胡斌

摘要：本文根據(jù)作者工作經(jīng)歷，敘述了一臺(tái)百萬(wàn)伏斷路器碟簧液壓機(jī)構(gòu)故障的解體排查過(guò)程，并對(duì)故障原因進(jìn)行了分析，給出了整改措施。

關(guān)鍵詞：斷路器;故障;處理流程;原因分析

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，電力需求也在不斷增長(zhǎng)，特高壓電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展能更好地滿足日益增長(zhǎng)的電力需求。百萬(wàn)伏斷路器是特高壓電網(wǎng)的重要設(shè)備，在實(shí)踐過(guò)程中，斷路器工作性能的高低與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著密切的關(guān)系。然而，百萬(wàn)伏斷路器故障還時(shí)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(jī)構(gòu)故障就是一種常見的故障。

1 故障情況簡(jiǎn)述

2021年4月23日，新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的一臺(tái)1100kV四斷口斷路器在完成200次操作試驗(yàn)后，在對(duì)第一相碟簧液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行24小時(shí)保壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)合閘位置儲(chǔ)能碟簧組的釋放量大于允許值，這說(shuō)明該相機(jī)構(gòu)存在內(nèi)漏情況。為此，廠家第一時(shí)間將問(wèn)題反饋給香港機(jī)構(gòu)制造廠，經(jīng)雙方緊急溝通討論并征得國(guó)網(wǎng)特高部領(lǐng)導(dǎo)同意后，決定將該臺(tái)斷路器所配的三相機(jī)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(jī)構(gòu)解體排查情況

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

2.1 故障機(jī)構(gòu)的解體排查

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

2.1.1 機(jī)構(gòu)故障復(fù)現(xiàn)

按照上述流程，將故障機(jī)構(gòu)儲(chǔ)滿能后斷開電機(jī)電源，用深度尺測(cè)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(yàn)時(shí)所觀察的情況相符合，說(shuō)明機(jī)構(gòu)確實(shí)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(jī)構(gòu)采取的是各功能模塊對(duì)接的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，所有管路全部?jī)?nèi)置，各功能模塊的低壓通道均與低壓油箱連通，一旦某個(gè)功能模塊發(fā)生內(nèi)漏，通過(guò)觀察油箱中相對(duì)應(yīng)的低壓回油孔就可以快速準(zhǔn)確地鎖定故障模塊。為此，先將故障機(jī)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(jī)構(gòu)儲(chǔ)能，這時(shí)可明顯的發(fā)現(xiàn)從油箱液面底部的“二級(jí)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(rèn)，是二級(jí)閥模塊出現(xiàn)了故障，于是決定將二級(jí)閥模塊從機(jī)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(duì)兩個(gè)閥座及閥桿的密封部位進(jìn)行仔細(xì)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(jìn)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(duì)兩個(gè)閥座上其它位置所有膠圈及白擋圈進(jìn)行仔細(xì)檢查，白擋圈位置正確，膠圈及擋圈均完好。最后檢查了兩個(gè)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(méi)發(fā)現(xiàn)外觀缺陷，光潔度良好。

2.2 另外兩相機(jī)構(gòu)的解體排查

為了研判故障機(jī)構(gòu)二級(jí)閥模塊白擋圈安裝位置錯(cuò)誤是個(gè)例還是共性問(wèn)題，根據(jù)電科院專家的意見，又對(duì)另外兩相返廠機(jī)構(gòu)的二級(jí)閥模塊按如下步驟進(jìn)行了解體檢查。

2.2.1 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分閘、合閘兩個(gè)位置的泄露檢查

二級(jí)閥模塊拆解前，先給機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能，并分別在分閘及合閘兩個(gè)位置進(jìn)行泄露檢查，觀察確認(rèn)數(shù)顯讀數(shù)均沒(méi)有變化，說(shuō)明機(jī)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生內(nèi)漏。

2.2.2 拆解二級(jí)閥模塊

將機(jī)構(gòu)泄壓到零并排空油箱中的液壓油，從機(jī)構(gòu)上拆下二級(jí)閥模塊，進(jìn)一步將兩個(gè)閥座和閥桿從閥體中拿出。經(jīng)查驗(yàn)，這兩相機(jī)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(chǔ)能液壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理簡(jiǎn)介

3.1合閘操作原理：

當(dāng)二級(jí)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(shí)，分閘閥口關(guān)閉，轉(zhuǎn)換通道與常高壓通道導(dǎo)通，于是常高壓通道的高壓油經(jīng)過(guò)二級(jí)閥的合閘閥口注入工作缸活塞的下方，此時(shí)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(yùn)動(dòng)使斷路器轉(zhuǎn)向合閘位置。工作缸的阻尼系統(tǒng)在合閘過(guò)程即將終止時(shí)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(dāng)二級(jí)換向閥在高壓油的作用下轉(zhuǎn)換到分閘位置時(shí)，合閘閥口關(guān)閉，轉(zhuǎn)換通道與常低壓通道導(dǎo)通，工作缸活塞下部高壓油經(jīng)過(guò)二級(jí)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(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)斷路器完成分閘動(dòng)作。工作缸的阻尼系統(tǒng)在分閘過(guò)程即將終止時(shí)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(jī)構(gòu)在分、合閘操作的同時(shí)，碟簧儲(chǔ)能將產(chǎn)生一定釋壓，此時(shí)在行程開關(guān)接點(diǎn)的作用下，油泵再次啟動(dòng)將壓力補(bǔ)充到停泵壓力后，依靠行程開關(guān)接點(diǎn)來(lái)切斷油泵電機(jī)電源。

4 故障原因分析

通過(guò)以上對(duì)機(jī)構(gòu)及二級(jí)閥動(dòng)作原理的介紹并根據(jù)故障機(jī)構(gòu)的解體排查結(jié)果可以確認(rèn)，造成本次機(jī)構(gòu)泄露故障的根本原因就是二級(jí)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(jìn)行滲漏，從而導(dǎo)致內(nèi)漏現(xiàn)象的發(fā)生。白擋圈安裝位置錯(cuò)誤是造成膠圈短時(shí)間即損壞的原因。

根據(jù)液壓機(jī)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(jí)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(yuǎn)離壓力一側(cè)（背壓側(cè)），用來(lái)保護(hù)膠圈在高壓油的作用下不會(huì)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(dāng)于沒(méi)有加裝擋圈，擋圈起不到保護(hù)膠圈的作用，膠圈就會(huì)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(duì)膠圈的作用下，發(fā)生微小破損并逐漸擴(kuò)大，最終發(fā)展成內(nèi)漏缺陷。尤其在機(jī)構(gòu)分合閘操作過(guò)程中，膠圈因反復(fù)受到高壓油的動(dòng)態(tài)交變沖擊，會(huì)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(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，是操作幾百次后、還是操作上千次后發(fā)生，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)法確定。

在故障問(wèn)題呈現(xiàn)后，香港機(jī)構(gòu)廠立即對(duì)二級(jí)閥模塊的裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤記錄的追溯，確認(rèn)該二級(jí)閥模塊的裝配一直是由同一個(gè)人來(lái)完成，這次白擋圈的位置錯(cuò)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(cuò)，閥座裝入二級(jí)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(guó)內(nèi)在運(yùn)的與故障機(jī)構(gòu)同型號(hào)的液壓機(jī)構(gòu)有上百臺(tái)，運(yùn)行工況一直良好，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)同類故障。結(jié)合其它兩相機(jī)構(gòu)二級(jí)閥的解體排查結(jié)果，認(rèn)定這起故障是一起個(gè)例，工程其它相液壓機(jī)構(gòu)出現(xiàn)同類故障的幾率極低，為了徹底消除疑慮，針對(duì)此工程的其它6相機(jī)構(gòu)，提出如下措施：一、在廠內(nèi)抽查2相機(jī)構(gòu)的二級(jí)閥，由運(yùn)檢單位委派人員現(xiàn)場(chǎng)見證，解體后如沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則其余4相機(jī)構(gòu)不再解體排查;如發(fā)現(xiàn)一起相同故障問(wèn)題，則其余4相機(jī)構(gòu)全部解體檢查;二、廠家需為工程準(zhǔn)備適量備件，以作應(yīng)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(jìn)行1000次操作試驗(yàn)，查驗(yàn)機(jī)構(gòu)狀態(tài)，若工況正常亦作為該問(wèn)題為個(gè)例的一項(xiàng)驗(yàn)證依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)中，斷路器是非常重要的設(shè)備，也是容易出故障的設(shè)備。在斷路器故障時(shí)，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(yùn)行息息相關(guān)。因此，我們要對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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