液压机构使用说明及常见故障解决措施

HMB-4/8型液压弹簧机构是ABB公司在其AHMA型液压弹簧机构的基础上完善改进发展起来的较新型产品，于1997年推向市场，用于242kV PMI、PMR型；362kV PMI、550kV PM型等多个电压等级、多种形式的断路器中。

目前国内有西开、沈高、泰开等众多断路器制造厂商都引进或使用了这种机构作为断路器的配用机构，取得了很好的效果。实际上在我国电网运行中它已经成为252～550kV断路器配用最多的一种操作机构。本节结合HMB-4型液压弹簧机构的应用实例对HMB型液压弹簧机构的特点、应用及故障处理时的注意事项作一简要的介绍，并对常见故障的原因进行分析，提出相应的解决措施。

1.机构特点

（1）结构组成

HMB型在结构设计上采用模块式集装结构（见图5-27），操作机构的主要元件按功能分成5个模块，分别是：充能模块、储能模块、工作模块、控制模块和监测模块。

（2）模块功能简介

工作模块5（主要为工作缸）采用常充压差动式结构，高压油恒作用于有杆侧。

充能模块4（电动机和液压泵等）将电能转变成机械能再转换成液压能带动储能模块1（储压器及储压活塞等）压缩碟簧储能。

监测模块2（弹簧行程开关等）监测并控制碟簧的储能情况。

控制模块3（电磁阀及换向阀等）控制工作缸的分、合动作。

图5-27 HMB型的模块式集装结构

1—储能模块 2—监测模块 3—控制模块 4—充能模块 5—工作模块 6—泄压阀操作手柄 7—弹簧储能位置指示器

2.操作使用

（1）慢分、慢合操作（见图5-28）

进行慢分、慢合操作时应按下列步骤进行：

切记应先将图5-28中的合闸位置闭锁销弹簧插头拔出，试验完后随即装上。

断开图5-4中储能电动机15的控制开关，用泄压阀17释放系统油压，将系统油压释放为零，随即关闭泄压阀。

合上控制开关接通储能电动机，待液压泵运转1～2s时，手按合闸（或分闸）电磁铁11（或12）推杆进行慢合（或慢分）运动。

（2）分合闸速度调节操作

操作机构的分合闸速度在工厂调试断路器出厂时已做过预调整，一般不需要再调整。但机构经过检修或更换后需要现场再调整。分闸速度和合闸速度可单独地借助于安装在控制模块上的调速螺栓分别调节。控制模块如图5-29所示。

速度调节操作步骤如下：

1）只有当系统油压为零时才可调节开关速度。为此，慢慢按动泄压阀手柄，使油压慢慢释放至零压。

2）松开调速螺栓（1或2）上的锁紧螺母，通过转动调速螺钉调整开关速度。当调速螺钉（1或2）向右旋转，开关速度降低。向左旋转，开关速度升高。调节完成后上紧锁紧螺母（3）。

图5-28 防慢分连锁装置中弹簧插头的功用

图5-29 控制模块

1—合闸调速螺钉 2—分闸调速螺钉 3—锁紧螺母

图5-30 油标油位图

（3）油标液位检查及补充液压油

正常状态油标内的油位如图5-30所示，液压弹簧机构在出厂前已充入足够量的液压油，碟簧处于储能到位位置，从油标观察窗中能看到液压油处于油标底部和中心之间，则表示油位正常。

当完成检修或油损耗时，则应给操动机构重新补加液压油。

操动机构可加入以下品牌的液压油：

油牌号：Esso Univis J13或Aero shell fluid 4；

制造厂商：Esso AG，shell AG。

注：两种液压油可混合使用。

操作机构初次加油或再次注油（如维修后）均须使用真空泵，应注意操作说明中有关真空泵的用法。油位过低，将通过图5-31所示的低压接头进行注油。操作机构注油应达到图5-30所示的有效位置。

图5-31 通过低压接头和真空泵对操作机构进行抽真空注油

注油过程应注意以下事项：

1）泄压阀打开，低压排油阀关闭；

2）真空泵连接到低压接头上，注油装置通过滤油器与低压排油阀相连；

3）起动真空泵抽至液压系统低压腔真空度小于100mbar（10kPa）；

4）继续接通真空泵，此时打开低压排油阀给操动机构注油，直到油位升至油标的上限；

5）继续接通真空泵，此时关闭低压排油阀，维持约2min；

6）低压腔的真空度抽至10～15mbar，保持该真空度5min，因低压排油阀关闭，从而交替起动控制阀（交替手按分、合闸电磁阀）；

7）关闭并卸除真空泵，关闭低压连接头；

8）反转压力释放柄（使泄压阀关闭），通过起动液压泵压缩碟簧；

9）使液压系统储能，并合、分机构数次；

10）当操动机构加载到额定位置时（垂直或水平），可以从观察窗中看到。额定位置的油位可通过低压接头重新注入或通过低压排油阀排放来进行修正；

11）注油及抽真空完成后，前5次合-分不用来评价决定性的运行特性（如同期性）。

要强调说明的是，当有空气渗入到操动机构的液压系统时，则必须对操作机构重新抽真空。

3.故障处理

（1）常见故障的排除

表5-3中给出了常见故障的原因并给出了相关的解决措施。

表5-3 常见故障原因和相关的解决措施

（2）对另外一些故障形式的补充说明

1）电动操作或手动操作机构均不动作。

原因：电磁阀线圈带电时间过长烧坏，判断时可用手按电磁阀推杆，明显感到卡滞按不动，或者用万用表测量线圈阻值无穷大。

解决办法：首先检查辅助开关是否切换正常，如不正常，应先更换或调整辅助开关，然后再更换电磁阀。

2）机构频繁起动打压但无外漏。

原因：液压系统内部泄漏所致，主要为机构内部高压区和低压区之间的密封不良引起的。有机械密封如阀系统的密封线有印痕变宽或密封线损坏、液压油内有杂质卡在各个阀密封线处、密封圈损坏等这种难以用肉眼从机构外表观察到的故障，判断并找出内部渗漏位置很大程度上取决于检修人员在这方面的经验，处理也较复杂。

①分闸位置频繁起动打压，合闸位置正常。

原因：机构工作模块活塞中的密封圈损坏或控制模块高压通道和转换通道之间的阀门密封面密封不严或密封圈损坏。

解决办法：首先检查工作模块和控制模块的密封圈，其次检查控制模块的密封面，如有问题应相应地予以更换。

②合闸位置频繁起动打压，分闸位置正常。

原因：机构控制模块转换通道和低压通道之间的阀门密封面密封不严或密封圈损坏。

解决办法：首先考虑更换控制模块，如问题仍未解决，建议整机构更换。

③合、分闸位置都频繁起动打压。

原因：属于常高压泄漏。机构泄压阀中的密封圈损坏、阀门密封面密封不严或控制模块高压通道和转换通道之间的阀门密封不严或密封圈损坏。也有可能是液压泵排油阀口密封不良所致。

图5-32 测量弹簧行程差值

解决办法：首先检查泄压阀，其次检查液压泵和控制模块，如有问题予以更换。

④如果液压泵起动次数过于频繁，则须进行泄漏试验锁定泄漏位置。以上所述可分别在分闸位置、合闸位置或在两种位置下观察内部密封。泄漏试验至少持续8个h（见图5-32）。试验过程在相应的位置并使机构储能。拆掉电动机接线或者断开电动机回路上的断路器，防止液压泵自动起动。

需在试验报告中记录如下参数：

——保压时间（机构位置）；

——弹簧行程的差值。

4.我国液压机构和国外技术相比的差距与解决措施及液压机构故障的诊断方法

我国液压机构经过近40年的发展，已形成了具有一定技术水平并初具规模的生产科研体系。先后引进技术十几项，建立了一些合资公司，通过产学研结合进行科研攻关和对引进技术的消化吸收、再创新，技术水平不断提高，为断路器产品的整体质量提高和扩大生产能力起到了积极作用。

（1）我国液压机构虽然取得了很大的发展，但与世界先进水平相比还有差距，主要体现在：

1）产品结构合理性差、系列化程度低、缺少适应断路器变形、派生和专用的产品，不适应断路器多样化发展的要求；(https://www.xing528.com)

2）产品性能分散性较大，清洁度较低，可靠性不如国外专业厂出产的高；

3）设计基础工作不够，数据积累少，设计计算软件应用还不普遍，应用水平较低。

（2）减少液压机构故障的措施：

1）液压机构的工作可靠性、机械寿命均和清洁度有关。做好污染控制，保证产品清洁度要求是液压机构减少故障率的基本保障；

2）液压机构的渗漏严重影响产品性能和产品形象，有时还会造成能源浪费和环境污染。要从设计、制造及元件选用等多方面加以解决。要和用户加强联系沟通，互相交流学习、使用、维护液压机构的经验，最大限度地解决渗漏问题。

（3）液压机构故障的诊断方法

液压机构故障的诊断方法有：感官诊断法、逻辑分析法、测试仪器检测法和状态检测法等。

1）感官诊断法（经验法）：这种方法简便易行，但因人的感觉、经验和判断能力不同，导致诊断结果也不尽相同。

①察看液压机构的运行记录（打压时间及打压间隔时间或液压泵起动次数），观察运行状态（产品分合状态、储能位置或压力显示、油箱油位等）有无异常。

②听觉判断，根据声音判断液压泵是否工作正常，系统有无稍大的泄漏。

③触摸法判断，即用手摸运动部件的温升和工作状态，察看元件是否温度过高、振动过大。

2）逻辑（故障树）分析法：现代液压机构常采用感官诊断法和故障树（逻辑）分析法结合处理故障，即用感官诊断法察看故障现象，用逻辑分析法判断故障原因。故障树（逻辑）分析法是一种将故障原因作为树根，按结构原理推断出的分支原因作为树干，将故障的常见原因作为树枝，构成一棵向下倒长的树状因果关系图。感官诊断法和故障树（逻辑）分析法都是定性分析，若将上述两种方法与测试仪器检测法结合起来，能显著提高故障诊断的效率及准确性。

3）测试仪器检测法：采用高压断路器测试分析仪检测断路器的时间、速度、线圈电流等参数，专门的液压机构缓冲压力测试仪等，这些仪器与感官判断和逻辑分析结合，可定量检测定性分析液压机构故障。

4）状态检测法：断路器液压操动机构机械故障的状态检测法主要包括以下几项：

①合分线圈电流和电压波形监测，非正常报警；合分线圈回路断路监测，断路报警；

②监测合闸、分闸时间，过限报警；

③监测合分速度，过限报警；合、分闸机械特性包括行程、速度、缓冲等；

④液压油油品、油位及油温监测，过限报警；

⑤无操作时液压机构打压次数、打压时间、压力及过限报警；

⑥控制回路通断状态监测；

⑦关键部分的机械振动信号。

状态检测用的仪器很多，通常有电流传感器、压力传感器、速度传感器、位移传感器、油温传感器等。根据测试到的数据为系统提供各种信息及技术参数，由此判断断路器及液压机构某个部位的工作情况，可解决仅靠人的感觉器官无法解决的疑难故障的诊断，为预知及处理故障提供了帮助。因价格关系，此项技术暂时仅限于智能断路器部分使用。

（4）液压机构故障的查找方法

液压机构故障真实原因的查找除上述方法外，还常按下述3个原则进行：

1）由简到繁、由易到难、由表及里全面彻底的检查分析；

2）故障发生前曾动过哪些元件，先查找哪些元件；

3）优先查找出现概率最高的原因；常用方法有：

①比较法：即用标准的或合格的元件代替系统中相同的元件，通过元件工作状况的对比来判断被更换元件是否正常；

②部分停止法：即暂时停止某部分工作来观察故障现象的变化；

③试探反证法：即试探性地改变系统中的部分工作条件，观察故障现象的变化，证明所怀疑的原因是否是系统故障的真实原因。

（5）检修液压机构的注意事项

液压机构使用一定时期后，可能产生异常现象或发生故障。此时用调整的方法不能排除时，可进行分解修理或更换元件。这些工作最好到制造厂或有关大修厂进行。

在检修时，一定要做好记录。这种记录对以后发生故障时查找原因有实用价值，同时也可作为判断该机构是否有薄弱环节的依据。此外，还须备好检修时所需的安装使用说明书等有关资料和有关的备品备件。

在检修液压机构的过程中，具体应注意下列事项：

1）分解检修的工作场所一定要保持清洁，最好在净化车间内进行；如果一定要在安装或运行现场进行，最好搭防尘帐篷；

2）检修时，液压机构要完全泄压，同时还要考虑油液的处理问题，一般情况下将旧油排净不用，更换新油；

3）在分解时，应将油口的连接部位周围清洗干净，开口部位用干净的塑料制品包扎好。不能用棉纱或旧布塞住开口，避免杂质混入。

（6）液压机构的常见故障和排除措施

液压机构在使用过程中可能发生故障，通常有以下几类：油液渗漏（内漏或外漏）、储能异常（超时或建立不起油压）、油压异常、油温过高、时间或速度异常、噪声和振动、液压元件磨损等。以HMB-4/-8液压弹簧操动机构为例，工作原理如图5-4、图5-5所示。

1）油液渗漏（内漏或外漏），这是液压机构液压系统的常见故障，主要为密封不良引起。有内漏也有外漏，外漏一般可观察到漏点。但内漏如阀系统的密封线印痕变宽或密封线损坏、液压油内有杂质卡在各个阀密封线处、密封圈损坏等这种难以用肉眼从机构外表观察到的故障，判断并找出内部渗漏位置很大程度取决于检修人员在这方面的经验和对所用机构的理解，处理也较复杂。下面用感官诊断法（经验法）结合逻辑分析法作出故障树分析图，如图5-33所示为液压机构感官诊断结合故障树分析法图解，相应的漏点分布图如图5-34a～5-34c所示。此例虽为HMB-4/-8液压机构，但其他液压机构可在充分了解工作原理和内部结构的基础上仿此而成，向标准化检修作业迈进。

图5-33 液压机构感官诊断结合故障树分析法图解

图5-34 液压机构漏点分布图

图5-34 液压机构漏点分布图（续）

2）电动机运转超时报警：

①油压也能建立，但不能储能到额定位置。

原因：注油时抽真空过度，回油箱内有负压。

解决办法：如图5-35所示，在液压泵停转位置打开油箱上的低压接头，减轻负压，听到轻微气流声响后重新上紧低压接头即可。

②油压已到额定位置，但电动机不停始终打压，这种故障大多发生在冬季。

原因：因低温材料收缩或震动移位引起安全阀打开，即还不到停压位置安全阀提前打开。

解决办法：重新调整安全阀打开距离（也可能是停压距离不对导致），如图5-36所示。

③电动机运转超时压力上升缓慢。

原因：滤油器滤芯太脏或油箱油位太低吸入空气。

解决办法：更换滤芯（必要时更换油液）或向油箱补充油位置规定值，如图5-37所示。

3）油压异常升高或降低：

图5-35 油箱上低压接头位置和凸轮行程开关行程调整

图5-36 调整安全阀打开距离

原因：凸轮行程开关行程不对或行程开关损坏。

解决办法：重新调整行程或更换行程开关。

4）油温过高：

原因：操作太过频繁或节流面积调整不当、节流过多。

解决办法：改变操作频率，重新调整节流面积。

5）噪声和振动：

图5-37 油箱油位规定值

原因：图5-34a所示的液压机构漏点分布图中用作合闸或分闸缓冲的密封圈损坏，支撑机构的底座刚度不够（最好用振动分析仪对振动频率、振幅大小、方向等进行定量分析）。

解决办法：检查确认相应的合闸或分闸缓冲密封圈是否损坏，加强支撑机构的底座刚度。

6）液压元件磨损：

原因：液压元件毛刺清理不彻底，液压油污染严重。

解决办法：更换新的液压油，换新油时注意一定要用厂家注明牌号的。

7）断路器动作时间或速度异常：

现场交接或断路器检修后常要进行机械特性试验，示波图用来拍机械特性时主要是截取电磁铁线圈电流信号、断路器断口信号、辅助开关切换信号和测速器的电压变化信号。早期的测速器形式有电磁震荡器，继而有转鼓式同步电动机测速器、滑块式测速器、光电式测速器、滑线式测速器和位移传感器。现在最常用的是滑线式测速器。早期的高压开关机械特性测试仪常由16线示波器为主构成，现在最常用的是由使用软件支撑的数字化高压开关机械特性测试分析系统。用滑线式测速器和16线示波器拍摄的断路器重合闸示波图如图5-38所示。用位移传感器和数字化高压开关机械特性测试仪拍摄的特性图如图5-39所示。

图5-38 机械特性示波图

I₁—非稳态（触动）电流 I₂—稳态电流 t₁—电磁铁动作时间 t₂—断路器始动时间 t₃—分（合）闸时间 t₄—辅助开关切换时间 t₅—无电流间歇（分合）时间 t₆—金短（合分）时间 t_x—计算 （平均速度）用时间 S₁—断路器接触行程 S₂—分闸读速点行程 S₃—断路器全行程 S₄—合闸读速点行程 S₅—空行程 S₆—过冲行程

现场交接一般只看时间，不看速度。分闸时间t₃长一般情况下与速度关系不大，与电磁阀动作时间t₁及断路器始动时间t₂关系较大，可重点检查电磁阀及其控制回路的电压值，断路器的传动机构有无卡滞。合闸时间一般则与速度关系较大，与电磁阀动作时间t₁及断路器始动时间t₂也有关系，除检查电磁阀及其控制回路的电压值、断路器的传动机构有无卡滞外，还应看合闸速度是否满足要求。需要说明的是：每种断路器都规定了自己的速度读法，各种断路器的速度读法不尽相同，速度调节时要格外注意。

图5-39 用位移传感器和数字化高压开关机械特性测试仪拍摄的特性图