百万伏断路器碟簧液压机构故障原因分析

胡斌

摘要：本文根据作者工作经历，叙述了一台百万伏断路器碟簧液压机构故障的解体排查过程，并对故障原因进行了分析，给出了整改措施。

关键词：断路器;故障;处理流程;原因分析

随着经济社会的快速发展，电力需求也在不断增长，特高压电网的建设和发展能更好地满足日益增长的电力需求。百万伏断路器是特高压电网的重要设备，在实践过程中，断路器工作性能的高低与电网的安全稳定运行有着密切的关系。然而，百万伏断路器故障还时有发生，如何快速正确处理故障就尤为重要。本文所讲的断路器碟簧液压机构故障就是一种常见的故障。

1 故障情况简述

2021年4月23日，新东北电气集团高压开关有限公司生产的一台1100kV四断口断路器在完成200次操作试验后，在对第一相碟簧液压机构进行24小时保压试验时，发现合闸位置储能碟簧组的释放量大于允许值，这说明该相机构存在内漏情况。为此，厂家第一时间将问题反馈给香港机构制造厂，经双方紧急沟通讨论并征得国网特高部领导同意后，决定将该台断路器所配的三相机构均立即返回香港工厂，解体查找故障原因，拿出后续解决措施。

2 机构解体排查情况

2021年5月10日，召开了机构解体视频分析会，在国网特高部委派的中国电科院专家的共同见证下，首先对返回香港机构厂的故障机构进行解体及故障部位查找，接着又将返厂的另外两相机构，对与故障机构缺陷部位相同的模块进行了解体排查。

2.1 故障机构的解体排查

经与电科院专家协商，故障机构按如下流程进行解体排查：机构故障复现→确定故障模块→解体故障模块，锁定缺陷部位。

2.1.1 机构故障复现

按照上述流程，将故障机构储满能后断开电机电源，用深度尺测量碟簧释放量，发现数显读数明显的持续下降，该现象与在厂内保压试验时所观察的情况相符合，说明机构确实存在内部泄露的故障。

2.1.2 确定故障模块

由于该型碟簧液压机构采取的是各功能模块对接的设计结构，所有管路全部内置，各功能模块的低压通道均与低压油箱连通，一旦某个功能模块发生内漏，通过观察油箱中相对应的低压回油孔就可以快速准确地锁定故障模块。为此，先将故障机构油箱以上部分的所有零部件（前罩、支架、油箱盖等）全部拆除，漏出油箱中的液面，然后给机构储能，这时可明显的发现从油箱液面底部的“二级阀低压排油通道”往出返油。

2.1.3 解体故障模块，锁定缺陷部位

根据从油箱底部的返油位置能够确认，是二级阀模块出现了故障，于是决定将二级阀模块从机构上拆下并将分闸阀座、合闸阀座、换向阀杆从阀体中拿出。

在对两个阀座及阀杆的密封部位进行仔细观察中，发现分闸阀座外圆周上靠近里侧（阀杆侧）的圆周密封处，白挡圈与胶圈间的位置装反了，进一步将该处胶圈从分闸阀座上拿下，发现胶圈已经损坏。之后又对两个阀座上其它位置所有胶圈及白挡圈进行仔细检查，白挡圈位置正确，胶圈及挡圈均完好。最后检查了两个阀座与换向阀杆之间的金属密封部位（分闸阀口和合闸阀口），没发现外观缺陷，光洁度良好。

2.2 另外两相机构的解体排查

为了研判故障机构二级阀模块白挡圈安装位置错误是个例还是共性问题，根据电科院专家的意见，又对另外两相返厂机构的二级阀模块按如下步骤进行了解体检查。

2.2.1 对机构进行分闸、合闸两个位置的泄露检查

二级阀模块拆解前，先给机构储能，并分别在分闸及合闸两个位置进行泄露检查，观察确认数显读数均没有变化，说明机构没有发生内漏。

2.2.2 拆解二级阀模块

将机构泄压到零并排空油箱中的液压油，从机构上拆下二级阀模块，进一步将两个阀座和阀杆从阀体中拿出。经查验，这两相机构分闸阀座、合闸阀座上的所有胶圈及白挡圈均完好，白挡圈安装位置也都正确。

3 HDB型碟簧储能液压机构结构特点及原理简介

3.1合闸操作原理：

当二级换向阀在电磁阀提供的高压油的作用下转换到合闸位置时，分闸阀口关闭，转换通道与常高压通道导通，于是常高压通道的高压油经过二级阀的合闸阀口注入工作缸活塞的下方，此时工作缸活塞的上、下部均为高压油，因活塞下部受压面积大于上部受压面积，故工作活塞在压差的作用下，向上运动使断路器转向合闸位置。工作缸的阻尼系统在合闸过程即将终止时产生阻尼作用，以降低合闸冲击力，液压支撑力确保工作缸活塞保持在合闸位置。

3.2 分闸操作原理：

当二级换向阀在高压油的作用下转换到分闸位置时，合闸阀口关闭，转换通道与常低压通道导通，工作缸活塞下部高压油经过二级阀的分闸阀口返回到低压油箱，工作缸活塞下部形成低压，于是活塞杆在压差的作用下向下运动，带动断路器完成分闸动作。工作缸的阻尼系统在分闸过程即将终止时产生阻尼作用，以降低分闸冲击力，液压支撑力确保工作缸活塞保持在分闸位置。

机构在分、合闸操作的同时，碟簧储能将产生一定释压，此时在行程开关接点的作用下，油泵再次启动将压力补充到停泵压力后，依靠行程开关接点来切断油泵电机电源。

4 故障原因分析

通过以上对机构及二级阀动作原理的介绍并根据故障机构的解体排查结果可以确认，造成本次机构泄露故障的根本原因就是二级阀的分闸阀座外圆周上，靠最里侧密封部位的胶圈损坏，使得高压油沿破损密封圈处向低压通道进行渗漏，从而导致内漏现象的发生。白挡圈安装位置错误是造成胶圈短时间即损坏的原因。

根据液压机构的密封原理，胶圈在高压油的作用下，其形状与液体相仿。由于零件之间存在配合间隙（比如二级阀体和分闸阀座之间），在高压静密封部位必须采用胶圈加挡圈的组合形式，挡圈要安装在远离压力一侧（背压侧），用来保护胶圈在高压油的作用下不会被挤入金属间隙中而造成损坏。

如果挡圈与胶圈位置互换，就相当于没有加装挡圈，挡圈起不到保护胶圈的作用，胶圈就会在高压油的作用下被挤入阀座与阀体间的缝隙中，在密封槽尖角对胶圈的作用下，发生微小破损并逐渐扩大，最终发展成内漏缺陷。尤其在机构分合闸操作过程中，胶圈因反复受到高压油的动态交变冲击，会加速胶圈的破损。

挡圈位置装反后，胶圈损坏而造成密封失效是一个渐进的过程，是操作几百次后、还是操作上千次后发生，这个时间长短无法确定。

在故障问题呈现后，香港机构厂立即对二级阀模块的装配环节进行跟踪记录的追溯，确认该二级阀模块的装配一直是由同一个人来完成，这次白挡圈的位置错误是由操作者疏忽所致，是一起偶发事件。为避免再次装错，阀座装入二级阀体前增加另外一人的监视检查工序。

5 整改措施

目前国内在运的与故障机构同型号的液压机构有上百台，运行工况一直良好，没有出现过同类故障。结合其它两相机构二级阀的解体排查结果，认定这起故障是一起个例，工程其它相液压机构出现同类故障的几率极低，为了彻底消除疑虑，针对此工程的其它6相机构，提出如下措施：一、在厂内抽查2相机构的二级阀，由运检单位委派人员现场见证，解体后如没有发现问题，则其余4相机构不再解体排查;如发现一起相同故障问题，则其余4相机构全部解体检查;二、厂家需为工程准备适量备件，以作应急之用;三、待其它间隔四断口断路器装配完成后，抽取一相进行1000次操作试验，查验机构状态，若工况正常亦作为该问题为个例的一项验证依据。

6 结语

在電力系统中，断路器是非常重要的设备，也是容易出故障的设备。在断路器故障时，能否快速正确地分析处理故障与电网能否保持安全稳定运行息息相关。因此，我们要对断路器的常见故障及处理方法做到心中有数，努力提升断路器故障异常的分析处理能力，从而更好地保证电力系统的正常运转。

参考文献：

[1]冯平.高压断路器常见故障及维护对策分析【J】.电子技术与软件工程，2014，（16）.