液压机构常见打压故障分析

王 飞，陈 敏，宋妙环，苟方杰

(1.国网甘肃省电力公司兰州供电公司，甘肃 兰州 730000；2.国网甘肃省电力公司，甘肃 兰州 730000)

0 引言

液压机构因体积小、结构紧凑、动作可靠等优点，常用于220 kV，330 kV及更高电压等级断路器中，对保证输变电系统稳定运行具有重要作用。

液压机构主要由储能模块、控制模块、监测模块、充压模块、工作模块、适配模块等器件构成，以高压油为动力，对断路器进行分合闸操作。液压机构具有在合闸状态油压降低为零并重新启动油泵电机建立油压时不发生慢分闸的性能，且操动机构装有安全阀，可在系统油压异常时实现自保护。

实际运行中，液压机构易产生打压故障，可能导致断路器分合闸不到位或无法断开线路，造成事故范围扩大甚至影响电力系统安全、稳定运行。

1 运行原理及故障分析

1.1 动作原理

液压机构具有动作快、特性稳定、低噪音、无磨损等可靠特点，有液压碟簧机构和液压氮气机构两种，与液压氮气机构相比，液压碟簧机构压力管道与环境温度无关，设备可靠性更高。

(1) 储能。当储能电机接通后，油泵将低压油箱中的液压油压入高压油腔，三组相同结构的储能活塞在液压作用下，向下压缩碟簧而储能。

(2) 分闸操作。分闸电磁铁动作时，换向阀上部的高压油腔与低压油箱导通而失压，换向阀芯立即向上运动，切断了原来与工作活塞下部相连的高压油路，而使工作活塞下部与低压油箱联通失压，工作活塞在上部高压油的作用下向下运动，带动断路器分闸。

(3) 合闸操作。合闸电磁阀动作时，高压油进入换向阀的上部，在差动力作用下，换向阀芯向下运动切断工作活塞下部原来与低压油箱连通的油路，与储能活塞上部的高压油路接通，工作活塞在差动力作用下，快速向上运动，带动断路器合闸。

液压机构配置高、低压油路，机构所用的密封圈应能保证其密封性，若其回路中发生器件故障或连接处密封不严，将导致高压管路中液压降低，进一步引起储压碟簧张力损失，这些损失将由油泵的自动补压来补偿，从而引发机构打压问题。

1.2 二次控制及故障产生

为保证液压机构具有所需的开断能力，控制回路中通常设有两种闭锁，一种是低SF6压力操作闭锁，通过SF6气体密度继电器实现；另一种是低油压操作闭锁，通过固定在支撑环上的齿条随储能弹簧上下运动，转动与其咬合的齿轮，与齿轮同轴的齿轮带动限位开关实现。

当液压机构油压降低时，电机控制回路中的限位开关接通，直流接触器吸合，电机回路带电后电机运转，液压机构开始打压储能，当液压达到额定压力后，电机控制回路断开，电机打压储能结束。若电机时间继电器动作或热继电器动作，表明液压回路或者电机及其控制回路出现了故障。

2 常见打压故障分析

2.1 电机故障不打压

液压机构在电机回路接通(或应当接通)后，电机不运转，可判定为电机或电机回路故障，故障原因可能为电机空开分闸、施加电压不正确、碳刷磨损、电机故障等，例如，电机碳刷故障引起电机故障时，应重点检查刷杆上的螺丝松动情况，碳刷在刷盒内上下活动是否存在卡涩，碳刷所受弹簧的压力是否均匀，碳刷压指和电刷顶部的压板是否有断裂现象，碳刷的磨损程度等情况，当碳刷磨损到极限位置时，就应当更换碳刷。

2.2 电机运转不打压

液压机构在电机回路接通(或应当接通)后，电机运转而油压不升高，可判定为电机运转完好而液压油回路存在故障，故障原因可能为电机齿轮打滑、高压放油阀打开、油泵故障、油位太低、液压油变质、滤油器阻塞、高压油回路渗漏油、油中空气过多等。在液压机构维护工作中，要重点维护液压油的清洁程度，严防液压油中混入杂质造成液压机构损坏。

2.2.1 液压碟簧不储能

2021年3月，某330 kV变电站3341断路器液压油更换后进行逐相打压测试。在测试A相时，电机启动正常但液压碟簧不储能，观察约3 min后发现依旧不储能，之后电机自行停止转动。

根据故障信息，可将故障分为两部分，第1部为“电机自行停止转动”，可判定为电机回路中存在短路；第2部分为“电机启动正常但液压碟簧不储能”，检查得知，其故障原因可能为电机过时限时间继电器烧坏，或者可能为辅助接点故障、泄压后泄压阀未返回或者断路器内部故障等导致。经分析最终确定为手动液压后泄压触点未返回所致。

2.2.2 液压碟簧中断储能

2021年5月，某330 kV变电站3353断路器液压油更换后进行逐相打压测试。在测试C相时，电机启动正常，液压碟簧打压至一半后，电机继续运转而碟簧不再被压缩储能。

根据故障信息，依次对机构内油量、二次回路和二次控制阀进行检查，均未发现异常，最终确定故障原因为液压油注入时机构内空气未排干净导致液压油中空气过多，打压储能时空气承压性能远不及液压油，故而打压至一半时，虽然电机继续转动但油压无法升高，使碟簧无法继续压缩。最终，采用真空注油器抽除液压油中空气后故障消除。

2.3 频繁打压

结合ABB、西开、平高等厂家对液压机构的运行维护要求，油泵每天可允许启动20次，当一天中油泵启动次数超过20次时，即为频繁打压储能，就需要对操动机构进行检测。而在实际运行过程中，若24 h内油泵启动次数超过3～5次，即视为频繁打压。当测定油泵启动次数时，可由油泵启动总次数减去开关操作次数(合闸或分闸)导致的油泵启动次数得出。

一般情况下，频繁打压的原因有机构渗漏油和二次控制故障两类。

(1) 机构渗漏油。包括内部渗漏油和外部渗漏油。内部渗漏油与工作缸活塞密封、油压开关安全阀、油泵逆止阀、控制阀等有关；外部渗漏油与各模块连接面、信号缸、油压开关、压力表、储压器、放油阀关闭不良等有关。

(2) 二次控制故障。包括微动开关卡涩、二次控制错误等。

根据现场实际检修经验，若频繁打压发生在合闸位，则可能的故障原因为控制模块在合闸后密封不严，应着重检查分闸阀阀口的密封情况；若频繁打压发生在分闸位，则可能的故障原因为合闸阀阀口密封不严引起的内部泄漏，或者工作缸内密封不严引起的活塞两侧高、低压油位泄漏。

2021年7月，某330 kV变电站3332断路器B相24 h打压次数高达50次，属于频繁储能故障。根据故障信息，依次对机构内油质油量、二次控制阀等进行检查。解体后发现内部合闸阀阀口密封圈存在老化渗漏油现象，对密封圈更换并反复确认设备一次部分完好后，对机构二次控制回路展开检查，发现断路器B，C相油压微动开关KP6 (启动KP5、停止KP6)的二次出线被互相错接，导致两相开关的打压停止功能失去作用。若以额定压力32.6 MPa为电机启动压力，则两相开关的打压状态(性能)为小于32.6 MPa即启动打压，大于32.6 MPa即停止打压，从而出现频繁打压故障。

3 防范及改进措施

(1) 液压机构各部件生产加工时应严格控制制造工艺，严防各部件残留物未清理干净即进行组装及使用残次品，密封垫宜采用聚四氟乙烯等化学稳定性强、耐腐蚀性强的材料。新投运的机构若发生频繁打压故障，可能是由于运输过程中的机械振动使机构零部件、螺栓等产生松动所致，因此在投运前应重新检查零部件及螺栓的紧固情况。

(2) 液压机构各模块安装时，连接面密封圈应放置到位、受力均匀，安装过程中避免产生位移而使密封圈受到挤压；各模块连接螺栓紧固时应采取对角依次紧固的方法，各螺栓紧固程度应一致并严格按照相应标准进行，螺栓紧固力并非越大越好。

(3) 液压油品质直接关系到液压机构性能，要对液压油进行定期检查并充分过滤去除油内杂质。若发现液压油颜色变深变黑、有焦糊味或发酸发臭、油液透明度降低或变浑浊、油中泡沫增加、摸起来有摩擦砂粒感等现象，表明液压油已变质，需要进行更换。更换时应彻底排出油缸内旧油及底部残留杂质，并对控制阀、工作缸及各管道进行清洗。

(4) 液压机构日常检修维护中需要对机构进行泄压及注油操作时，应注意：

① 泄压时应保持短时、多次、点动泄压，泄压不可一次完成。

② 注油前要用真空机彻底抽除内部残留空气。

③ 要注意液压油品质，严防杂质等混入油内。

④ 注油时要保持少量、多次方式，油位注至油位观察窗3/4为宜。

(5) 在机构运行过程中若产生频繁打压故障，很可能为油中混入的杂质沉积在阀门口而引起内部泄漏导致，可对机构进行多次打压泄压和分合闸断路器，利用液压油流动将杂质冲离阀口。

(6) 在昼夜温差大的地方，尤其是北方地区，容易引起油压不稳、机构打压次数增多等现象，应在机构箱内安装加热器和温控器，以保证机构内部温度在合理范围内。运行年限较长的机构箱门密封条老化现象严重，应及时维修更换。