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液压弹簧操作机构电机频繁启动故障原因分析与预防措施

2023-10-26 168 上传者：管理员

摘要：HMB型液压弹簧操作机构通过储能电机带动油泵打压对弹簧储能，储能电机启动频率直接反映液压弹簧操作机构的运行状态，其频繁启动是液压弹簧操作机构的常见故障之一，主要是由于其机构液压油外漏与异常内漏、控制回路故障等原因引起，一般可以通过故障的现象快速判断，进而采取相应的检修策略与针对性的预防措施。本文还结合案例展示了故障的分析处理过程，有助于提升断路器故障分析处理效率，提高设备运行可靠性。

关键词：
HMB
储能电机
分合闸
液压弹簧操作机构
频繁启动
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液压弹簧操作机构是断路器分合闸的执行机构，是断路器核心元件，它的可靠性对于断路器的运行稳定性极为重要。储能电机频繁启动是液压弹簧操作机构的常见故障之一，储能电机频繁启动主要由机构液压油外漏[1]、机构液压油异常内漏[2],控制回路故障等原因引起，一般可以可以通过故障的现象快速判断故障原因，进而采取相应的检修策略。本文结合HMB型液压弹簧操作机构原理，总结分析了储能电机频繁启动的原因，并结合案例详述了故障的分析处理过程，对此类故障的快速分析处理具有一定的参考意义。

1、原因分析与预防措施

1.1 液压弹簧结构及储能电机启动原理

液压弹簧操作机构本体见图1,主要由储能模块、充能模块、工作模块、监测模块、控制模块组成。储能模块分高、低压区，使用液压油为能量传递介质。储能电机属于充能模块，它的启停由监测模块的行程开关控制，每当弹簧低于设定的压缩量时，行程开关节点闭合，储能电机启动带动油泵打压，将液压油从低压区泵至高压区，压缩弹簧并将能量储存在其中，当弹簧压缩达到设定的行程时，行程开关节点断开，储能电机停止运行。通常操作机构分、合动作后或者运行一段时间后储能电机会启动带动油泵打压。机构内部高压区压力一般≥50 MPa, 低压区一般为0.1 MPa, 正常情况下存在高压区向低压区的缓慢渗漏，弹簧正常释压，压缩量会变小，储能电机会周期性启动带动油泵打压。根据运行经验值，在断路器操作机构无动作的情况下，储能电机正常启动频率≤10次/d。

图1 HMB型液压弹簧机构结构示意图

1.2 储能电机频繁启动原因分析

在断路器操作机构无动作的情况下，储能电机启动频率≥10次/天需要引起注意。确定故障原因和故障故障类型非常重要，是决定设备检修策略的基本依据。根据液压弹簧操作机构结构特点及储能电机启动原理分析，启动频率过高主要有以下原因：

1)机构液压油外漏[1]。

储能缸、储能活塞密封异常，导致液压油向外渗漏，高压区压力异常降低。机构液压油外漏都比较容易发现，在机构表面、机构外壳上会有明显的油迹。

2)机构液压油异常内漏[2]。

机构存在异常内部渗漏可分两种：一种是可自恢复性渗漏，比如液压油中杂质，脏污阻塞密封导致的内部渗漏，在机构重复动作后，油路中的杂质由于油流的冲击脱离，异常内漏现象可自恢复；另一种是不可自恢复性渗漏，比如密封圈损坏，金属部件过度磨损、缸体开裂等导致的内部渗漏，此类故障必须要进行解体检查处理。

3)控制回路故障。

在行程开关本体节点异常、行程开关位置调整不正确情况下，当机构弹簧压缩量处于正常的释压区间时，节点提前闭合导致电机启动频率较高。

1.3 储能电机频繁启动故障预防措施

断路器操作机构是断路器核心元件，储能电机启动频率直接反映了断路器操作机构的内部状态，一般电机启动频率越高，内部故障越严重。一般情况下，异常渗漏都呈现一个缓慢的发展趋势，电机启动频率也有一个相应的变化趋势。因此，对此类故障可以采用相应的预防措施，做到早发现，早处理，减少紧急情况的发生，建议从以下几方面着手：

1)严控设备检修质量。

在检修维护过程中要注意设备检查外观、液压油质[3]、控制回路，按要求做好机构保压试验，防止机构带病继续投入运行。在进行补油等操作时要防止带入杂质。

2)关注储能电机启动频率短期和长期变化趋势。

将储能电机启动频率接入监控系统，并设定报警值，做到电机启动频率异常及时发现；做好长期趋势分析，跟踪变化趋势，可以提前发现问题，为故障处理争取有利的时机。

3)制定故障应急预案。

在预案中明确故障处理处理流程、备品备件、工具和材料。提前演练，熟练掌握故障处理技术要求，节省故障处理的时间。

2、储能电机频繁启动案例分析

2020年3月29日，某台机组发电机出口断路器带电运行中。工作人员在巡检中发现发电机出口断路器液压弹簧操作机构储能电机频繁启动打压，打压时间间隔约40 s, 超过10次/天的注意值，随即将情况汇报调控中心，指挥中心立即安排设备停电检查。检查基本情况如下：

初步检查：

1)外观检查。

检查机构地面、机构外壳表面、机构本体表面无油迹，机构各部件连接面无渗漏痕迹，检查机构油位正常，相对初始值无变化。排除机构外部渗漏。

2)回路检查。

检查二次回路、行程开关节点正常，行程标尺行位置正常。排除回路故障。

3)故障复现。

控制发电机出口断路器合闸，合闸状态下储能电机约每40 s启动一次，每次运转时间约约3 s, 储能电机启动时可见弹簧压缩，停止后可见弹簧缓慢释放。

根据初步检查结果可以排除偶发性故障并判断故障是由内部渗漏引起，为了进一步确定内部渗漏的类型继续进行了详细检查。

控制机构进行了多次分合闸和并进行手动泄压操作。在合闸情况下，情况与前述一致；在分闸情况下，分闸后电机启动打压一次后无再次启动。重复的操作可以通过机构内部液压油剧烈流动冲洗高低压油路，排除可自恢复型渗漏故障，故障现象无变化。

根据故障现象判断，构内部出现了不可自恢复性的渗漏，且渗漏量较大，渗漏点在合闸时为高压区，分闸时为低压区。结合操作机构结构图，推测故障点在换向阀油路、分闸线圈油路或者合闸油路区域(见图2),具体位置需进一步解体检查。

图2 故障位置判断

解体检查重点检查了合闸油路、控制阀油路和分闸线圈油路。检查发现控制阀密封、分闸线圈油路无异常，合闸油路的工艺孔堵头部位侧壁与高压缸上封堵固定螺栓孔之间存在一肉眼可见的贯穿性裂纹见图3,裂纹深度约27 mm, 裂纹方向沿螺栓孔和合闸油路的深度方向，裂纹同时穿过了工艺孔堵头的密封面，用手触摸有明显刮触感。

图3 缸体裂纹位置

当机构在合闸位置时，合闸油路工艺堵头处为高压油，高压油通过贯穿性裂纹向螺栓孔渗漏，再通过螺纹配合的间隙向低压区持续渗漏，高压油压力降低，弹簧释能导致行程开关动作，控制储能电机频繁启动打压。当机构在分闸位置时，合闸油路工艺堵头处为低压油，油压与低压区油压基本一致，裂纹不影响高压区油压，储能电机不启动。解体检查分析结论与操作机构运行时故障现象表现一致，可以确定此处裂纹为操作机构储能电机频繁打压的原因。随后，技术人员对缸体进行了更换，更换后机构各项试验正常，故障现象消失，进一步证实了故障点所在位置。

3、结语

本文总结了HMB液压弹簧操作机构储能电机频繁启动的原因并提出了针对性的预防措施，通过实际故障案例展示了类似故障的分析和处理过程，为操动机构的故障检查分析提供了一定的参考[4]。储能电机频繁启动在直接反映了液压弹簧操作机构的内部故障，在一定情况下可能导致操作机构失效，在设备运维过程中应该给予足够的重视。

参考文献:

[1]李叔麟,焦东围,钟涛.500 kV断路器操动机构打压超时故障分析[J].水电站机电技术,2021,44(6):50-53

[2]陈慧.发电机出口断路器液压弹簧操作机构常见故障诊断方法及实际案例处理[J].电工技术,2020(3):129-131

[3]吉彦兵,朱凤弟,耿乾坤.一起高压断路器传动机构拐臂异常的分析处理[J].水电与新能源,2017(4):57-59

[4]鲍鹏,孙昕.HMB4/8型液压弹簧操作机构内漏故障解析[J].高压电器,2019(2):220-226

文章来源:羊鑫.HMB型液压弹簧操作机构电机频繁启动故障原因分析与预防措施[J].水电与新能源,2023,37(10):43-45.