液壓機構常見打壓故障分析

王 飛，陳 敏，宋妙環，茍方杰

(1.國網甘肅省電力公司蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730000；2.國網甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

液壓機構因體積小、結構緊湊、動作可靠等優點，常用于220 kV，330 kV及更高電壓等級斷路器中，對保證輸變電系統穩定運行具有重要作用。

液壓機構主要由儲能模塊、控制模塊、監測模塊、充壓模塊、工作模塊、適配模塊等器件構成，以高壓油為動力，對斷路器進行分合閘操作。液壓機構具有在合閘狀態油壓降低為零并重新啟動油泵電機建立油壓時不發生慢分閘的性能，且操動機構裝有安全閥，可在系統油壓異常時實現自保護。

實際運行中，液壓機構易產生打壓故障，可能導致斷路器分合閘不到位或無法斷開線路，造成事故范圍擴大甚至影響電力系統安全、穩定運行。

1 運行原理及故障分析

1.1 動作原理

液壓機構具有動作快、特性穩定、低噪音、無磨損等可靠特點，有液壓碟簧機構和液壓氮氣機構兩種，與液壓氮氣機構相比，液壓碟簧機構壓力管道與環境溫度無關，設備可靠性更高。

(1) 儲能。當儲能電機接通后，油泵將低壓油箱中的液壓油壓入高壓油腔，三組相同結構的儲能活塞在液壓作用下，向下壓縮碟簧而儲能。

(2) 分閘操作。分閘電磁鐵動作時，換向閥上部的高壓油腔與低壓油箱導通而失壓，換向閥芯立即向上運動，切斷了原來與工作活塞下部相連的高壓油路，而使工作活塞下部與低壓油箱聯通失壓，工作活塞在上部高壓油的作用下向下運動，帶動斷路器分閘。

(3) 合閘操作。合閘電磁閥動作時，高壓油進入換向閥的上部，在差動力作用下，換向閥芯向下運動切斷工作活塞下部原來與低壓油箱連通的油路，與儲能活塞上部的高壓油路接通，工作活塞在差動力作用下，快速向上運動，帶動斷路器合閘。

液壓機構配置高、低壓油路，機構所用的密封圈應能保證其密封性，若其回路中發生器件故障或連接處密封不嚴，將導致高壓管路中液壓降低，進一步引起儲壓碟簧張力損失，這些損失將由油泵的自動補壓來補償，從而引發機構打壓問題。

1.2 二次控制及故障產生

為保證液壓機構具有所需的開斷能力，控制回路中通常設有兩種閉鎖，一種是低SF6壓力操作閉鎖，通過SF6氣體密度繼電器實現；另一種是低油壓操作閉鎖，通過固定在支撐環上的齒條隨儲能彈簧上下運動，轉動與其咬合的齒輪，與齒輪同軸的齒輪帶動限位開關實現。

當液壓機構油壓降低時，電機控制回路中的限位開關接通，直流接觸器吸合，電機回路帶電后電機運轉，液壓機構開始打壓儲能，當液壓達到額定壓力后，電機控制回路斷開，電機打壓儲能結束。若電機時間繼電器動作或熱繼電器動作，表明液壓回路或者電機及其控制回路出現了故障。

2 常見打壓故障分析

2.1 電機故障不打壓

液壓機構在電機回路接通(或應當接通)后，電機不運轉，可判定為電機或電機回路故障，故障原因可能為電機空開分閘、施加電壓不正確、碳刷磨損、電機故障等，例如，電機碳刷故障引起電機故障時，應重點檢查刷桿上的螺絲松動情況，碳刷在刷盒內上下活動是否存在卡澀，碳刷所受彈簧的壓力是否均勻，碳刷壓指和電刷頂部的壓板是否有斷裂現象，碳刷的磨損程度等情況，當碳刷磨損到極限位置時，就應當更換碳刷。

2.2 電機運轉不打壓

液壓機構在電機回路接通(或應當接通)后，電機運轉而油壓不升高，可判定為電機運轉完好而液壓油回路存在故障，故障原因可能為電機齒輪打滑、高壓放油閥打開、油泵故障、油位太低、液壓油變質、濾油器阻塞、高壓油回路滲漏油、油中空氣過多等。在液壓機構維護工作中，要重點維護液壓油的清潔程度，嚴防液壓油中混入雜質造成液壓機構損壞。

2.2.1 液壓碟簧不儲能

2021年3月，某330 kV變電站3341斷路器液壓油更換后進行逐相打壓測試。在測試A相時，電機啟動正常但液壓碟簧不儲能，觀察約3 min后發現依舊不儲能，之后電機自行停止轉動。

根據故障信息，可將故障分為兩部分，第1部為“電機自行停止轉動”，可判定為電機回路中存在短路；第2部分為“電機啟動正常但液壓碟簧不儲能”，檢查得知，其故障原因可能為電機過時限時間繼電器燒壞，或者可能為輔助接點故障、泄壓后泄壓閥未返回或者斷路器內部故障等導致。經分析最終確定為手動液壓后泄壓觸點未返回所致。

2.2.2 液壓碟簧中斷儲能

2021年5月，某330 kV變電站3353斷路器液壓油更換后進行逐相打壓測試。在測試C相時，電機啟動正常，液壓碟簧打壓至一半后，電機繼續運轉而碟簧不再被壓縮儲能。

根據故障信息，依次對機構內油量、二次回路和二次控制閥進行檢查，均未發現異常，最終確定故障原因為液壓油注入時機構內空氣未排干凈導致液壓油中空氣過多，打壓儲能時空氣承壓性能遠不及液壓油，故而打壓至一半時，雖然電機繼續轉動但油壓無法升高，使碟簧無法繼續壓縮。最終，采用真空注油器抽除液壓油中空氣后故障消除。

2.3 頻繁打壓

結合ABB、西開、平高等廠家對液壓機構的運行維護要求，油泵每天可允許啟動20次，當一天中油泵啟動次數超過20次時，即為頻繁打壓儲能，就需要對操動機構進行檢測。而在實際運行過程中，若24 h內油泵啟動次數超過3～5次，即視為頻繁打壓。當測定油泵啟動次數時，可由油泵啟動總次數減去開關操作次數(合閘或分閘)導致的油泵啟動次數得出。

一般情況下，頻繁打壓的原因有機構滲漏油和二次控制故障兩類。

(1) 機構滲漏油。包括內部滲漏油和外部滲漏油。內部滲漏油與工作缸活塞密封、油壓開關安全閥、油泵逆止閥、控制閥等有關；外部滲漏油與各模塊連接面、信號缸、油壓開關、壓力表、儲壓器、放油閥關閉不良等有關。

(2) 二次控制故障。包括微動開關卡澀、二次控制錯誤等。

根據現場實際檢修經驗，若頻繁打壓發生在合閘位，則可能的故障原因為控制模塊在合閘后密封不嚴，應著重檢查分閘閥閥口的密封情況；若頻繁打壓發生在分閘位，則可能的故障原因為合閘閥閥口密封不嚴引起的內部泄漏，或者工作缸內密封不嚴引起的活塞兩側高、低壓油位泄漏。

2021年7月，某330 kV變電站3332斷路器B相24 h打壓次數高達50次，屬于頻繁儲能故障。根據故障信息，依次對機構內油質油量、二次控制閥等進行檢查。解體后發現內部合閘閥閥口密封圈存在老化滲漏油現象，對密封圈更換并反復確認設備一次部分完好后，對機構二次控制回路展開檢查，發現斷路器B，C相油壓微動開關KP6 (啟動KP5、停止KP6)的二次出線被互相錯接，導致兩相開關的打壓停止功能失去作用。若以額定壓力32.6 MPa為電機啟動壓力，則兩相開關的打壓狀態(性能)為小于32.6 MPa即啟動打壓，大于32.6 MPa即停止打壓，從而出現頻繁打壓故障。

3 防范及改進措施

(1) 液壓機構各部件生產加工時應嚴格控制制造工藝，嚴防各部件殘留物未清理干凈即進行組裝及使用殘次品，密封墊宜采用聚四氟乙烯等化學穩定性強、耐腐蝕性強的材料。新投運的機構若發生頻繁打壓故障，可能是由于運輸過程中的機械振動使機構零部件、螺栓等產生松動所致，因此在投運前應重新檢查零部件及螺栓的緊固情況。

(2) 液壓機構各模塊安裝時，連接面密封圈應放置到位、受力均勻，安裝過程中避免產生位移而使密封圈受到擠壓；各模塊連接螺栓緊固時應采取對角依次緊固的方法，各螺栓緊固程度應一致并嚴格按照相應標準進行，螺栓緊固力并非越大越好。

(3) 液壓油品質直接關系到液壓機構性能，要對液壓油進行定期檢查并充分過濾去除油內雜質。若發現液壓油顏色變深變黑、有焦糊味或發酸發臭、油液透明度降低或變渾濁、油中泡沫增加、摸起來有摩擦砂粒感等現象，表明液壓油已變質，需要進行更換。更換時應徹底排出油缸內舊油及底部殘留雜質，并對控制閥、工作缸及各管道進行清洗。

(4) 液壓機構日常檢修維護中需要對機構進行泄壓及注油操作時，應注意：

① 泄壓時應保持短時、多次、點動泄壓，泄壓不可一次完成。

② 注油前要用真空機徹底抽除內部殘留空氣。

③ 要注意液壓油品質，嚴防雜質等混入油內。

④ 注油時要保持少量、多次方式，油位注至油位觀察窗3/4為宜。

(5) 在機構運行過程中若產生頻繁打壓故障，很可能為油中混入的雜質沉積在閥門口而引起內部泄漏導致，可對機構進行多次打壓泄壓和分合閘斷路器，利用液壓油流動將雜質沖離閥口。

(6) 在晝夜溫差大的地方，尤其是北方地區，容易引起油壓不穩、機構打壓次數增多等現象，應在機構箱內安裝加熱器和溫控器，以保證機構內部溫度在合理范圍內。運行年限較長的機構箱門密封條老化現象嚴重，應及時維修更換。