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摘要：GIS是水电站重要的电气一次设备，液压机构的可靠性直接影响GIS的安全稳定运行。GIS液压操作机构运行中可能出现频繁打压、无法打压、无法储能、闭锁、拒动、误动等故障。油泵单元打压超时较短时，操作机构能够正常建压，不会对断路器的分合操作造成直接影响，这种缺陷很容易被忽略。针对某大型水电站550 kV GIS断路器油泵单元打压超时20 s的故障，通过对可能原因的逐个分析与检查，确定原因为航空液压油乳化堵塞滤芯，导致油泵打压超时。通过更换航空液压油、提升旧油置换率、更换滤芯等有效的处理措施，短时间内处理完成后并网运行正常。在日常维护中应关注液压油油质的变化、对比分析油泵打压时间变化趋势，对打压超时的油泵单元及时检查处理，确保GIS的安全稳定运行及水电站的电量输送。该液压机构打压超时故障的分析及处理方法可以为GIS的运行维护及同类型故障处理提供参考和借鉴。
关键词：断路器；液压机构；打压超时
0引言
高压断路器可以灵活投切电气设备、线路，实现传输电流通断，配合电网运行方式，能快速切除并隔离故障部分，是电力系统中重要的控制和保护设备[1-2]。高压断路器的操作机构主要有弹簧机构、气动机构和液压机构等，性能各有优缺。其中液压机构以体积小、输出功率大、可靠性高、动作速度快、特性稳定、维修工作量低等特点[3-4],广泛应用于500 kV GIS SF6断路器操作机构中。
GIS断路器是水电站重要的电气一次设备，液压操作机构是GIS断路器的重要组成部件，为断路器分合闸操作提供动力来源。断路器缺陷大部分集中在液压机构部分，液压机构的压力一旦发生异常，油泵无法打压建立高油压，会影响故障情况下断路器快速开断故障电流，对GIS的安全运行构成严重威胁，进而影响水电站发电量的输出。GIS设备运行过程中，受设计、制造技术、安装工艺、运行环境等多种因素影响，液压操作机构可能出现频繁打压、无法打压、无法储能、闭锁、拒动、误动等故障[5-10]。对于油泵单元打压超时的现象，操作机构能够正常建压，不会对断路器的分合操作造成直接影响，很容易被忽略。本文针对一起水电站550 kV GIS断路器液压机构油泵单元打压超时20 s的问题，进行全面分析并提出有效的处理及防范措施，确保500 kV设备的安全稳定运行，并为同类型设备故障处理提供参考和借鉴。
1水电站概况
某大型水电站装机容量480万kW,多年年平均发电量242.3亿kW·h,是西电东送中线骨干电源点，所发电能主要送往华东和川渝。该水电站GIS于2012年投入运行，断路器为GSR-500R2B型双断口卧式断路器，采用集成块式液压操作机构，机构外部仅3根配油管，减少了泄漏点。液压操作机构以液压油为传递介质，以氮气为储能介质来完成分合闸操作。油压操作机构包括驱动单元、贮压器、油泵单元3部分，其中油泵单元是由液压油泵、油泵电机、油压开关及其他元件组成的一个单元。
在机组检修时，开展发变组及5032开关、5033开关保护联动试验时发现，开关5032 A相油泵打压时间为120 s（上次检修后打压试验时，打压时间为56 s),B、C相分别为56 s、71 s,开关三相分合正常。根据厂家维护说明书，从31.5 MPa增压到33.5 MPa需要的时间，550 kV GIS油泵单元应在100 s以内。该断路器B、C相油泵单元打压时间正常，A相油泵单元打压超时。
2故障分析与检查
油压操作机构包括驱动单元、贮压器、油泵单元3部分，这3部分通过高、低压油管连通。贮压器内部有一活塞，在活塞一端预先充入一定压力的氮气作为基础压力（参考值为21 MPa),油泵单元进行打压时高压油通过挤压活塞能够较快达到预设的压力值。油泵单元是由液压油泵、油泵电机、油压开关及其他放置在油箱内的元件组成的一个单元，如图1所示，各压力值如表1所示。油压开关能够实现对油压的控制，它的主要功能是维持液压操作机构的工作压力，在压力低于31.5 MPa时自动进行打压，当压力值大于33.5 MPa时停止打压。
当油压下降至27.5 MPa时，会发出低压报警。若压力继续下降，通过压力开关切断控制回路，并闭锁电动操作，这时断路器将无法分闸、合闸。
虽然油泵单元还能打压，但出现打压超时，可以判定液压机构某处存在缺陷。从液压机构的工作原理来看，可能的原因有油泵异常、高压油路有漏油、液压油中有空气、密封不良、氮气泄漏、油压开关故障、滤芯堵塞等。为确保GIS的安全稳定运行，申请调度同意后，对该断路器液压机构开展检查处理。
2.1各阀门检查
高压放油阀关闭不严，高压油从放油阀向油箱内泄油，可能使油压建压时间增长。检查油泵单元各管路阀门状态指示正确，放油阀紧固，安全阀无异常。
2.2油管路渗漏、密封检查
渗漏油主要发生于各零部件连接处和密封处。出现渗漏油，容易导致油压异常降低，油泵打压增多。缸座密封圈有损坏、油泵单元逆止阀关闭不严，出现内渗，也会导致打压时间增加。该液压机构外部仅3根配油管连通驱动单元、贮压器、油泵单元，从设计上减少了外部泄漏点。检查操作机构箱内高、低压油管、接头、表计表面无渗油痕迹，外观检查无明显渗漏点。检查贮压器（氮气）压力正常，排除氮气持续轻微泄漏导致打压时间超时的可能。查询监控记录，如图2所示，缺陷发生前，该油泵单元近1年打压时间在45~73 s之间，未见明显增加趋势。2023年至缺陷发生，该断路器带电并网运行状况下油泵单元共打压8次（不包含停送电操作），远低于30次/24 h的厂家控制要求，可排除渗漏油、密封不良问题。
2.3油泵电机检查
当电机通电后，电机不运转，可判定电机回路故障。若电机三相电源相序不正确、电压不正确、电机旋转方向错误、油泵故障等，也可能造成打压不成功。检查油泵单元电源回路对地电压、相间电压正常，电机接触器及热继电器工作正常，电机对地绝缘大于10 MΩ,电机直流电阻不平衡系数小于2%,电机相序正确，打压时电机运转正常，可以排除油泵电机故障的情况。
2.4油路中空气的检查
与液体相比，空气的压缩性较大，液压油中混入空气会降低液压油的体积弹性模数，增加储能时间，导致断路器动作时间不稳定等[11-12]。断路器的运行时间较长，在油泵单元的低压部分及部分高压油内部（贮压器和操作缸）会聚集一定气体，这些气体的存在，会使油泵不能有效打压，油泵打压后的液压压力为“虚压”[13],压力容易下降，进而可能出现油泵持续运转而油压打不上、超时打压等。
如果油路中有空气，可在设备停电的情况下，把油压降低到0,启动油泵空转3min排气后再升压即可。在油泵空转3min后，重新打压，仍然出现打压超时，可以排除油路中存在空气的情况。
2.5逆止阀渗漏
油泵停止打压时，油泵单元逆止阀关闭，使高压油保持压力。运行中，逆止阀密封圈可能由于磨损、压力冲击以及腐蚀等原因损坏[14],或杂质卡涩使其关闭不严，存在轻微内渗，高压油管路内压力缓慢下降，导致油泵打压启停周期缩短或油压建立时间增长。当油压在33.5 MPa情况下，对油泵单元进行保压观察，未发现明显的压力下降，可以排除逆止阀内渗的情况。
2.6控制元件检查
油压开关异常、整定值错误，油位过低，时间继电器故障、定值有误，也有可能导致打压超时。检查油压开关安装牢固，整定值正常，接线端子紧固。油箱内的油位通过油压仪观察，处于绿色范围内，油位正常。时间继电器定值正确，校验合格。排除二次控制元件故障的情况。
经上述的检查及分析，判断该打压超时故障发生在油泵单元内部。需对油泵单元解体，检查油泵单元内部航空液压油油质、油泵电机进油过滤器的情况。
2.7航空液压油检查
油泵单元排油后，将其拆卸并移出操作机构箱，拆解油泵单元箱盖，使用电动葫芦配合将油箱盖吊起，检查油箱航空液压油内有少量絮状物和颗粒，在油泵电机进油过滤器表面发现有“果冻”状物体附着，如图3所示。
3原因分析
从检查情况来看，本次打压超时故障的原因为航空液压油发生变质、乳化，附着在滤芯上，堵塞滤芯，导致打压超时。
该GIS使用的液压油是新日本MIL-H-5606H型航空液压油。一般来说，运行6年以上的航空液压油可能运动黏度不符合标准要求，油颗粒度5~15μm,污染等级已达到12级，从液压机构的长期安全稳定运行考虑，厂家建议航空液压油每运行6年进行更换。5032断路器在2021年11月进行了航空液压油更换，但此次缺陷距上次更换航空液压油仅过了2.5年时间，还未到厂家要求的6年时间。
经分析，断路器液压机构油泵是柱塞泵，在长期运行过程中，航空液压油乳化产生物和油液中的相对运动零件的金属磨损颗粒、灰尘和金属腐蚀后的剥落锈片等杂质会使滤芯堵塞，影响航空液压油的流通量，使油泵打压效率降低，增加了打压时间。在上次更换航空液压油工作中，并未更换滤芯，只是将滤芯拆下，用新油清洗后回装。由于滤芯为多层结构，新油清洗仅能清洗滤芯表面，无法清理其内部已经渗透进去的细小杂质，多年运行造成滤芯堵塞。后续更换航空液压油的同时需更换新的滤芯。
更换航空液压油时无法全部更换其内部旧油，残存的旧油会加速新油的乳化。油箱内航空液压油在液位上升或下降的时候，会排出或吸入空气，使得航空液压油会与空气相接触，空气中的水分会逐渐导致航空液压油乳化。同时更换航空液压油时，由于设备结构原因，高压管路、阀体中少量旧油无法全部置换，残存的旧油会加速新油的乳化，进一步缩短了航空液压油正常生命周期。对此，完善航空液压油更换工艺，通过充入新油后多次分合断路器，清洗液压机构后再次换新油，进一步提升旧油置换率。断路器液压机构内部的润滑脂、油泵单元密封胶等杂质进入航空液压油，与其发生反应，也会造成航空液压油的劣化。
4处理措施
查明故障原因后，针对存在的问题，采取下列措施进行处理后，设备投入运行正常。
(1)旧油置换。打开放油阀将油压降到0油压（先不拆除油泵单元设备），用手泵或虹吸管吸出液压油，将油箱内旧油抽空后，注入新油。打开放油阀，启动电机，空转3min;然后关闭放油阀，打压至33.5 MPa;分合断路器多次，将高压管路、阀体内的旧油置换出来，清洗液压机构。
(2)将油压泄压至0,将油箱内油抽出后，将油泵单元拆卸并移出操作机构箱外，起吊设备配合，打开油箱盖板。
(3)将新的滤芯清扫干净，用新油冲洗后，更换油泵单元2个旧滤芯。
(4)油泵单元清理、回装。使用无尘纸，将油箱彻底清扫干净，油箱上重新安装密封垫，涂抹适量密封胶（密封胶不宜涂抹过多，过多密封胶会被挤入油泵单元内部，导致液压油变质），恢复油箱盖。
(5)油泵单元恢复。通过油泵单元专用运输小车将油泵单元整体移入操作机构箱内，复位至油泵单元基座上，按照拆除前记录，依次恢复高、低压油管、通气管、二次接线，螺栓校核相应的力矩。所涉及的拆除部位的密封圈均进行更换。
(6)油泵单元注油。将新航空液压油注入油箱内，注油过程观察油位仪液位。注油完成后旋紧通气孔盖并静放2h。
(7)空载排气。打开放油阀，启动油泵电机，用钳形电流表测试油泵电机空载试验电流约1.2 A左右，让电机空转3min左右，排出油中空气。
(8)油泵单元试验。进行油泵单元打压试验、压力开关压力信号校验、安全阀动作试验等。关闭放油阀，记录各个阶段油泵打压时间。油压31.5~33.5 MPa,打压时间不超过100 s,记录停泵压力，同时检查各个部位无泄漏。将油压泄压至31.5MPa,检查油泵是否正常启动。将油压分别泄压至27.5 MPa、27 MPa、25.5 MPa时，检查汇控柜面板上分别有“低油压报警”“油压低闭锁合闸报警”“油压低闭锁分闸报警”。
(9)断路器分合闸20次，再次对油泵单元油路进行排气。
(10)在分闸、合闸状态下，各保压12 h,压力下降不超过10%。保压无异常后，故障处理完成，即可申请调度并网运行。
航空液压油品质直接影响液压机构的工作性能。在GIS停电检修时，可使用内窥镜检查油泵单元油箱内部油和滤芯状态，并取样检测油质，关注液压油油质的变化，及早发现油质问题，必要时进行换油，防止因油劣化及杂质引起密封不严和打压问题。检修维护人员应持续统计分析各开关油泵单元打压时间，对打压时间增长的开关加强关注和检查，对打压超时的油泵单元及时排查问题并考虑进行滤芯和航空液压油更换，确保设备满足运行要求。
5结束语
550kV GIS断路器是水电站重要的一次设备，其分合闸动作由液压操作机构输出动力实现。本文介绍的油泵单元打压超时故障，超时20 s很容易被忽略，虽然超时较短时间内还能建压，但经分析检查发现航空液压油出现了乳化变质，完善施工工艺，及时进行处理，确保GIS的安全稳定运行。
在进行GIS日常巡检时，应重点关注断路器液压机构油压、动作次数，对比分析其发展趋势，尽早发现可能的问题，一旦出现打压时间明显增加，应及时查明原因。通过GIS动作声纹特征辨识，也可一定程度地监测GIS及液压机构的运行过程[15]。同时，结合检修开展航空液压油的化验，定期更换航空液压油和滤芯，建立完善的航空液压油更换工艺，不断提高设备的可靠性。此次液压机构故障排查处理，也为水电站GIS的运行维护及液压操作机构类似问题的处理，提供参考和借鉴。
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人参与 2024-12-26 10:00:59 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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