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摘 要：本文以某电厂发电机出口断路器在运行工况下，对液压机构频繁打压缺陷处理为案例，分析高压断路器液压机构频繁打压的可能原因及处理方法，分别介绍液压机构频繁打压处理过程中，对故障初期故障原因分析、决策，更换及根本原因分析等方面进行详细讨论，总结高压断路器液压机构频繁打压的危害和技术关注问题，为同类故障处理提供经验反馈。
关键词：发电机出口断路器;液压机构;频繁打压;缸体内漏
0 引言
ABB公司生产的高压断路器在电力系统中得到广泛应用，其液压机构主要为断路器在分合闸中提供能量。液压机构由高压缸、低压缸、储能模块、控制模块等组成，各个模块之间保证密封。
某电厂的发电机出口断路器（HE7C，24kV）配置HMB-8.5型叠簧式液压机构，运行期间发现液压机构无法保持压力，出现机构频繁打压，经历了临时管控、决策停机、更换液压机构、故障分析过程。
1案例背景
2017 年4月19 日17：08，某电厂1号机组主控触发发电机出口断路器液压操作机构油泵运行时间过长报警（油泵运行延时继电器定值为120s）;
17：52：13 触发断路器合闸闭锁位报警;
18：10：30 触发断路器分闸闭锁位报警。
现场检查液压操作机构储能弹簧已基本释能完毕，液压机构油压已下降到分闸闭锁压力之下，无法实现断路器分闸功能。
2液压机构处理及更换
在采取防慢分措施后，手动启动油泵进行充压，78 秒后液压机构实现完全储能（分4 次启动油泵，每次启泵间隔2 分钟，启动后运行时间分别为2S、10S、45S、21S）。验证液压操作机构电机及油泵具备完全储能功能。
手动启动油泵充压验证油泵具备液压机构完全储能功能后，投入油泵自动起停模式，液压机构因内漏频繁启动打压，且前后打压的间隔时间呈现振荡减少趋势，启动间隔由最初的3分钟逐渐下降到1分20 秒左右。验证液压机构完全储能后因内漏泄压到出现弹簧合闸闭锁位报警时间已缩短到16 分钟（4 月19日油泵运行时间过长报警到出现弹簧合闸闭锁位报警时间为44 分钟）。
由以上现象可以判断，液压机构内部出现内漏，且故障点正在逐步恶化，电厂决策停机进行液压机构更换。更换备件后，液压机构运行状态良好。
3液压机构频繁打压原因分析
3.1检查项目及结果：
在北京ABB公司对更换下来的液压机构的储能模块、充油模块、工作模块、控制模块进行解体检查。
1）对液压操作机构储能模块、充油模块、控制模块解体均未发现明显异常;
2）对液压操作机构工作模块油缸进行解体，检查发现液压操作机构油缸上的一个工艺孔内壁存在疑似裂纹（手摸有划痕感）。此工艺孔与液压操作机构驱动杆下侧油室相通，合闸位孔内为高油压，能通过裂纹向低压油室泄漏;分闸位孔内为低油压，不会泄漏;
3）将液压操作机构切割后，检查发现工艺孔内与之垂直的方向有两个横孔，两横孔之间也存在裂纹。
3.2裂纹影响分析
裂纹Ⅰ分析：工艺孔内壁存在裂纹，会导致合闸状态下孔内高压油渗漏到低压油缸，系统无法保持压力;而分闸状态下工艺孔内本身是低压油，不会导致系统泄压。
裂纹Ⅱ分析：与工艺孔垂直方向有两个与之贯通的横孔，检查发现两横孔之间存在裂纹。这两个横孔内部油压一直是相同的，其油路是通往工作模块活塞下部的。因此，两孔之间产生裂纹不会影响系统正常运行。
分析小结：根据打压试验和拆检情况，结合裂纹Ⅰ和裂纹Ⅱ分布位置，确认液压操作机构故障的原因是油缸产生裂纹Ⅰ且裂纹延伸至低压油腔，导致合闸状态下工艺孔内高压油渗漏到低压油腔。
4 厂家分析结论
4.1油缸裂纹原因
油缸裂纹的根本原因是应力腐蚀裂纹。表面处理一般用来硬化金属表面提高抗磨损性，但同时，此种（阳极氧化）表面处理会影响材料的表面粗糙度，使金属材料表面更脆，抗裂痕能力降低，应力腐蚀裂纹产生的风险加大。材料表面太脆及水分較多是产生裂纹的因素，但是这两种条件的同时出现是随机的，全球范围发生应力腐蚀的概率为0.1%。
根据对对故障模式进行排查分析，断路器液压机构油缸开裂的原因为缸体加工制造缺陷造成的。
4.2厂家建议措施
如果运行中储能机构打压频率超过10 次/天，应联系厂家寻求技术支持;如果打压频率超过20 次/天，则应该在最近的可能时间里分闸断路器，通知厂家对机构进行现场更换。
5故障机理分析
故障的液压操作机构返至厂家进行打压试验和解体检查，确认液压操作机构频繁动作是由于其工作模块工艺孔内壁存在裂纹所致。造成油缸开裂的原因有缸体加工制造缺陷、油缸设计强度不足、缸体材料选型不当、超压运行和油质劣化腐蚀缸体等。通过调查分析，排除油缸设计强度不足、缸体材料选型不当、超压运行和油质劣化腐蚀缸体导致油缸开裂的可能性。经材料性能检测，确认油缸材质对标国内铝合金牌号为7xxx 系列的变形铝合金（A1-Zn-Mg-Cu 系列）。油缸内表面存在多处平行裂纹、沿晶断裂和二次裂纹的特征，无法锁定裂纹源。
根据国内外研究文献，7xxx 系列铝合金是SCC（应力腐蚀）敏感性材料。由于影响因素多以及铝合金SCC 过程复杂，关于其作用机理业界尚未达成一致。7xxx 系铝合金的应力腐蚀机理主要有两种：氢致破裂理论和阳极溶解理。其中氢致破裂理论认为，腐蚀过程中产生的H 在拉应力的作用下沿晶界扩散进入裂纹尖端区引起氢脆，从而加速了应力腐蚀裂纹的扩展。研究表明，7xxx 系铝合金在不与水溶液介质接触的材料内部的也出现了SCC。水溶液介质里，阴极反应产生H，H 通过晶界在合金内扩散，并在高应力场内积聚，从而促进了内部裂纹的发生。在拉伸应力作用下（加工不良，粗糙度加大，应力集中等），晶界与表面相交处的水分与铝合金反应生成活性原子氢：2Al+3H2O→Al2O3+6[H]。氢原子进入晶格中，沿晶界优先偏聚，导致晶界强度下降，引起开裂。此次缸体开裂特征与应力腐蚀氢致破裂理论相吻合。
综合厂家分析结论，由于断路器液压操作机构油缸加工工艺存在缺陷，导致油缸长期在高压油作用下产生应力腐蚀裂纹，使液压操作机构合闸状态下系统无法保压，断路器失去分、合闸功能。
6结语及建议
发电机出口断路器及同类高压开关在电力系统中承担着重要的作用，停运断路器进行故障处理需要强有力的理论、事实及经验作为判据。总结以下几点供大家分享：
1）对于承担重要功能的高压断路器，建议对液压机构打压次数进行监测，在正常运行工况下，每天打压次数超过3次则触发报警，实现尽早发现设备隐患，提前干预。
2）建议在高压断路器预防性检修项目中，增加24H保压试验，确保液压机构密封状态良好。
3）如遇断路器液压机构频繁打压，应提高重视程度，立即收集现场数据，开展相关检查，提前干预，避免缺陷进一步扩大。
参考文献
[1].李安敏，等. 7xxx 系铝合金应力腐蚀的控制.
关键词：发电机出口断路器;液压机构;频繁打压;缸体内漏
0 引言
ABB公司生产的高压断路器在电力系统中得到广泛应用，其液压机构主要为断路器在分合闸中提供能量。液压机构由高压缸、低压缸、储能模块、控制模块等组成，各个模块之间保证密封。
某电厂的发电机出口断路器（HE7C，24kV）配置HMB-8.5型叠簧式液压机构，运行期间发现液压机构无法保持压力，出现机构频繁打压，经历了临时管控、决策停机、更换液压机构、故障分析过程。
1案例背景
2017 年4月19 日17：08，某电厂1号机组主控触发发电机出口断路器液压操作机构油泵运行时间过长报警（油泵运行延时继电器定值为120s）;
17：52：13 触发断路器合闸闭锁位报警;
18：10：30 触发断路器分闸闭锁位报警。
现场检查液压操作机构储能弹簧已基本释能完毕，液压机构油压已下降到分闸闭锁压力之下，无法实现断路器分闸功能。
2液压机构处理及更换
在采取防慢分措施后，手动启动油泵进行充压，78 秒后液压机构实现完全储能（分4 次启动油泵，每次启泵间隔2 分钟，启动后运行时间分别为2S、10S、45S、21S）。验证液压操作机构电机及油泵具备完全储能功能。
手动启动油泵充压验证油泵具备液压机构完全储能功能后，投入油泵自动起停模式，液压机构因内漏频繁启动打压，且前后打压的间隔时间呈现振荡减少趋势，启动间隔由最初的3分钟逐渐下降到1分20 秒左右。验证液压机构完全储能后因内漏泄压到出现弹簧合闸闭锁位报警时间已缩短到16 分钟（4 月19日油泵运行时间过长报警到出现弹簧合闸闭锁位报警时间为44 分钟）。
由以上现象可以判断，液压机构内部出现内漏，且故障点正在逐步恶化，电厂决策停机进行液压机构更换。更换备件后，液压机构运行状态良好。
3液压机构频繁打压原因分析
3.1检查项目及结果：
在北京ABB公司对更换下来的液压机构的储能模块、充油模块、工作模块、控制模块进行解体检查。
1）对液压操作机构储能模块、充油模块、控制模块解体均未发现明显异常;
2）对液压操作机构工作模块油缸进行解体，检查发现液压操作机构油缸上的一个工艺孔内壁存在疑似裂纹（手摸有划痕感）。此工艺孔与液压操作机构驱动杆下侧油室相通，合闸位孔内为高油压，能通过裂纹向低压油室泄漏;分闸位孔内为低油压，不会泄漏;
3）将液压操作机构切割后，检查发现工艺孔内与之垂直的方向有两个横孔，两横孔之间也存在裂纹。
3.2裂纹影响分析
裂纹Ⅰ分析：工艺孔内壁存在裂纹，会导致合闸状态下孔内高压油渗漏到低压油缸，系统无法保持压力;而分闸状态下工艺孔内本身是低压油，不会导致系统泄压。
裂纹Ⅱ分析：与工艺孔垂直方向有两个与之贯通的横孔，检查发现两横孔之间存在裂纹。这两个横孔内部油压一直是相同的，其油路是通往工作模块活塞下部的。因此，两孔之间产生裂纹不会影响系统正常运行。
分析小结：根据打压试验和拆检情况，结合裂纹Ⅰ和裂纹Ⅱ分布位置，确认液压操作机构故障的原因是油缸产生裂纹Ⅰ且裂纹延伸至低压油腔，导致合闸状态下工艺孔内高压油渗漏到低压油腔。
4 厂家分析结论
4.1油缸裂纹原因
油缸裂纹的根本原因是应力腐蚀裂纹。表面处理一般用来硬化金属表面提高抗磨损性，但同时，此种（阳极氧化）表面处理会影响材料的表面粗糙度，使金属材料表面更脆，抗裂痕能力降低，应力腐蚀裂纹产生的风险加大。材料表面太脆及水分較多是产生裂纹的因素，但是这两种条件的同时出现是随机的，全球范围发生应力腐蚀的概率为0.1%。
根据对对故障模式进行排查分析，断路器液压机构油缸开裂的原因为缸体加工制造缺陷造成的。
4.2厂家建议措施
如果运行中储能机构打压频率超过10 次/天，应联系厂家寻求技术支持;如果打压频率超过20 次/天，则应该在最近的可能时间里分闸断路器，通知厂家对机构进行现场更换。
5故障机理分析
故障的液压操作机构返至厂家进行打压试验和解体检查，确认液压操作机构频繁动作是由于其工作模块工艺孔内壁存在裂纹所致。造成油缸开裂的原因有缸体加工制造缺陷、油缸设计强度不足、缸体材料选型不当、超压运行和油质劣化腐蚀缸体等。通过调查分析，排除油缸设计强度不足、缸体材料选型不当、超压运行和油质劣化腐蚀缸体导致油缸开裂的可能性。经材料性能检测，确认油缸材质对标国内铝合金牌号为7xxx 系列的变形铝合金（A1-Zn-Mg-Cu 系列）。油缸内表面存在多处平行裂纹、沿晶断裂和二次裂纹的特征，无法锁定裂纹源。
根据国内外研究文献，7xxx 系列铝合金是SCC（应力腐蚀）敏感性材料。由于影响因素多以及铝合金SCC 过程复杂，关于其作用机理业界尚未达成一致。7xxx 系铝合金的应力腐蚀机理主要有两种：氢致破裂理论和阳极溶解理。其中氢致破裂理论认为，腐蚀过程中产生的H 在拉应力的作用下沿晶界扩散进入裂纹尖端区引起氢脆，从而加速了应力腐蚀裂纹的扩展。研究表明，7xxx 系铝合金在不与水溶液介质接触的材料内部的也出现了SCC。水溶液介质里，阴极反应产生H，H 通过晶界在合金内扩散，并在高应力场内积聚，从而促进了内部裂纹的发生。在拉伸应力作用下（加工不良，粗糙度加大，应力集中等），晶界与表面相交处的水分与铝合金反应生成活性原子氢：2Al+3H2O→Al2O3+6[H]。氢原子进入晶格中，沿晶界优先偏聚，导致晶界强度下降，引起开裂。此次缸体开裂特征与应力腐蚀氢致破裂理论相吻合。
综合厂家分析结论，由于断路器液压操作机构油缸加工工艺存在缺陷，导致油缸长期在高压油作用下产生应力腐蚀裂纹，使液压操作机构合闸状态下系统无法保压，断路器失去分、合闸功能。
6结语及建议
发电机出口断路器及同类高压开关在电力系统中承担着重要的作用，停运断路器进行故障处理需要强有力的理论、事实及经验作为判据。总结以下几点供大家分享：
1）对于承担重要功能的高压断路器，建议对液压机构打压次数进行监测，在正常运行工况下，每天打压次数超过3次则触发报警，实现尽早发现设备隐患，提前干预。
2）建议在高压断路器预防性检修项目中，增加24H保压试验，确保液压机构密封状态良好。
3）如遇断路器液压机构频繁打压，应提高重视程度，立即收集现场数据，开展相关检查，提前干预，避免缺陷进一步扩大。
参考文献
[1].李安敏，等. 7xxx 系铝合金应力腐蚀的控制.