断路器液压弹簧操作机构故障分析及处理

惠州蓄能水电厂共装有8台30万千瓦可逆式抽水蓄能发电机组，总装机容量240万千瓦，每台发电机和主变之间均设置一台出口断路器。发电机出口断路器布置在断路器柜内，单一开关实现起、停机操作，能快速切断所有类型的故障，避免扩大损失和长期停运检修，减少短路造成的损害。

出口断路器采用ABB公司生产的HECPS-3S产品，其结构型式为户内卧式，SF6气体绝缘和灭弧，自然冷却。操作机构为HMB-4.5型液压弹簧操作机构，其具有结构紧凑、可靠性高、传动效率高等优点。

液压弹簧操作机构集碟簧的机械式储能与液压式的驱动和控制优点于一体。碟簧力直接作用于三个储能活塞上，通过储能活塞把由弹簧力和弹簧行程表示的机械能转换成由压力和体积表示的液压能。通过高油压储能活塞和工作油缸之间的能量传输，使操作机构能进行快速的合分闸操作[1]。抽水蓄能机组较常规机组启停更为频繁，出口断路器操作次数较多，液压弹簧操作机构容易出现故障。

1 故障模式

自2012年3月26日起，巡检人员发现#6出口断路器储能电机频繁打压，正常情况下储能电机的动作次数为断路器操作次数的两倍，但储能电机实际动作次数远大于断路器操作次数的两倍。

2013年3月检修过程中，打开断路器操作机构外壳后，并未发现低压油泄露。由此判断故障为高压油腔向低压油腔发生泄露。断路器在分闸状态下，平均每天储能达到60次，断路器在合闸状态下，未见异常储能现象。初步判断泄露点可能为合闸线圈。2013年3月16日，对合闸线圈进行了更换，更换后恢复正常。

自2013年10月27日起，#6出口断路器储能电机又出现频繁打压的现象，平均每天10多次，然后2014年1月1日开始又恢复正常。2014年8月17日再次出现频繁打压现象，平均每天10多次到40多次不等。

2 原因分析

频繁打压原因可以归纳为4类，外部原因、二次回路故障、油中存在杂质和内部密封不严。现场对机构油位和弹簧外观进行检查，无异常，排除外部原因。

现场检查二次回路，弹簧的辅助触点和回路控制继电器均能正常工作，且频繁打压仅发生在断路器分闸状态，合闸状态下打压正常，排除二次回路故障。

从排油口取出部分液压油进行检查，未发现明显颗粒物，初步排除油中存在杂质。

故频繁打压最可能的原因为内部密封不严，对故障模式进行进一步分析，在分闸状态下，存在液压油由高压油腔向低压油腔泄露，而在合闸状态下无泄露。故需要对比两种状态下的油腔压力分布图。断路器在分闸状态下油腔压力分布见图1，断路器在合闸状态下油腔压力分布见图2。

红色显示的油为压缩弹簧的高压油，蓝色的为低压油。根据断路器分闸状态和合闸状态时的液压油压力分布图（见图1、图2），红色显示的高压油回路可能有泄漏的部位可能有4处，位置1为切换阀内部密封，位置2为高压油腔内部密封，位置3为操作杆端部密封，位置4为合闸线圈电磁液压阀底部密封。

图1 断路器分闸状态下油腔压力分布图

图2 断路器合闸状态下油腔压力分布图

因断路器液压油在合闸状态下无泄露，可排除掉图1的位置2为泄漏点的可能（若此位置密封不严，则合闸状态下液压油也会存在泄漏）。因在此之前对断路器合闸线圈进行过更换，更换后仅仅持续了7个月，泄露再次发生，可排除掉图1的位置4为泄露点的可能。其余2个位置无法通过对故障模式的分析进行排除，最终决定对机构进行解体检查。

3 处理过程

3.1 操作机构解体及检查

对操作机构进行了解体，解体后重点检查了原因分析中剩余的2个可能泄露的位置，其中位置1的密封完好，无异常。位置3的操作杆导向环及密封均有磨损，用内窥镜对缸体进行检查，发现在操作杆分闸位置处有沿着运动方向的划痕，如图4中红框处。

图3 断路器操作杆磨损图

图4 断路器腔体内划痕图

3.2 操作杆更换

对操作杆进行了整体更换，新的操作杆如图5所示，图中两个密封圈为临时固定导向环用，安装过程中会从后部滑落。

图5 新断路器操作杆安装图

3.3 试验

回装完操作机构后，为检验安装质量，根据规程[9][10]和厂家要求，还需要测量储能电机零起打压时间、断路器合闸时间及同期性、断路器分闸时间及同期性、断路器合分时间及同期性。

测量储能电机零起打压时间，为85s，合格（厂家要求90s内）。断路器合闸时间及同期性测量见表1和图6。

表1 断路器合闸时间及同期性测量。

图6 断路器合闸时间及同期性

断路器分闸时间及同期性测量见表2和图7。

表2 断路器分闸时间及同期性测量

图7 断路器分闸时间及同期性

断路器合分时间及同期性测量见表3和图8。

表3 断路器合分闸时间及同期性测量

图8 断路器合分闸时间及同期性

4 结论

对比合闸状态下和分闸状态下油腔压力分布图，进一步确定密封不严的可能位置，最后对断路器液压弹簧操作机构进行解体检查，找到了频繁打压的最终原因为操作杆端部密封磨损，并用新的操作杆进行了更换，更换后进行了操作机构的回装，按照规程和厂家要求进行了零起打压时间测量、断路器合闸时间及同期性测量、断路器分闸时间及同期性测量、断路器合分闸时间及同期性测量等试验，试验结果均符合要求。