一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析

梁旭日 麻震爍 李冰玉 李弘文 安立明

一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析

梁旭日1麻震爍1李冰玉1李弘文1安立明2

（1. 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司超高壓分公司，北京 102488；2. 北京電力設(shè)備總廠(chǎng)有限公司，北京 102488）

針對(duì)一起某特高壓變電站500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障，對(duì)該異常情況進(jìn)行詳細(xì)分析，判定為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障導(dǎo)致油壓降低。通過(guò)解體找到滲漏點(diǎn)并最終查明是由于金屬異物導(dǎo)致的滲漏；對(duì)金屬異物進(jìn)行化學(xué)成分分析，通過(guò)對(duì)比機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件金屬材料得出金屬異物的來(lái)源；最后總結(jié)液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障及處理方法，為現(xiàn)場(chǎng)故障處理提供參考。

高壓斷路器；液壓彈簧機(jī)構(gòu)；油壓低閉鎖；金屬異物

0 引言

高壓斷路器在不同電壓等級(jí)的變電站內(nèi)都是重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，可以根據(jù)調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行線(xiàn)路及電氣設(shè)備的靈活投切，也可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將電網(wǎng)故障快速切除，高壓斷路器的非正常分合會(huì)導(dǎo)致國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大損失[1-6]，電力系統(tǒng)的電能輸送、穩(wěn)定運(yùn)行等直接受高壓斷路器是否可靠運(yùn)行的影響[7-8]。

目前，500kV及以上電壓等級(jí)的高壓斷路器主要是液壓彈簧機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)載體和儲(chǔ)能組件分別為液壓油和碟形彈簧[9-10]。液壓彈簧機(jī)構(gòu)具有占地面積小、動(dòng)作特性平穩(wěn)、儲(chǔ)存能量大等特點(diǎn)，但是該機(jī)構(gòu)時(shí)常發(fā)生滲漏油[11]，內(nèi)滲和外滲是該機(jī)構(gòu)滲漏油的兩種方式[12-13]。

針對(duì)一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低導(dǎo)致斷路器分合閘閉鎖的故障，首先，簡(jiǎn)述故障發(fā)生時(shí)5052斷路器異常信號(hào)概況；然后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常情況進(jìn)行分析，初步判定為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障導(dǎo)致油壓降低，隨后通過(guò)解體分析發(fā)現(xiàn)，在一級(jí)閥的閥口存在金屬異物，此金屬異物引起5052斷路器C相機(jī)構(gòu)不建壓；最后，對(duì)金屬異物進(jìn)行化學(xué)成分分析，并對(duì)比機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件金屬材料，得出此金屬異物來(lái)源于因螺母螺紋與一級(jí)閥閥座螺紋同軸度匹配不良而在緊固時(shí)產(chǎn)生的毛刺，并總結(jié)常見(jiàn)液壓彈簧機(jī)構(gòu)故障及處理方法，為現(xiàn)場(chǎng)故障處理提供參考。

1 故障異常簡(jiǎn)況

2020年7月21日21:17，某特高壓變電站5052斷路器合閘送電后，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)于21:17:8發(fā)出“油泵啟動(dòng)”，21:17:9發(fā)出“重合閘O-C-O閉鎖”，21:17:51發(fā)出“合閘閉鎖”，21:18:27發(fā)出“分、合閘閉鎖”，21:20:8發(fā)出“油泵打壓超時(shí)，未儲(chǔ)能”等信號(hào)。21:25，檢修人員到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)并檢查分析。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢修分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

5052斷路器是一臺(tái)額定電壓為550kV的某型號(hào)復(fù)合式組合電器（hybrid gas insulated switchgear, HGIS），2019年6月12日出廠(chǎng)，2019年11月27日投運(yùn)使用，采用液壓彈簧機(jī)構(gòu)，分相操作。5052斷路器參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 5052斷路器參數(shù)

首先檢查5052斷路器C相機(jī)構(gòu)油路外觀部分，未發(fā)現(xiàn)液壓油滲漏跡象；檢查5052斷路器C相機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能，斷路器儲(chǔ)能模塊運(yùn)行正常，但壓力不能保持，斷開(kāi)油泵打壓電源后油壓迅速下降，儲(chǔ)能過(guò)程中聽(tīng)見(jiàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部存在內(nèi)滲聲音，初步懷疑為機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障。

2.2 內(nèi)部故障位置初步分析

5052斷路器是使用國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)家生產(chǎn)的某型號(hào)彈簧液壓機(jī)構(gòu)，該液壓機(jī)構(gòu)投運(yùn)前分閘狀態(tài)正常，合閘狀態(tài)下出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行如下分析：儲(chǔ)能模塊、泄壓模塊、油泵單元模塊均為分合閘共用模塊，由于只在合閘狀態(tài)下滲漏，可首先排除以上元件滲漏可能，僅與合閘狀態(tài)滲漏相關(guān)的元件為控制模塊，因此初步判斷為控制模塊密封不嚴(yán)導(dǎo)致的滲漏。

2.3 解體分析

為確定造成5052斷路器C相液壓彈簧機(jī)構(gòu)油壓低分合閘閉鎖故障的原因，檢修人員和設(shè)備廠(chǎng)家相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆卸解體，并進(jìn)行分析和討論。具體解體步驟如下：

1）將油箱蓋打開(kāi)，電機(jī)通電，觀察油箱中液壓油滲漏點(diǎn)，確認(rèn)為控制閥位置滲漏，滲漏位置如圖1所示。

圖1 滲漏位置

2）對(duì)控制閥裝配中可能異常的元件一級(jí)閥，用合格的一級(jí)閥調(diào)換，進(jìn)行建壓試驗(yàn)驗(yàn)證。更換主分一級(jí)閥后，可正常建立油壓，保壓30min無(wú)滲漏，建壓試驗(yàn)如圖2所示。

圖2 建壓試驗(yàn)

3）解體檢查主分一級(jí)閥，發(fā)現(xiàn)在閥口位置有一個(gè)長(zhǎng)度16mm、寬度0.1mm左右的絲狀金屬異物如圖3所示，該金屬異物是導(dǎo)致內(nèi)漏的原因。

圖3 金屬異物

3 金屬異物來(lái)源分析

對(duì)金屬異物采樣并進(jìn)行化學(xué)成分分析，得出金屬異物的主要化學(xué)成分為Fe、Ni、Zn、Cr，為合金鋼類(lèi)。金屬異物樣本如圖4所示，其元素分析見(jiàn)表2。

圖4 金屬異物樣本

表2 金屬異物元素分析 單位: %

液壓機(jī)構(gòu)零部件使用的金屬材料分別有：45號(hào)鋼、QAL10—3—1.5R鋁青銅、7A04鋁棒、06Cr19Ni10不銹鋼板、35CrMo圓鋼、ZL101A鑄鋁硅合金、20號(hào)冷拉六角鋼、20Cr13圓鋼、GCr15圓鋼、Q195鋼板、06Cr19Ni10六角鋼、碳素彈簧鋼絲、HPb59—1鉛黃銅、40Cr圓鋼、35號(hào)鋼等。

1）金屬異物為鋼鐵類(lèi)材料，液壓元件為滲鋅、鍍鋅表面處理工藝，化學(xué)成分測(cè)試時(shí)會(huì)引入C、O、Zn元素，不對(duì)C、O、Zn元素做進(jìn)一步分析。

2）一級(jí)閥結(jié)構(gòu)如圖5所示。一級(jí)閥閥座等液壓元件均采用合金鋼材，化學(xué)成分中含F(xiàn)e、Ni、Cr，與金屬異物成分相近，分析一級(jí)閥可能產(chǎn)生異物的位置有兩處，一是裝配時(shí)可能會(huì)擠出金屬異物（見(jiàn)圖5中位置1），二是螺紋緊固時(shí)可能會(huì)擠出金屬異物（見(jiàn)圖5中位置2）。

對(duì)圖5中兩個(gè)位置進(jìn)行排查，位置1未發(fā)現(xiàn)異常，位置2發(fā)現(xiàn)一級(jí)閥閥座上螺紋孔一側(cè)明顯磨損發(fā)亮，由此得出金屬異物是由于螺母螺紋與一級(jí)閥閥座螺紋同軸度匹配不良，在緊固時(shí)擠出了毛刺。

4 故障處理方法

4.1 本次故障處理方法

根據(jù)液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、建壓試驗(yàn)、解體分析情況，得出螺母在擰入一級(jí)閥閥座過(guò)程中產(chǎn)生了毛刺的結(jié)論，該毛刺在液壓機(jī)構(gòu)操作時(shí)隨液壓油運(yùn)動(dòng)到閥口位置，導(dǎo)致主分閘一級(jí)閥閥口密封不嚴(yán)，合閘后，5052斷路器C相液壓機(jī)構(gòu)發(fā)生內(nèi)部泄漏。

圖5 一級(jí)閥結(jié)構(gòu)

檢修人員在設(shè)備廠(chǎng)家的配合下用經(jīng)檢驗(yàn)、試驗(yàn)合格的控制閥替換損壞的控制閥，并進(jìn)行特性試驗(yàn)和密封試驗(yàn)，試驗(yàn)均合格，7月24日完成送電。

4.2 常見(jiàn)故障原因及處理方法

日常檢修及處缺工作中總結(jié)了液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，分析可能原因并提出了相應(yīng)故障處理方法見(jiàn)表3。

表3 液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障及處理方法

（續(xù)表3）

5 結(jié)論

針對(duì)一起液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、解體分析及金屬異物來(lái)源分析，認(rèn)定機(jī)構(gòu)螺母螺紋與一級(jí)閥閥座螺紋同軸度匹配不良，導(dǎo)致緊固時(shí)產(chǎn)生金屬異物，操作時(shí)隨液壓油運(yùn)動(dòng)到閥口位置，引發(fā)機(jī)構(gòu)內(nèi)部泄漏異常。據(jù)此，建議制造廠(chǎng)家切實(shí)加強(qiáng)螺母、一級(jí)閥座的制造工藝，運(yùn)行人員加強(qiáng)同型號(hào)設(shè)備的巡檢，結(jié)合停電計(jì)劃抽檢同類(lèi)型設(shè)備，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 蓋曜麟, 葛麗娟, 竇旭萌. 高壓斷路器故障診斷技術(shù)研究綜述[J]. 電力學(xué)報(bào), 2020, 35(2): 180-186.

[2] 韓燕, 關(guān)成海, 閆斌斌, 等. 一起分閘掣子缺陷引起的斷路器合后即分質(zhì)量事件分析[J]. 高壓電器, 2022, 58(2): 193-198.

[3] 劉建寅. SF6高壓斷路器機(jī)械特性測(cè)試及其狀態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 高壓電器, 2020, 56(6): 173-180.

[4] 胡子珩. 輸變電設(shè)備典型缺陷及故障案例分析[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2016.

[5] 楊秋玉, 王棟, 阮江軍, 等. 基于振動(dòng)信號(hào)的斷路器機(jī)械零部件故障程度識(shí)別[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(13): 2880-2892.

[6] 孫大根. 500kV斷路器防跳試驗(yàn)方法優(yōu)化[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(5): 95-97, 104.

[7] 趙強(qiáng), 曹力雄. 一起特高壓換流站500kV斷路器擊穿故障分析與處理[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(8): 58-61.

[8] 王昱皓, 武建文, 馬速良, 等. 基于核主成分分析- SoftMax的高壓斷路器機(jī)械故障診斷技術(shù)研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(增刊1): 267-276.

[9] 葉瑞, 段繼洲, 查笑春, 等. 一種斷路器液壓彈簧機(jī)構(gòu)泄壓控制系統(tǒng)及方法[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(12): 15-19.

[10] 李鯤. 220kV斷路器儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)異常分析及對(duì)策[J]. 電氣技術(shù), 2019, 20(10): 107-109.

[11] 邱斌斌, 肖澤宇. 液壓機(jī)構(gòu)斷路器滲油檢漏方法對(duì)比研究[J]. 湖南電力, 2017, 37(2): 73-75.

[12] 陳偉民, 張長(zhǎng)虹, 黎衛(wèi)國(guó), 等. 液壓彈簧機(jī)構(gòu)漏油及頻繁打壓故障分析與處理[J]. 高壓電器, 2018, 54(12): 287-291.

[13] 葛霜, 康永生. 斷路器液壓機(jī)構(gòu)打壓頻繁原因分析[J]. 農(nóng)村電氣化, 2019(10): 28-30.

Fault analysis on low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker

11112

(1. Ultra High Voltage Branch of State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd, Beijing 102488;2. Beijing Power Equipment General Factory Co., Ltd, Beijing 102488)

In view of a fault of low oil pressure opening and closing locking of 500kV hydraulic spring mechanism circuit breaker in an extra-high voltage (UHV) substation, by analyzing this abnormal condition in detail, it is determined that the internal fault of the mechanism leads to the decrease of oil pressure. By analyzing chemical composition of metal foreign body and comparing the metal materials of parts and components in the mechanism, the source of metal foreign body is found. The common faults of hydraulic spring mechanism and their treatment methods are put forward to provide preference for on-site fault treatment.

high-voltage circuit breaker; hydraulic spring mechanism; low oil pressure locking; metal foreign body

2022-05-17

2022-06-27

梁旭日（1993—），男，北京人，碩士，助理工程師，從事高壓電氣設(shè)備斷路器和隔離開(kāi)關(guān)檢修工作。