用下被擠入閥座與閥體間的縫隙中，在密封槽尖角對膠圈的作用下，發(fā)生微小破損并逐漸擴大，最終發(fā)展成內(nèi)漏缺陷。尤其在機構(gòu)分合閘操作過程中，膠圈因反復受到高壓油的動態(tài)交變沖擊，會加速膠圈的破損。

擋圈位置裝反后，膠圈損壞而造成密封失效是一個漸進的過程，是操作幾百次后、還是操作上千次后發(fā)生，這個時間長短無法確定。

在故障問題呈現(xiàn)后，香港機構(gòu)廠立即對二級閥模塊的裝配環(huán)節(jié)進行跟蹤記錄的追溯，確認該二級閥模塊的裝配一直是由同一個人來完成，這次白擋圈的位置錯誤是由操作者疏忽所致，是一起偶發(fā)事件。為避免再次裝錯，閥座裝入二級閥體前增加另外一人的監(jiān)視檢查工序。

5 整改措施

目前國內(nèi)在運的與故障機構(gòu)同型號的液壓機構(gòu)有上百臺，運行工況一直良好，沒有出現(xiàn)過同類故障。結(jié)合其它兩相機構(gòu)二級閥的解體排查結(jié)果，認定這起故障是一起個例，工程其它相液壓機構(gòu)出現(xiàn)同類故障的幾率極低，為了徹底消除疑慮，針對此工程的其它6相機構(gòu)，提出如下措施：一、在廠內(nèi)抽查2相機構(gòu)的二級閥，由運檢單位委派人員現(xiàn)場見證，解體后如沒有發(fā)現(xiàn)問題，則其余4相機構(gòu)不再解體排查;如發(fā)現(xiàn)一起相同故障問題，則其余4相機構(gòu)全部解體檢查;二、廠家需為工程準備適量備件，以作應急之用;三、待其它間隔四斷口斷路器裝配完成后，抽取一相進行1000次操作試驗，查驗機構(gòu)狀態(tài)，若工況正常亦作為該問題為個例的一項驗證依據(jù)。

6 結(jié)語

在電力系統(tǒng)中，斷路器是非常重要的設備，也是容易出故障的設備。在斷路器故障時，能否快速正確地分析處理故障與電網(wǎng)能否保持安全穩(wěn)定運行息息相關。因此，我們要對斷路器的常見故障及處理方法做到心中有數(shù)，努力提升斷路器故障異常的分析處理能力，從而更好地保證電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

參考文獻：

[1]馮平.高壓斷路器常見故障及維護對策分析【J】.電子技術與軟件工程，2014，（16）.