高压开关断路器液压机构基本构造及常见故障判定与检修

梁亚明,何涛,郭东方

平高集团有限公司河南平顶山市467001

摘  要：高压开关断路器是电网系统中必备的关键设备之一。其配置的液压机构运行性能的稳定，直接影响到整个电网安全运行状况。本文介绍了基本构造及简易快速判定故障方法，并列举实例阐述典型故障的修复方法。

关键词：液压机构构造故障判定方法检修

前  言：液压机构广泛用于高压开关断路器，特别是我国正在大力发展的超高压、特高压开关的断路器，液压机构难以用其它类型操作机构替代。但液压机构由于设计、加工、维护等问题经常出现机械、液压故障，由此造成的危害和损失越来越严重。如何快速准确判定故障，把损失降到最小，对于产品维修人员显得极为重要。

一、高压开关断路器液压机构的特点

高压开关断路器一个重要作用是用来开断、关合运行线路的正常电流，在紧急情况下要关合、开断规定的故障电流，从而保护发电机及变压器。这就要求给断路器提供动力的液压机构必须具有操作功率大、工作缸运动速度高的特点。目前断路器液压机构操作力从几十KN到上百KN，工作缸运动速度从每秒几米到每秒十几米。例如，平高集团70年代引进法国MG公司的FA-4系列CY液压机构，合闸操作可产生30KN的操作力，速度达3.6m/s，分闸可产生50KN的操作力，速度达6.4m/s。而目前我公司的800KV产品液压机构，合闸操作可产生80KN的操作力，速度达5.5m/s，分闸可产生200KN的操作力，速度达12m/s，可以预见，随着科学技术的飞速发展，生产生活对电网建设的要求会越来越高，要求断路器开端响应时间会更加苛刻，更高速度开断能力的产品将会在重要领域得以应用。另一方面，为缩短设备故障检修时间，提高检修效率，在考虑经济效率的前提下，操作机构高安全性、模块化、零渗漏或将是未来液压机构的发展的方向。

二、高压开关断路器液压机构基本构造及工作原理

1.高压开关断路器液压机构构造及主要功能

a）工作模块，主要是工作缸，通常通过连接器、拐臂构成的连杆机构带动断路器灭弧室动作。

b）控制模块，主要是控制阀，用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向,从而满足各类执行元件不同动作的要求。断路器液压机构由于操作功较大，通常采用多级控制，例如：平高集团早起LW6系列液压机构，采用四级控制，逐级实现功率放大。

c）储能模块，主要包括电机油泵、储（能）压器，为机构及产品动作提供能量。由于断路器液压机构额定油压较高，油泵目前广泛采用的是柱塞泵，储能器主要采用压缩氮气、弹簧（碟簧）实现能量存储等。

d）辅助元件，主要包括低压油箱、过滤器、安全阀、信号缸、辅助开关、管路等，主要是将各模块连接成一个完成液压系统，实现系统安全稳定运行。

图：LW6系列液压机构基本构造

2.工作原理：电机油泵启动，通过液压油作为介质，压缩氮气或弹簧完成储能，储能模块储能后液压机构进入备用状态，当机构接到分合闸操作的电信号时，控制模块中的电磁铁把电能转换成机械能，各级阀系统依次动作，把储能模块贮存的能量传递给工作模块，工作模块带动断路器本体实现分、合闸动作。动作结束后，储能模块补充损失的能量返回备用状态，为下一次分、合闸做好准备。需要说明的是高压断路器液压机构整个动作时间非常短，通常在30ms以内。

三、常见故障

1.液压油渗漏

a）液压系统外部渗漏：液压油渗漏到外部，可以非常明显的判定故障部位，本文不做详细阐述。但我们需要区分漏油部位是动密封还是静密封，如果是动密封部位在机构动作过后，出现少量渗漏，不形成油滴，笔者根据多年的实践经验认为不影响液压系统的性能，在日常维护时及时擦拭即可。

b）内部渗漏，造成机构频繁打压，多见于各类阀口长期在高油压、高速度的动作过程中发生磨损，或液压系统混入铁屑等杂质，造成阀口损坏，引起密封不良。

2.储能模块不能正常工作

a）电机油泵不打压，或打压慢。

b）氮气储能机构的高纯氮泄漏。

3.控制模块和工作模块不能正常工作。对于现场运行的产品，由于经过了出厂前的严格试验，工作模块不能正常工作主要是由于控制模块引起，本文只对控制模块常见故障列举如下：

a）控制阀拒动。

b）合闸命令撤除后控制阀不能保持在合闸状态。

c）控制阀打到中间位置，即不到分闸位置，也不到合闸位置。

4.监测模块不能正常工作：

a）安全阀不能及时开启，导致系统压力过高。

b）误发信号，造成其它事故。

四、故障简易判定及维修实例

1.液压机构出现故障后，要会“三看”:

a）一看设备运行记录，这些记录在电站控制室的电脑上都有详细的记录。几时、几分、几秒，设备进行了什么动作，要详细查看。

b）二看现场设备的实物状态。看环境温湿度是多少，机构实际油压值是多少，是否有外漏，低压油箱的油位是否过低，设备实际状态同电脑上的记录是否一致。

c）三看是在前“两看”的基础上，相隔一定时间再重复前“两看”。时间允许的情况下，“三看”可重复多次进行。为准确判定故障提供重要依据。

2.看现场时，要边看边听：

a）第一听噪声：压力建立过程中主要噪声是电机油泵运转产生的噪音，断路器液压机构通常采用柱塞泵，偏心轮转动实现柱塞往复运动，这时要认真听油泵运转时声音是否过大，是否有异常的金属撞击声音，可用比较法，同其它正常机构进行对比，判定是否异常。

b）第二可以听系统内部是否有“呲呲”漏油声，这种声音通常原因是高油压侧向低油压侧泄漏发出的声音。

3.在现场看实物时，还要学会摸：主要是摸温升，由于液压油快速流动会摩擦生热，导致系统内漏部位温度升高。

4.维修实例

实例一：江西万年县某变电站，用户反馈，一台LW6-110断路器产品的液压机构频繁打压，最多一天打压300百多次，已经持续3天时间。到达现场后，先到控制室查看运行记录，最频繁的一次打压记录是1秒钟内电机油泵启动2次，属于非正常现象，接着再到现场查看实物，无明显外部渗漏，压力正常、低压油箱油位正常，未听到内漏声音，摸油泵电机没有发热问题，基本判定机构并非真正频繁打压。为确保万无一失，1小时后，进行了“三看”，结果同前“两看”一致，于是把查找问题的重点转移到对监测模块的检查，终于发现于监测模块中控制电机油泵启动、停止的二次回路中微动开关存在故障，在潮湿环境下出现闪络，导致误发信号，更换该元件，故障得以消除。

实例二：山东济宁某变电站，用户反馈，一台液压机构，额定油压26Mpa，无明显外部漏油情况，主要故障是电机油泵频繁启动打压，持续一周时间，第8天后，打到21Mpa后，电机油泵正常运转，系统压力无法继续升高。用户检修人员反馈，为确保电力系统运行，紧急更换了油泵、并补充液压油，机构打压恢复正常，但打压频繁问题并未消除。以下是本人到达现场故障判断及检修过程：采用“看、听、摸”的方法，首先查看控制室运行记录，该相断路器机构首次出现频繁打压问题时，平均每天在10次左右，且一直到无法打压至额定压力，打压次数比较平均，每天10次左右，初步判断，该液压机构存在比较均匀的缓慢内部高压油渗漏问题。看完运行记录到现场看设备，先看的低压油箱油位，发现油位明显偏低。油泵打压时噪声明显偏大，再用手摸油泵时，明显发热，至此可以判定该机构确实有内漏，在无外部漏油的情况下，内漏通常会到低压油箱，前面已提到，此机构的低压油箱油位偏低，说明高压油被填充到其它容器内了，系统内可存储液压油的“容器”最有可能的就是氮气储压器，至此基本判断是储压器漏氮，即储压器漏氮后，预充压力降低，若要使整个系统达到额定压力，就需要用更多的液压油推动活塞压缩氮气，其结果就是更多的液压油进入储压器的缸体内，进而导致低压油箱油位大幅降低。需要补充解释的是，在最初发现频繁打压时，由于油泵长时间工作，导致油泵工作效率低下，更换新的油泵后暂时缓解了故障，问题并未从根本解决。

五、结束语

本文主要是通过感官诊断，列举事例，综合分析判断并处理液压机构故障，这是当前对于液压机构故障诊断的比较行之有效的方法。未来随着断路器用液压机构智能化程度的提高，智能诊断将会逐步实现对故障进行监测及预测。需要提醒各位读者，高压开关断路器液压机构检修是非常专业的工作，高油压发生瞬时释放破坏力极大，极易造成人员受伤，未经专业培训人士不得擅自维修。