断路器液压机构油压微动开关常见问题的分析

马 凯, 彭翔天, 陈旭东, 晏 松,章海斌, 王志鹍, 黄道均, 张晓明

国网安徽省电力有限公司检修分公司 合肥 230009

1 液压机构概述

目前,220 kV及以上电压等级的断路器主要采用弹簧机构、液压机构或液压弹簧机构[1-4],液压机构具有动作快、反应灵敏、输出功率大、维护工作量少、操作噪声小、可靠性高、出力特性和断路器负载特性匹配好等特点[5-8]。当液压机构的油压降低时,需要启动油泵进行补压,油压恢复至额定压力后,油泵停止运行。当液压机构的压力持续降低至某一个值时,需要闭锁断路器重合闸功能,在此之前可发重合闸报警信号。压力继续降低至某一个值时,需要闭锁断路器合闸功能,在此之前可发合闸报警信号。压力再继续降低至某一个值时,需要闭锁断路器分闸功能,在此之前可发分闸报警信号[9-10]。液压机构需要通过油压微动开关对相关电气回路进行通断,进而实现上述闭锁或报警功能,可见油压微动开关的可靠性对断路器的安全运行而言至关重要。现有的油压微动开关主要通过与液压机构直接连接的顶杆上下运行和凸轮圆周运行来实现通断。

对液压机构油压微动开关的动作情况进行检查是目前断路器投运前验收和日常运检的重要项目,如果油压微动开关无法准确动作,那么会严重影响断路器的安全运行,甚至威胁变电站运检人员的人身安全[11-13]。笔者对油压微动开关的常见问题进行分析。

2 卡滞

某220 kV变电站中220 kV断路器产品型号为LW10B-252W,采用液压机构,投运日期为2002年4月。这一断路器的油压微动开关如图1所示。断路器的油压发生变化时,会推动液压顶杆上下移动,通过液压顶杆挤压或松开油压微动开关,实现油压微动开关的通断。可以通过设定液压顶杆不同的初始高度实现油泵启停、重合闸闭锁、合闸闭锁、分闸闭锁等功能。

图1 LW10B-252W断路器油压微动开关

2015年4月,技术人员停电检修发现,该断路器三相液压机构油压微动开关存在不同程度的锈蚀卡滞,液压顶杆的高度较初始值发生变化,油压微动开关无法动作或动作不准确,影响断路器的油泵启停、重合闸闭锁、合闸闭锁、分闸闭锁等功能,存在严重的安全隐患。油压微动开关卡滞如图2所示。

图2 油压微动开关卡滞

为了消除这一故障,技术人员将该断路器三相液压机构内的油压微动开关全部更换。更换完毕后,检修人员按照油压微动开关动作整定值对液压顶杆的高度进行调整,反复操作断路器,验证油压微动开关在合格范围内均可靠动作。油压微动开关动作整定值如图3所示。

图3 油压微动开关动作整定值

3 凸轮加工精度不足

某500 kV变电站中500 kV断路器产品型号为LW13A-550/Y6300-63(G),采用CYA6-3型液压弹簧机构。液压弹簧机构的油压微动开关通过转动轴上不同形状的凸轮片实现各触点的通断。2018年4月10日,技术人员在竣工验收过程中发现12组共36台500 kV断路器液压弹簧机构中的油压微动开关重合闸报警触点和重合闸闭锁触点同时动作。仔细观察发现,控制重合闸报警触点和重合闸闭锁触点的凸轮片形状相同,如图4所示。

图4 油压微动开关凸轮片

技术人员随即进行测量,发现当重合闸报警触点和重合闸闭锁触点闭合时,液压弹簧机构的储能位移为80 mm,如图5所示。

图5 液压弹簧机构储能位移

查阅液压弹簧机构的厂家说明书,发现该液压弹簧机构重合闸报警对应的储能位移未做明确规定,重合闸闭锁对应的储能位移为77.5±1.0 mm,对应的参考压力为52.6±3 MPa,见表1。

表1 CYA6-3型液压弹簧机构厂家说明书储能位移

经检测发现,该液压弹簧机构由于凸轮加工精度低,造成所规定的重合闸闭锁触点动作时的储能位移及对应的参考压力不合格。断路器油压微动开关重合闸闭锁触点实际动作值对应的储能位移为80 mm,厂家说明书要求为77.5±1.0 mm,重合闸闭锁动作值不合格。按照断路器的厂家技术规范,当液压弹簧机构的储能位移为78.5～80 mm时,断路器可以进行重合闸,而现场断路器在储能位移为78.5～80 mm时错误闭锁了重合闸功能,降低了设备运行的可靠性。

发现上述缺陷后,技术人员立即将缺陷情况反馈至液压弹簧机构厂家,并组织厂家对所有500 kV断路器油压微动开关的重合闸闭锁凸轮片进行更换。新旧凸轮片形状如图6所示。

图6 油压微动开关新旧凸轮片

拆除旧重合闸闭锁凸轮片时,需要将分闸闭锁凸轮片、分闸报警凸轮片、合闸闭锁凸轮片、合闸报警凸轮片一同拆卸。安装好新重合闸闭锁凸轮片后,将上述拆卸的凸轮片一并恢复。凸轮片更换如图7所示。更换凸轮片后,技术人员对所有油压微动开关的动作值进行测量。测量结果显示,所有油压微动开关的动作值均在合格范围内。

图7 凸轮片更换

4 触点类型有误

某500 kV变电站220 kV断路器产品型号为LW10B-252/YT,采用HMB-4.3型液压弹簧机构,投运日期为2005年6月。2018年12月,技术人员在对液压弹簧机构大修时发现油压微动开关存在异常。经现场排查,液压弹簧机构提供八对油压微动开关,如图8所示。液压弹簧机构在弹簧储能或者释放能量的过程中,储能模块的液压顶杆会发生位移,各油压微动开关随着储能位移的不同进行状态切换。现场油压微动开关的排查情况见表2。

图8 现场油压微动开关

由表2可见,41-42是常闭重合闸报警触点,43-44是常开重合闸闭锁触点,重合闸报警标准动作值比重合闸闭锁标准动作值大1,两者接近。21-22是常闭合闸报警触点,23-24是常开合闸闭锁触点,合闸报警标准动作值比合闸闭锁标准动作值大1,两者接近。01-02是常闭分闸报警触点,03-04是常开分闸闭锁1触点,13-14是常开分闸闭锁2触点,分闸报警标准动作值比分闸闭锁动作值大1,三者接近。

表2 现场油压微动开关排查情况

厂家设计图纸中,合闸闭锁使用触点23-24,分闸闭锁1使用触点03-04,分闸闭锁2使用触点13-14,上述三对触点实际为常开触点,图纸上却标注为常闭触点。断路器厂家图纸如图9所示。

图9 断路器厂家图纸

该断路器在建设初期安装时,施工人员发现23-24、03-04、13-14实际触点类型与断路器厂家图纸不符,而合闸闭锁和分闸闭锁又必须使用常闭触点,考虑到合闸报警动作值和分闸闭锁动作值接近,分闸报警动作值和分闸闭锁动作值接近,进行了改动。合闸闭锁本应接触点23-24,由于触点23-24类型不符,于是改接至触点21-22。分闸闭锁1本应接触点03-04,由于触点03-04类型不符,于是改接至触点01-02。分闸闭锁2有接线,实际未使用。现场触点实际接线情况如图10所示。

图10 现场触点实际接线情况

液压弹簧机构厂家要求的合闸闭锁动作值范围为50～52 mm,断路器厂家要求的合闸闭锁动作值范围也为50～52 mm,如图11所示。合闸闭锁保护本应该使用触点23-24,标准动作值范围为50～52 mm,但是由于触点23-24类型不符,于是改接至触点21-22。现场触点21-22三相实际动作值分别为52.2 mm、52.1 mm、52.2 mm,均超出了液压弹簧机构厂家和断路器厂家要求的范围,于是出现提前闭锁合闸的情况。当储能位移为52.0～52.2 mm时,按照液压弹簧机构厂家和断路器厂家的技术规范,保护不应闭锁合闸,但实际闭锁合闸,降低了可靠性。为了正确使用油压微动开关,技术人员联系厂家更换43-44重合闸闭锁触点、03-04分闸闭锁1触点、13-14分闸闭锁2触点、23-24合闸闭锁触点,按照设计图纸恢复接线。

图11 油压微动开关动作值范围

5 预防措施

油压微动开关对断路器的安全、可靠运行而言具有重要意义,油压微动开关正确、可靠动作,可使整个电力系统处在良好的状态下运行,创造的价值将远远大于油压微动开关本身。从断路器液压机构油压微动开关常见问题分析可以看出,油压微动开关故障可能发生在设备制造安装阶段,也可能发生在运行维护阶段。为了防止因油压微动开关导致设备故障,可以从三方面入手。

(1) 加强新入网断路器所用油压微动开关的验收。新安装的油压微动开关触点类型和数量应正确无误,通断动作顺畅无卡滞,动作值及复归值应符合制造厂家有关规定,绝缘电阻测试合格,接线应正确牢固。

(2) 加强油压微动开关的运行维护。关注运行环境,重点检查油压微动开关所处箱柜防雨、防潮、防尘、防小动物措施是否完善,内部加热、除湿装置运行是否正常,内部是否存在凝露,发现异常应及时处理。当油压微动开关外壳、底座存在松动或破裂时,应及时停电更换,严禁采用扎带紧固处理。

(3) 加强油压微动开关检修管理。严格按照《国家电网公司变电设备检修通用管理规定》开展油压微动开关检修,着重测量油压微动开关的动作值,加强检修记录管理,做好备件储备及管理。油压微动开关的的更换周期建议与变电设备大修周期保持一致。

6 结束语

油压微动开关对断路器的安全可靠运行而言具有重要意义,笔者对断路器液压机构油压微动开关的常见问题进行了分析,并提出了预防措施,为油压微动开关故障的预防和处理提供了参考。