变电站液压及液压碟簧机构断路器故障分析与建议.pdf

RURAL ELECTRIFICATION变电站液压及液压碟簧机构断路器故障分析与建议闻煜峰，王耀升，徐东辉，闻芷馨*，沈培栋（国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314100）摘要：针对220 kV 变电站液压及液压碟簧操作机构断路器故障频发问题，选取了几起典型案例进行分析，分别从开关异常情况、液压机构缺陷、液压碟簧机构缺陷几个方面展开典型分析，并进一步考虑了断路器液压及液压碟簧机构油泵启动打压信号对提前发现问题的关键作用，根据分析结果提出对设备的管理提升措施。对今后断路器液压及液压碟簧操作机构故障问题提出预防措施，减少故障事件的影响，为维持电网长期安全稳定运行提供一定参考。关键词：断路器；液压碟簧操作机构；设备管理中图分类号：TM561AnalysisandSuggestionofFaultsofHydraulicandHydraulicDiscSpringCircuitBreakersinSubstationWENYufeng,WANGYaosheng,XUDonghui,WENZhixin*,SHENPeidong(JiaxingPowerSupplyCompany,StateGridZhejiangElectricPowerCo.,Ltd.,ZhejiangJiaxing314100,China)Abstract:In view of recent breaker hydraulic and hydraulic disc spring operating mechanism in frequent failureproblem,this paper selects several typical cases to analysis,respectively from the switch anomalies,hydraulicinstitutionaldefects,hydraulicdiscspringinstitutionaldefectofthetypicalanalysisinseveralaspects,andfurthertoconsiderthecircuitbreakerhydraulicoilpumpandhydraulicdiscspringinstitutionsonsignalbeam,Accordingtotheanalysisresults,theimprovementmeasuresofequipmentmanagementareputforward.Preventionofthefailureofhydraulicandhydraulicdiscspringoperatingmechanismofcircuitbreakerinthefutureisputforwardtoreducetheinfluenceofrandomeventsandprovideacertainreferenceformaintainingthelong-termsafeandstableoperationofpowergrid.Keywords:circuitbreaker;hydraulicdiscspringoperatingmechanism;equipmentmanagement液压及液压碟簧操作机构，因其具有动作快、反应灵敏、输出功大、免运行维护、可靠性高等优点，是断路器中应用最广泛的操作机构之一。在液压碟簧操作机构中，液压油是传动介质、碟簧是储能元件，它的机械特性受温度的影响较小，而且在更加简单的结构下也易获得高压力的操作功率。在工作油缸与高油压储能活塞之间的不断的能量传输中快速实现操作机构的分合闸操作1。近期，断路器中液压及液压碟簧操作机构故障问题频发，为做好设备管理与隐患排查，开展对故障的统计与分析。1概况描述对某地市供电公司现有 110kV 及以上的液压及液压碟簧机构断路器进行统计，共有 240 台，其中220kV206 台，占比 85.83%，110kV34 台，占比14.17%，如表 1 所示。表 1某供电公司 110 kV 及以上液压及液压碟簧机构断路器在运情况电压等级/kV液压机构断路器数量/台氮气储能式碟簧储能式合计2206813820611003434合计68172240以储能方式统计，206 台220kV 断路器中液压机构断路器 68 台，占比 33.01%，液压碟簧机构断路器 138 台，占比 66.99%。收稿日期：20230109DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.09.005Safety|安全生产2023 年第 9 期 总第 436 期 19RURAL ELECTRIFICATION34 台 110kV 断路器均为液压碟簧机构。以型号统计，220kV 液压及液压碟簧机构断路器型号如表 2 所示。表 2220 kV 液压及液压碟簧机构断路器型号液压碟簧机构型号数量/台LWG9193AQ1EE79LW30-252L10ZF16-252/Y10LW58-252(W)/T4000-50(H)2ZF6A-252Y/-CB7ZFW43-252-CB6LW57-252-CB5合计138液压机构型号数量/台3AQ1EG54ZF11-252(L)14合计68220 kV液压及液压碟簧机构断路器共206台其中 133 台为 3AQ 系列开关，占比 64.56%，14 台 ZF11 开关，占比 6.80%，19 台 LWG9 开关，占比 9.22%，22 台 LW30、ZF16、LW58 开关，占比 10.68%，7 台 ZF6A 开关，占比 3.40%，11 台ZFW43 开关，占比 5.34%。110kV 断路器液压碟簧机构共 34 台，其中 28台 ZF23 开关，占比 82.35%，6 台 EKL-04 开关，占比 17.64%。以投运年限统计，在全部液压及液压碟簧机构断路器中，投运时间 5 年内为 28 台，占比 11.66%，投运时间 610 年为 46 台，占比 19.17%，投运时间 1115 年为 58 台，占比 24.17%，投运时间1620 年的为 93 台，占比 38.75%，投运超 20 年的为 15 台，占比 6.25%。该供电公司液压及及液压碟簧机构断路器运行年限 10 年以上的占 69.17%，整体运行年限较长，运维巡视应重点关注运行年限长的断路器健康状况。2断路器液压及液压碟簧机构缺陷情况分析2.13AQ 系列开关异常情况分析2021 年 1 月2022 年 8 月，该供电公司发生3AQ 系列开关机构缺陷 13 起，如表 3 所示。以缺陷处理情况分类，通过拉合控制开关、储能开关及复归继电器后复归的缺陷有 4 起，占比31%；排气后打压正常的缺陷有 6 起，占比 46%；更换 K15 继电器后消缺的有 2 起，占比 15%；出现渗漏油，更换低压油管后消缺的有 1 起，占比 8%。可以看出 3AQ 系列开关机构异常主要因油泵打压产生气体在低压油管聚集造成，须要定时排气以保证正常打压。2.2液压机构缺陷案例分析2.2.1某 2433 线开关无法合闸某 2433 线开关，2006 年 1 月 25 日投运。2022 年 5 月 21 日，某 2433 线开关进行常规C 检，在做合闸防跳功能检查时，开关重复合分闸2 次后，现场检查发现开关液压机构已无法建压，开关油压低闭锁分合闸。检查后初步判断 A 相主阀故障。现场拆下 A 相主阀，并进行解体检查。对主阀进行解体发现：一级分闸阀中内部有钢丝，钢丝一端卡在弹簧内部，另一端在阀球与阀体密封面之间，致使阀球无法将A 相分闸一级阀可靠闭合，分闸顶杆无法复位，导致 A 相合闸后立即分闸。液压机构在合闸位置时，接收到分闸指令，分闸线圈作用于分闸杠杆，分闸杠杆作用分闸顶杆顶开分闸阀球，由此打通原来封闭的承压油至无压油箱的油路（分闸阀的阀球与主阀的阀活塞之间，主阀关闭了承压的一侧，由此打通了液压缸 A 中差动活塞的合闸一侧的承压油至油箱的油。此时，承压油只作用在差动活塞的分闸一侧，从而使开关分闸）。分闸阀球顶开后应立即复位，现由于钢丝卡在阀球与阀体密封面之间，阀球无法复位，因此承压油一直与无压油相通，导致开关无法保持合闸状态，如图 1 所示。分析认为开关设备出厂加工装配时残留了钢丝，在分合闸过程中流动变位至阀球与阀体密封面之间，使分闸一级阀始终处于打开位置，闻煜峰等：变电站液压及液压碟簧机构断路器故障分析与建议20 2023 年第 9 期 总第 436 期RURAL ELECTRIFICATION导致了开关合闸后立即分闸的隐患。要严格按照要求，对 12 年以上断路器开展机构大修。对于 110kV 及 220kV 断路器在检修过程中认真落实反措项目，仔细开展防跳功能检查。对于隐蔽工程，要求厂家加工装配时严格检查是否有异物，规范作业。2.2.2某 4Q26 开关 N2 泄漏告警2022 年6 月13 日，某4Q26 开关，2003 年投运。4Q26 开关出现 N2 泄漏告警，现场检查 4Q26开关液压压力 355bar，达到 N2 泄漏整定值，继电器 K14 绿灯亮，继电器 K15 绿灯不亮。现场多次排气后，N2 泄漏信号未复归，拉开储能空开电源 F1，系统压力稳定在 355bar，排除排气阀、安全阀、液压储压筒漏气的可能性。现场进行信号复归，将压力泄压至自动起泵压力 320bar，油泵重新打压，大约 2min 后压力升至 355bar，N2 泄漏闭锁分闸 1 中间继电器 K14 指示灯亮，油泵打压中间继电器 K15并未切断油泵，因此初步判断故障为机械微动开关B1 接点（16-17）粘连或者油泵打压中间继电器K15 粘连。现场人工触发机械微动开关 B1 接点（16-17）可以正常复位，为进一步判断故障将 B1微动开关接线拆除，K15 电源指示灯依然显示有电并处于导通状态，油泵仍然打压，最终判断油泵打压中间继电器 K15 内部故障或者接点粘连，导致无法有效断开油泵。将 K15 更换后，重新整定时间3s 并进行打压，故障消除。液压机构断路器打压时，机械微动开关 B1 接点（16-17）导通，油泵打压中间继电器 K15 励磁导通，油泵打压接触器 K9 导通，油泵开始打压，将压力由 320bar 打压至正常压力 328bar 时，根据图 2 微动开关回路图可知，B1 微动开关将切断油泵打压中间继电器 K15 和油泵打压接触器 K9，油泵停止打压。现场由于油泵打压中间继电器 K15 故障，导致 K15 始终处于导通状态，油泵无法有效断开，将压力由 328bar 瞬间打至 355bar，达到 N2 泄漏整定值压力，N2 泄漏闭锁继电器 K81 动作断开继电钢丝图 1分闸阀内部有钢丝表 32021 年 1 月2022 年 8 月开关缺陷情况序号日期型号异常信息消缺情况12021-02-173AQ1EE开关油泵打压超时拉合控制开关、储能开关后复归22021-04-053AQ1EE开关油压低重合闸闭锁更换K15继电器后消缺32021-08-113AQ1EG开关油泵打压超时排气后打压恢复正常42021-08-113AQ1EG开关油泵打压超时复归开关机构箱内F4按钮后恢复正常52021-09-113AQ1EE开关油泵打压超时排气后打压恢复正常62021-09-123AQ1EG开关油泵打压超时拉合控制电源信号已复归72021-11-073AQ1EE开关油泵打压超时复归打压超时继电器后复归82021-11-093AQ1EG开关油泵打压超时更换低压油管后恢复正常92022-07-173AQ1EE开关油泵打压超时排气后打压恢复正常102022-07-263AQ1EG开关机构储能电机故障排气后打压恢复正常112022-08-073AQ1EE开关油泵打压超时排气后打压恢复正常122022-08-273AQ1EG开关油泵打压超时排气后打压恢复正常132022-08-303AQ1EE开关油压低合闸闭锁更换K2继电器后消缺Safety|安全生产2023 年第 9 期 总第 436 期 21RURAL ELECTRIFICATION器 K15 电源和油泵打压回路，导致 N2 泄漏闭锁分闸 1 中间继电器 K14 动作，引起开关闭锁。将故障继电器送电科院系统所分析，继电器外部旋钮功能设置在 12 挡（B1 触发，失电延时），但试验中发现继电器无须 B1 接点触发，在得电状态下即可导通接点（15-18）。解体发现继电器内部功能调整塑料连杆已与功能调整转盘脱开，实际功能处于非正常挡位。初步怀疑该继电器塑料连杆在装配时已处于非正常状态，长期运行后，在受热和设备震动影响下连杆脱开，设定的失电延时功能无法保持，引起内部接点非正常导通。2.3液压碟簧机构缺陷案例分析2.3.1某变 220kV 母联开关“汇控柜控制电源消失”某变 220kV 母联开关为 2007 年 12 月生产的断路器，采用的操动机构液压弹簧操动机构。现场检查开关储能电源跳开，开关压力及油位正常，C 相机构储能回路故障，初步判断为储能回路元器件故障。申请停电后进一步检查发现电机故障，将电机拆除检查发现电机发生匝间短路（如图 3 所示），更换电机备件后，开关恢复正常运行。现场对机构箱密封情况、加热器工作情况进行了相应检查，均工作正常且机构内环境干燥，判断为储能电机在正常打压过程中烧损，怀疑储能电机存在老化或质量问题，要求厂家尽快提交解体分析报告。因历史原因油泵启动信号未接入后台，故现场无法获得油泵的启动频率进而判断液压回路的状态，给现场运维检修和设备分析带来不便，专业已协调自动化及工区开展排查完善。2.3.2某 2R04 线开关 A 相机构频繁打压某 2R04 线开关，液压机构型号：HMB4.3。运行人员在 220kV 连杭变巡视过程中发现2R04 线开关 A 相机构频繁打压（约 1min/次），查看开关储能电源已断开，A 相机构已处于无压状态，恢复储能电源后建压困难，现场外部未见渗漏油，判断为机构高压油路和低压油路间存在渗漏点，导致压力保持不住，引起频繁打压，初步判断渗漏原因为缸裂或内部密封件损坏，厂家将原机构运回后封存解体2-3。现场更换新机构类 HMB4 同款可替换机构，行程 230mm，控制电源及储能电源与原机构一致。现场考虑到辅助开关节点验证的复杂性，为减少消缺时间，利旧原机构的辅助开关。复装新机构后对开关进行合分试验、特性试验、回阻试验，各项数据合格，遥控合分正常，如图 4 所示。MOTOR马达PUMPCONTROL油泵控制(a)微动开关回路图(b)微动开关示意图X1F1/ZM4/ZM10ca.3s/ZM3/ZM3/ZM5/ZM315 min/M4.7450135246X1451X1455X1456X1460X1461X1890X1891X1893X1526X1527X1892X1521X1523X1K9K67S4K81/M5.6K9X5524X226425161518X1530K15A1A2A2161518A1A2A1738374845354/M5.6K9/ZM6M3ACM13334UVW/M5.6K913145152B1X1531X1B1P5321617图 2微动开关电气图图 3电机发生匝间短路部位闻煜峰等：变电站液压及液压碟簧机构断路器故障分析与建议22 2023 年第 9 期 总第 436 期RURAL ELECTRIFICATION3断路器液压及液压碟簧机构油泵打压信号完善以上缺陷分析看出，液压及液压碟簧机构油泵启动信号能够及时上传可以为现场运维检修和设备分析带来很大便利，但因历史原因，部分液压及液压碟簧机构油泵启动信号未接入后台，无法监视油泵启动频率、判断液压回路状态。针对变电站现场后台已有油泵启动和打压超时信号，但未上送主站情况，可能的原因有：（1）远动未转发或转发错误造成信号上送异常；（2）远动已转发相关信号，但信息表中未包含。依照排查结果开展不停电整改工作：针对原因（1）开展核查和更新信息表，安排厂家完善相关信号转发主站的工作；针对原因（2）更新信息表并完成主站图库的完善工作。针对液压/液压碟簧机构上送光字不完整、不准确的情况，根据设备型号、打压方式出具重要信号参考清单，结合日常巡视开展排查，按照一站一案的方式结合检修工作进行信号完善，在整改完成前应在巡视中作以下重点关注：（1）开关机构未引出，须结合停电机会由机构引出，接入测控装置；（2）开关机构的油泵启动信号已引出至汇控柜端子排，但未接入测控装置，应结合停电机会将汇控柜上三相油泵启动信号短接起来接入至测控。后续新间隔扩建验收中，出具信息点表时同步抄送两级开关专业核对，验收单位应关注是否已同步完善相应重要信号。4设备管理提升措施须加快后台油泵启动、油泵打压超时信号的完善，没有整改前加强巡视；加强对开关油泵启动情况的分析处置，优化技术支撑手段，按周统计油泵启动复归信息，对异常信息各单位要及时检查反馈。运维巡视要点：（1）表计指示正常，压力值正常；（2）机构箱的密封防尘防水性能；（3）电器元件有无异味、焦痕；（4）是否有渗漏油的现象；（5）是否有频繁打压情况。加强异常设备运行情况管控，密切跟踪渗漏油缺陷发展趋势，做好启/停泵信号、打压次数等数据记录，加强打压频次的横纵向对比分析，完善应急预案，固化处置流程，及时安排停电计划，避免设备临停。针对液压机构系统易积气等问题，检修过程中应做好油路系统排气工作。加强存量异常监测，及时消缺，对缺陷较多的液压机构，做备品准备，做好轮换检修规划。应积极探索液压机构在线监测和带电检测新技术，优先开展油位在线监测、碟簧压力在线监测等新技术试点应用，强化液压机构运行状态管控。5结束语液压及液压碟簧机构“油泵启动”信号只是告知信息，从传统的电网监控观念只须统计，但实际运行工作中对于提前发现分析液压及液压碟簧机构缺陷趋势有着关键作用，根据分析结果提出对设备的管理提升措施，减少故障事件的影响，为维持电网长期安全稳定运行起到一定作用。参考文献郑烨，谢玖荣，黄海，等.封闭式组合电器典型故障分析及预防措施J.电工电气，2015(8)：5960.1韩筱慧，闻飞翔，费宇，等.HMB-4型液压弹簧操作机构频繁打压故障的现场检修J.浙江电力，2015,34(40)：6972.2陈朝廷.HDB-5型液压碟簧机构频繁打压缺陷分析J.电子元器件与信息技术，2020,4(10)：9799,102.3作者简介闻煜峰（1970），男，高级技师，主要从事电网监控方面的工作。王耀升（1993），男，工程师，主要从事电网监控方面的工作。徐东辉（1989），男，高级工程师，主要从事变电设备管理工作。（责任编辑：刘艳玲）连接螺栓顶杆抱箍分合闸指示辅助开关储能节点储能电源图 4开关机构对比图Safety|安全生产2023 年第 9 期 总第 436 期 23