高壓斷路器在不同電壓等級(jí)的變電站內(nèi)都是重要的開關(guān)設(shè)備，可以根據(jù)調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行線路及電氣設(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，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。

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。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，內(nèi)滲和外滲是該機(jī)構(gòu)滲漏油的兩種方式。

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ZF27—550型復(fù)合式組合電器（hybrid gas insulated switchgear, HGIS），2019年6月12日出廠，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，斷開油泵打壓電源后油壓迅速下降，儲(chǔ)能過程中聽見機(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斷路器是國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的CYTA—13II型彈簧液壓機(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)備廠家相關(guān)技術(shù)專家對(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，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。金屬異物樣本如圖4所示，其元素分析見表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（見圖5中位置2）。

圖5 一級(jí)閥結(jié)構(gòu)

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。

檢修人員在設(shè)備廠家的配合下用經(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 常見故障原因及處理方法

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

表3 液壓彈簧機(jī)構(gòu)常見故障及處理方法

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，通過現(xiàn)場(chǎng)檢查、解體分析及金屬異物來源分析，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)劃抽檢同類型設(shè)備，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

本文編自2022年第9期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“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”，作者為梁旭日、麻震爍 等。