高壓斷路器在不同電壓等級的變電站內都是重要的開關設備，可以根據調度運行方式進行線路及電氣設備的靈活投切，也可以在規定時間內將電網故障快速切除，高壓斷路器的非正常分合會導致國民經濟的巨大損失，電力系統的電能輸送、穩定運行等直接受高壓斷路器是否可靠運行的影響。

目前，500kV及以上電壓等級的高壓斷路器主要是液壓彈簧機構，該機構的傳動載體和儲能組件分別為液壓油和碟形彈簧。液壓彈簧機構具有占地面積小、動作特性平穩、儲存能量大等特點，但是該機構時常發生滲漏油，內滲和外滲是該機構滲漏油的兩種方式。

針對一起500kV液壓彈簧機構斷路器油壓低導致斷路器分合閘閉鎖的故障，首先，簡述故障發生時5052斷路器異常信號概況；然后，對現場異常情況進行分析，初步判定為機構內部故障導致油壓降低，隨后通過解體分析發現，在一級閥的閥口存在金屬異物，此金屬異物引起5052斷路器C相機構不建壓；最后，對金屬異物進行化學成分分析，并對比機構內零部件金屬材料，得出此金屬異物來源于因螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良而在緊固時產生的毛刺，并總結常見液壓彈簧機構故障及處理方法，為現場故障處理提供參考。

1 故障異常簡況

2020年7月21日21:17，某特高壓變電站5052斷路器合閘送電后，后臺監控機于21:17:8發出“油泵啟動”，21:17:9發出“重合閘O-C-O閉鎖”，21:17:51發出“合閘閉鎖”，21:18:27發出“分、合閘閉鎖”，21:20:8發出“油泵打壓超時，未儲能”等信號。21:25，檢修人員到達事故現場并檢查分析。

2 現場檢修分析

2.1 現場檢查

5052斷路器是一臺額定電壓為550kV的ZF27—550型復合式組合電器（hybrid gas insulated switchgear, HGIS），2019年6月12日出廠，2019年11月27日投運使用，采用液壓彈簧機構，分相操作。5052斷路器參數見表1。

表1 5052斷路器參數

首先檢查5052斷路器C相機構油路外觀部分，未發現液壓油滲漏跡象；檢查5052斷路器C相機構儲能，斷路器儲能模塊運行正常，但壓力不能保持，斷開油泵打壓電源后油壓迅速下降，儲能過程中聽見機構內部存在內滲聲音，初步懷疑為機構內部故障。

2.2 內部故障位置初步分析

5052斷路器是國內某廠家生產的CYTA—13II型彈簧液壓機構，該液壓機構投運前分閘狀態正常，合閘狀態下出現內漏現象。根據液壓機構設計原理進行如下分析：儲能模塊、泄壓模塊、油泵單元模塊均為分合閘共用模塊，由于只在合閘狀態下滲漏，可首先排除以上元件滲漏可能，僅與合閘狀態滲漏相關的元件為控制模塊，因此初步判斷為控制模塊密封不嚴導致的滲漏。

2.3 解體分析

為確定造成5052斷路器C相液壓彈簧機構油壓低分合閘閉鎖故障的原因，檢修人員和設備廠家相關技術專家對該機構進行拆卸解體，并進行分析和討論。具體解體步驟如下：

1）將油箱蓋打開，電機通電，觀察油箱中液壓油滲漏點，確認為控制閥位置滲漏，滲漏位置如圖1所示。

圖1 滲漏位置

2）對控制閥裝配中可能異常的元件一級閥，用合格的一級閥調換，進行建壓試驗驗證。更換主分一級閥后，可正常建立油壓，保壓30min無滲漏，建壓試驗如圖2所示。

圖2 建壓試驗

3）解體檢查主分一級閥，發現在閥口位置有一個長度16mm、寬度0.1mm左右的絲狀金屬異物如圖3所示，該金屬異物是導致內漏的原因。

圖3 金屬異物

3 金屬異物來源分析

對金屬異物采樣并進行化學成分分析，得出金屬異物的主要化學成分為Fe、Ni、Zn、Cr，為合金鋼類。金屬異物樣本如圖4所示，其元素分析見表2。

圖4 金屬異物樣本

表2 金屬異物元素分析（單位: %）

液壓機構零部件使用的金屬材料分別有：45號鋼、QAL10—3—1.5R鋁青銅、7A04鋁棒、06Cr19Ni10不銹鋼板、35CrMo圓鋼、ZL101A鑄鋁硅合金、20號冷拉六角鋼、20Cr13圓鋼、GCr15圓鋼、Q195鋼板、06Cr19Ni10六角鋼、碳素彈簧鋼絲、HPb59—1鉛黃銅、40Cr圓鋼、35號鋼等。

1）金屬異物為鋼鐵類材料，液壓元件為滲鋅、鍍鋅表面處理工藝，化學成分測試時會引入C、O、Zn元素，不對C、O、Zn元素做進一步分析。

2）一級閥結構如圖5所示。一級閥閥座等液壓元件均采用合金鋼材，化學成分中含Fe、Ni、Cr，與金屬異物成分相近，分析一級閥可能產生異物的位置有兩處，一是裝配時可能會擠出金屬異物（見圖5中位置1），二是螺紋緊固時可能會擠出金屬異物（見圖5中位置2）。

圖5 一級閥結構

對圖5中兩個位置進行排查，位置1未發現異常，位置2發現一級閥閥座上螺紋孔一側明顯磨損發亮，由此得出金屬異物是由于螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良，在緊固時擠出了毛刺。

4 故障處理方法

4.1 本次故障處理方法

根據液壓機構設計原理、建壓試驗、解體分析情況，得出螺母在擰入一級閥閥座過程中產生了毛刺的結論，該毛刺在液壓機構操作時隨液壓油運動到閥口位置，導致主分閘一級閥閥口密封不嚴，合閘后，5052斷路器C相液壓機構發生內部泄漏。

檢修人員在設備廠家的配合下用經檢驗、試驗合格的控制閥替換損壞的控制閥，并進行特性試驗和密封試驗，試驗均合格，7月24日完成送電。

4.2 常見故障原因及處理方法

日常檢修及處理工作中總結了液壓彈簧機構常見的故障現象，分析可能原因并提出了相應故障處理方法見表3。

表3 液壓彈簧機構常見故障及處理方法

5 結論

針對一起液壓彈簧機構斷路器油壓低分合閘閉鎖故障，通過現場檢查、解體分析及金屬異物來源分析，認定機構螺母螺紋與一級閥閥座螺紋同軸度匹配不良，導致緊固時產生金屬異物，操作時隨液壓油運動到閥口位置，引發機構內部泄漏異常。據此，建議制造廠家切實加強螺母、一級閥座的制造工藝，運行人員加強同型號設備的巡檢，結合停電計劃抽檢同類型設備，保證電力系統穩定運行。

本文編自2022年第9期《電氣技術》，論文標題為“一起500kV液壓彈簧機構斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析”，作者為梁旭日、麻震爍 等。