HMB-8.3型液壓彈簧機構頻繁打壓故障分析與防范*

王 磊，張恩光，楊建偉

(國網(wǎng)甘肅劉家峽水電站，甘肅 永靖 731600)

0 引 言

HMB-8.3型液壓彈簧機構是瑞士ABB公司在原有AHMA型液壓彈簧機構基礎上改進發(fā)展的第二代產(chǎn)品，為ABB公司高壓斷路器的典型操作機構。該液壓彈簧機構具有結構緊湊、可靠性高、液壓回路集成化程度高且輸出功率大、分合閘動作快及安裝方便的特點。因此該型號液壓操作機構在330～550 kV間電壓等級的斷路器中廣泛使用。但該機構投運年限超過10年后其故障率上升較快，在運行過程中出現(xiàn)了機構打壓頻繁等故障，應引起足夠重視。由于采用無外接管路的高度模塊化結構，在對頻繁打壓故障分析及處理上與傳統(tǒng)的氣動及單純彈簧操作機構有一定的特殊性。所以應在HMB-8.3型液壓彈簧操作機構現(xiàn)場運檢工作中不斷總結經(jīng)驗，同時對出現(xiàn)的各種故障情況加以防范，以確保設備安全穩(wěn)定運行。

1 故障現(xiàn)象及分析判斷

某水電廠330kV GIS開關站于2007年投運，共有10臺GIS斷路器。所有斷路器均配用HMB-8.3型液壓彈簧操作機構。某日突降大雪，氣溫驟降，母聯(lián)斷路器在運行過程中出現(xiàn)合閘狀態(tài)下A相操作機構油泵頻繁打壓現(xiàn)象。間隔25 s左右打壓一次，每次打壓2～3 s后停泵。外觀檢查無滲漏油，機構內部能聽見輕微竄油聲。在確保防慢分裝置在投入的情況下，手動泄油至零，重新打壓至額定后故障現(xiàn)象消失。20天后相同現(xiàn)象再次發(fā)生，經(jīng)更換液壓油及機構換向閥后故障現(xiàn)象消失。26天后頻繁打壓現(xiàn)象第三次發(fā)生，且在分、合閘狀態(tài)下均發(fā)生頻繁打壓，隨即對液壓機構進行了整體更換。更換后設備正常。

操作機構頻繁打壓原因主要有以下幾點：①液壓油外部滲漏；②液壓油內部滲漏；③二次轉換開關故障。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，液壓油無外部滲漏，二次轉換開關完好，動作正常，此次頻繁打壓故障主要原因為內部滲漏，需要從HMB-8.3型液壓彈簧操作機構工作原理開始分析，具體如下。

機構儲能。電機啟動帶動油泵打壓，油泵輸出的高壓油進入3個儲能活塞上端并推動儲能活塞向下壓縮碟簧進行儲能。同時高壓油也進入換向閥內，等待分合閘指令。儲能到位后，行程開關切斷電機電源，油泵停轉，儲能過程結束。當操作后或泄壓到油泵啟動定值時，行程開關接通電機電源再次補壓到油泵停泵位置。

合閘操作。合閘操作是利用壓差原理，當?shù)商幱趦δ軤顟B(tài)時，工作缸活塞上部始終為高壓油。合閘電磁鐵通電動作，合閘前級閥打開，高壓油流入換向活塞上方，推動換向活塞轉換到合閘位置，將高壓油注入工作缸活塞下方。此時工作缸活塞上下均為高壓油，由于活塞下方表面積大于上方面積。使工作缸向上動作，斷路器合閘，如圖1所示。

圖1 合閘狀態(tài)的HMB-8.3型操作機構工作缸示意圖

分閘操作。分閘操作原理與合閘基本相同，分閘電磁鐵通電動作，分閘前級閥打開，高壓油流入換向活塞下部，推動換向閥轉換到分閘位置，工作缸活塞下方的高壓油與低壓油箱聯(lián)通而轉換成低壓油。工作缸活塞向下運動帶動斷路器分閘，如圖2所示。

圖2 分閘狀態(tài)的HMB-8.3型操作機構工作缸示意圖

綜上，內部滲漏主要原因為儲能活塞內部滲漏，工作缸內部滲漏，換向閥內部滲漏，而換向閥和液壓油之前進行了更換可以基本排除，對于儲能活塞內部滲漏和工作缸內部滲漏，需進行解體檢查，進一步明確頻繁打壓的原因。

(1) 解體前準備 解體前首先進行儲能檢查，油泵運行正常，機構可正常建壓。初步判斷機構可能是儲能器處出現(xiàn)內部泄漏。

(2) 解體情況 在合閘保壓狀態(tài)下，打開油箱蓋觀察泄漏點，發(fā)現(xiàn)儲能器處出現(xiàn)泄漏。因此，首先從儲能器開始，對液壓機構關鍵零部件進行解體檢查。

① 儲能器 解體檢查時發(fā)現(xiàn)儲能器高、低壓油孔壁不光滑，3個儲能活塞均出現(xiàn)不同程度偏磨。其中電機支架左側儲能器解體檢查時儲能缸劃傷，儲能活塞密封圈劃傷(見圖3、圖4)。

圖3 儲能缸劃痕 圖4 密封圈劃傷

② 活塞桿 活塞桿發(fā)生偏磨(見圖5、6)。

圖5 活塞桿偏磨 圖6 活塞桿偏磨放大圖

③ 工作缸 工作缸安裝合閘限位套處有劃痕(見圖7)；工作缸內孔與活塞桿接觸的區(qū)域，出現(xiàn)貫穿性劃痕(見圖8)。

圖7 工作缸劃痕 圖8 工作缸貫穿性劃痕

④ 泄壓閥 泄壓閥整體無磨損(見圖9)，但泄壓閥與工作缸接觸處密封圖變形(見圖10)。

圖9 泄壓閥 圖10 泄壓閥與工作缸接觸處密封圈

⑤ 濾芯及液壓油 液壓油雜質較多(見圖11、圖12)；濾芯較臟，且表面粘附金屬絲(見圖13)。

圖11 油液雜質 圖12 油液雜質放大圖

圖13 濾油芯入表面粘附金屬絲

2 原因分析及結論

機構解體后發(fā)現(xiàn)液壓機構內部系統(tǒng)清潔度不高，液壓油中除發(fā)現(xiàn)雜質顆粒外，還存在金屬絲(見圖13)；金屬絲和油液雜質顆粒在油液中易造成密封圈損傷。根據(jù)此次解體檢查情況，發(fā)現(xiàn)儲能缸內表面有劃痕，同時儲能活塞密封圈劃傷。因此，認為該機構的全部內漏及頻繁打壓主要原因是由金屬屑和液壓油中雜質顆粒導致儲能器儲能活塞高壓密封圈及工作缸缸體損傷所致。解體檢查過程中還發(fā)現(xiàn)活塞桿上偏磨嚴重，工作缸工作孔出現(xiàn)貫穿性劃傷。結合液壓機構工作原理，判斷為儲能器缸體、密封圈劃傷及工作缸工作孔內表面貫穿性劃傷導致機構內漏。如圖14、圖15所示。

當機構處于合閘位置時，活塞桿上下端均為高壓油，此時工作缸與活塞桿密封部位不會出現(xiàn)泄漏情況；當機構處于分閘位置時，活塞桿下端部變?yōu)槌河?，此時由于工作缸工作孔內表面貫穿性劃傷，活塞桿與工作缸間密封失效，機構必然會頻繁打壓。

活塞桿及工作缸均屬于液壓機構核心零部件。根據(jù)液壓機構工作原理及高可靠性要求，當活塞桿出現(xiàn)偏磨或工作缸出現(xiàn)劃傷時均無法修復，只能進行操作機構整體更換。

圖14 液壓機構合閘狀態(tài) 圖15 液壓機構分閘狀態(tài)

3 現(xiàn)場運維及防范措施

該水電廠一期設備運行已近14年，近幾年運行過程中，斷路器用液壓機構多次出現(xiàn)頻繁打壓等故障；高壓斷路器檢修手冊中一般規(guī)定，斷路器用液壓機構的大修年限推薦為12年，戶外液壓機構依據(jù)現(xiàn)場情況相應縮短大修年限。液壓機構內部系統(tǒng)清潔度不高是引起頻繁打壓的主要原因。為避免此類型故障頻繁發(fā)生，保證電力系統(tǒng)及電網(wǎng)設備安全穩(wěn)定運行，該HMB-8.3 型操作機構頻繁打壓故障防范措施具體如下。

(1) 提高液壓核心零件的精加工水平，裝配前采用超聲波高壓清洗機，對零件進行清洗、干燥。裝配過程中提高工藝控制精度。

(2) 出廠試驗前應進行不少于200次的機械操作試驗(其中斷路器每100次操作試驗的最后20次應為重合閘操作試驗)，以保證液壓機構充分磨合。200次操作完成后應徹底清潔機構內部并更換液壓油及濾芯，再進行其他出廠試驗，確保出廠時的清潔度。

(3) 每3年對液壓油及濾芯進行更換一次。每6年對液壓機構大修一次。

(4) 當液壓機構運行超過10年以上時，應盡早對液壓機構運行情況全面梳理評估，制定排查檢修方案，開展針對性性現(xiàn)場檢修或輪替式工廠化檢修。

4 結 語

通過對某廠330 kV GIS斷路器頻繁打壓故障處理，得出斷路器HMB-8.3型液壓彈簧操作機構液壓油中雜質顆粒引起機構磨損及密封不良是主要原因并提出相應的措施建議。HMB-8.3型操作機構安全可靠的運行需要日常精心細致地維護及檢修。同時，加強設備出廠前全過程監(jiān)造及見證工作，才能確保該類型操作機構長期安全穩(wěn)定運行。