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摘要：本文分析了断路器频繁打压的原因，提出通过排气和制作自动排气装置来解决低压油回路中存在的空气，取得了较好的成效。
关键词：断路器;原因分析;排气
国内断路器液压操作机构由于使用的材料和制造工艺等问题，经常出现液压系统泄漏造成压力下降。压力下降时蓄压筒的活塞杆会向下移动，接触到打压开关时，电动机打压电路接通油泵补压，如果泄漏的故障没有被排除，则会反复补压，油泵启动次数将越来越频繁，从而导致油泵损坏。一旦发生短路，断路器无法跳闸保护设备，对变电站的安全运行造成威胁。
1 断路器频繁打压原因分析
1.1 液压系统内部泄漏
断路器液压系统阀块或油监控存在内泄会引起频繁打压，排除密封件本身存在问题的影响后，该现象与液压系统管道内部有杂质或液压油不清洁有关。操作断路器后，杂质进入阀块或油监控系统，造成密封不严密引起频繁打压，往往多操作几次断路器并过滤液压油可得到消除。
1.2 温差变化
气温下降会引起频繁打压，此现象的主要特点是大多在晚上发生，断路器白天可能经过操作，环境温度下降时1小时内可启动2～3次，到第2天白天温度上升后频繁打压现象消失。其原因是储能筒内N2压力随温度下降而下降（温度每变化1℃，N2压力将变化0.1MPa），导致液压系统压力下降引起油泵启动。此现象为定容控制出现的现象，定压控制无此现象，一般无需处理。
1.3 安全阀动作
同样因环境温度急剧上升可导致安全阀动作引起频繁打压，此现象多出现在液压系统内部泄漏量相对较少的机构上，正常投运的断路器一般处于较高的油压，当环境温度急剧上升时，油压亦急剧上升，当油压上升到一定值时，油监控器上的安全阀动作，由于安全阀内弹簧长期受高压油作用，一旦安全阀打开，其完全关闭（弹簧恢复）需要建立新的平衡点，在此过程中油泵会频繁起动。此现象的主要特点一是环境温度急剧上升（特别是在春季前后），二是打压时间间隔会随着时间的推移慢慢变长，过几个小时后，基本能恢复到一小时一次，以后完全恢复正常。
1.4 氮气泄漏
氮气泄漏会造成油泵的频繁补压，而氮气泄漏报警信号发出，同时会闭锁合闸，进而闭锁自动重合闸，几小时后还会闭锁分闸，因此对该类型故障要特别重视。但除了真正的氮气泄漏，必须在制造厂允许的时间内将断路器退出运行外，对于由二次回路或元器件所引起的氮气泄漏报警，可以在允许的情况下采取别的处理手段排除故障。
1.5 液压系统内有气体
液压系统内部积累了较多的空气后会影响油泵的工作效率，此时会出现两种现象：一是高压油内的空气通过低压油箱排出后使实际油压下降，油压在低于启动值后，油泵启动，反复地发生就表现为频繁打压;二是油系统中某些结构上部会积聚气体，油的传输将发生速度改变，如果气体积聚在泵的顶部，气体逐渐增多使泵内油面低于活塞口上部，泵出力受到影响，油泵建不起油压。油泵长时间运转而压力却仍未达到额定值，此时贮能超时继电器（一般整定为3 min）就要动作，切断油泵电机回路，这种情况发生时必须进行排气处理，才可使其能正常建压。
1.5.1 常压油箱内空气渗入
持此种观点的分析认为，由于液压动力系统本身的特点，在压力释放时，合闸腔内的高压油排泄到常压油箱（即回油箱），而常压油箱是通过滤网和大气进行呼吸的，因此液压系统内部不会完全与空气隔离，建压时的航空油是从常压油箱吸取的，这是空气进入系统内部的唯一通道，在分闸操作时可明显地看到常压油箱内释放出的液压油带有大量的气泡，而此时打压就会将含有气泡的油重新吸入内部，随着操作次数的增加，内部的气泡也会积累得越多。但此观点尚无法验证，国产CY5 液压机构也是相同结构而油泵内却无空气产生。
1.5.2 贮压筒内氮气渗入
还有一种可能是氮气从储压筒的氮气侧向液压油侧渗漏，这种判断可以通过实验得到验证（见图1）：
图1 氮气储能筒结构
将SF6气体预先充在贮压筒的氮气内（储能筒正常运行所允许的氮气泄漏率0.1MPa/年，为便于检测氮气内预充了约1%的SF6气体），经分合操作后，若从油泵排出的气体当中检出含有SF6成分，即可确定液压系统内部气体的来源。
2 解决办法
2.1液压系统的手动排气
由于气体的存在，油泵不能有效地将液压油从低压部分输出到高压部分，进而出现油泵持续运转油压还是不能升高的情况，严重时（油泵持续运转12h以上）油泵还会由于液压油自润滑功能被气体削弱导致相关的电气故障（接触器烧毁）。要使设备能正常运行，人工排气就成为必然。
排气又分为带电排气和停电排气两种方法，作为应急处理，可在开关运行时将油泵的排气口螺栓打开，通过运转油泵将内部空气排出，但这种方法不能完全排除内部的汽泡，另一种是利用开关停役机会对液压系统全部进行排气，此时可以发现贮压筒内比油泵排出的气泡多得多，而且排气时间也较长（要近1h才能排空）。
（1）停电排气
对全部液压系统（包括油泵、储能筒、油缸）进行排气时断路器需要退出运行。对断路器的油泵进行排气时应注意油泵顶部的排气孔小螺栓为紫铜螺栓—表面有镀层，拧紧时切勿拧断。处理过程中因为断路器机构直流回路带电，工作人员注意直流触电的危险性。具体的步骤为：
1）关闭油泵回路的电机电源，将液压系统的油压卸到零压;
2）将油泵上的排气孔小螺栓松开（3～4圈），保持在松开的状态，当排出的油无气泡时，拧紧排气孔小螺栓（稍微拧紧即可）;
3）接通油泵回路的电机电源，让油泵空转约5min（此时卸压螺栓保持在卸压状态）; 4）反复以上步骤2～3次，直至油泵内无气体排出;
5）对储能筒进行排气（油泵空转），直至缸体储能筒排气口流出的液压油无气泡为止：①打开储能筒排气孔;②将排气孔出油口连接到开关的油箱内部，确保由该排气螺栓流出的液压油全部流入开关的油箱;③油泵空转，直至有液压油从出油口流出;④当流出的液压油达到一定的量时（5L左右），由此部位流出的液压油不含任何气泡，储能筒排气结束。
6）对液压缸进行排气（油泵空转），直至液压缸排气口流出的液压油无气泡为止：①打开液压缸排气孔;②将排气孔出油口连接到开关的油箱内部，确保由该排气螺栓流出的液压油全部流入开关的油箱;③油泵空转，直至有液压油从出油口流出;④当流出的液压油达到一定的量时（5～10L左右），由此部位流出的液压油不含任何气泡，液压缸排气结束。
7）液压系统恢复正常压力后，在系统允许的情况下，分合开关2～3次;
8）卸压，再次检查确认油泵内有无气体存在;
9）排气结束后，关闭油泵排气螺栓，注意检查氮气储能筒的氮气预充压力、从零压开始的储能时间以及O-CO（分-合分）操作后的压力降低以及重新储能时间;
10）校验开关液压系统的相关的压力接点的设定值，确认相关的油压接点动作值的准确无误，以保证液压储能系统的正常运行;
11）将开关的卸压螺栓旋出至运行位置并用锁紧螺母锁紧。
（2）带电排气
由于供电可靠性要求，发生频繁打压的断路器通常为带电排气，此时的排气就仅限于对油泵进行排气。运行排气要特别注意液压系统压力必须大于重合闸的闭锁压力，防止线路短时故障的重合闸压力闭锁（30.8MPa）及永久性故障时的分闸压力闭锁（25.3MPa）。同时防止误碰分合操作按钮、控制回路继电器，并注意手持金属工具防止触及二次接线造成接地或短路。
2.2液压系统的自动排气
液压油系统的油路由于结构上某些高端处存在积聚的气体，油的传输将发生速度改变，如果气体积聚在泵的顶部，气体逐渐增多使泵内油面底于活塞口上部，泵功率就受到影响，使得油泵建压效率降低，造成油泵长时间运行或频繁打压。
基于上述分析形成了自动排气阀的工作原理：将油泵上的排气孔打开，直接引到自动排气阀。当液压油系统中有空气时，气体聚集在排气阀的上部，阀内气体聚积，压力上升，当气体压力大于系统压力时，气体会使腔内油面下降，浮筒随油位一起下降，打开排气口;气体排尽后，油位上升，浮筒也随之上升，关闭排气口，使系统中的空气能自行排除，从而确保设备安全稳定运行。自动排气阀的结构见图2。
自动放气装置是在设备的油路中聚集气体的上部装一只集气盒，当气体在集气盒达到一定的气量时浮球下降，排气孔打开—气体排出—浮球上升—排气孔关闭。该装置利用浮球加杠杆的机械组合简单、可靠。该装置气密性经过在2倍的实际压差中检验。
装置设有手动强制排气阀，当操作人员巡视时可根据油面情况利用该阀进行手动排气，同时可由标油面高低的变化，确认系统的工作情况，当操作人员强制排气时，须观察油标的油面，以免溢油。
3 结语
通过对自动排气装置的实际应用情况反馈，于2009年10月安装了该装置试用的5台断路器，均未有频繁打压的情况发生，阶段性的验证取得了预期的效果。
关键词：断路器;原因分析;排气
国内断路器液压操作机构由于使用的材料和制造工艺等问题，经常出现液压系统泄漏造成压力下降。压力下降时蓄压筒的活塞杆会向下移动，接触到打压开关时，电动机打压电路接通油泵补压，如果泄漏的故障没有被排除，则会反复补压，油泵启动次数将越来越频繁，从而导致油泵损坏。一旦发生短路，断路器无法跳闸保护设备，对变电站的安全运行造成威胁。
1 断路器频繁打压原因分析
1.1 液压系统内部泄漏
断路器液压系统阀块或油监控存在内泄会引起频繁打压，排除密封件本身存在问题的影响后，该现象与液压系统管道内部有杂质或液压油不清洁有关。操作断路器后，杂质进入阀块或油监控系统，造成密封不严密引起频繁打压，往往多操作几次断路器并过滤液压油可得到消除。
1.2 温差变化
气温下降会引起频繁打压，此现象的主要特点是大多在晚上发生，断路器白天可能经过操作，环境温度下降时1小时内可启动2～3次，到第2天白天温度上升后频繁打压现象消失。其原因是储能筒内N2压力随温度下降而下降（温度每变化1℃，N2压力将变化0.1MPa），导致液压系统压力下降引起油泵启动。此现象为定容控制出现的现象，定压控制无此现象，一般无需处理。
1.3 安全阀动作
同样因环境温度急剧上升可导致安全阀动作引起频繁打压，此现象多出现在液压系统内部泄漏量相对较少的机构上，正常投运的断路器一般处于较高的油压，当环境温度急剧上升时，油压亦急剧上升，当油压上升到一定值时，油监控器上的安全阀动作，由于安全阀内弹簧长期受高压油作用，一旦安全阀打开，其完全关闭（弹簧恢复）需要建立新的平衡点，在此过程中油泵会频繁起动。此现象的主要特点一是环境温度急剧上升（特别是在春季前后），二是打压时间间隔会随着时间的推移慢慢变长，过几个小时后，基本能恢复到一小时一次，以后完全恢复正常。
1.4 氮气泄漏
氮气泄漏会造成油泵的频繁补压，而氮气泄漏报警信号发出，同时会闭锁合闸，进而闭锁自动重合闸，几小时后还会闭锁分闸，因此对该类型故障要特别重视。但除了真正的氮气泄漏，必须在制造厂允许的时间内将断路器退出运行外，对于由二次回路或元器件所引起的氮气泄漏报警，可以在允许的情况下采取别的处理手段排除故障。
1.5 液压系统内有气体
液压系统内部积累了较多的空气后会影响油泵的工作效率，此时会出现两种现象：一是高压油内的空气通过低压油箱排出后使实际油压下降，油压在低于启动值后，油泵启动，反复地发生就表现为频繁打压;二是油系统中某些结构上部会积聚气体，油的传输将发生速度改变，如果气体积聚在泵的顶部，气体逐渐增多使泵内油面低于活塞口上部，泵出力受到影响，油泵建不起油压。油泵长时间运转而压力却仍未达到额定值，此时贮能超时继电器（一般整定为3 min）就要动作，切断油泵电机回路，这种情况发生时必须进行排气处理，才可使其能正常建压。
1.5.1 常压油箱内空气渗入
持此种观点的分析认为，由于液压动力系统本身的特点，在压力释放时，合闸腔内的高压油排泄到常压油箱（即回油箱），而常压油箱是通过滤网和大气进行呼吸的，因此液压系统内部不会完全与空气隔离，建压时的航空油是从常压油箱吸取的，这是空气进入系统内部的唯一通道，在分闸操作时可明显地看到常压油箱内释放出的液压油带有大量的气泡，而此时打压就会将含有气泡的油重新吸入内部，随着操作次数的增加，内部的气泡也会积累得越多。但此观点尚无法验证，国产CY5 液压机构也是相同结构而油泵内却无空气产生。
1.5.2 贮压筒内氮气渗入
还有一种可能是氮气从储压筒的氮气侧向液压油侧渗漏，这种判断可以通过实验得到验证（见图1）：
图1 氮气储能筒结构
将SF6气体预先充在贮压筒的氮气内（储能筒正常运行所允许的氮气泄漏率0.1MPa/年，为便于检测氮气内预充了约1%的SF6气体），经分合操作后，若从油泵排出的气体当中检出含有SF6成分，即可确定液压系统内部气体的来源。
2 解决办法
2.1液压系统的手动排气
由于气体的存在，油泵不能有效地将液压油从低压部分输出到高压部分，进而出现油泵持续运转油压还是不能升高的情况，严重时（油泵持续运转12h以上）油泵还会由于液压油自润滑功能被气体削弱导致相关的电气故障（接触器烧毁）。要使设备能正常运行，人工排气就成为必然。
排气又分为带电排气和停电排气两种方法，作为应急处理，可在开关运行时将油泵的排气口螺栓打开，通过运转油泵将内部空气排出，但这种方法不能完全排除内部的汽泡，另一种是利用开关停役机会对液压系统全部进行排气，此时可以发现贮压筒内比油泵排出的气泡多得多，而且排气时间也较长（要近1h才能排空）。
（1）停电排气
对全部液压系统（包括油泵、储能筒、油缸）进行排气时断路器需要退出运行。对断路器的油泵进行排气时应注意油泵顶部的排气孔小螺栓为紫铜螺栓—表面有镀层，拧紧时切勿拧断。处理过程中因为断路器机构直流回路带电，工作人员注意直流触电的危险性。具体的步骤为：
1）关闭油泵回路的电机电源，将液压系统的油压卸到零压;
2）将油泵上的排气孔小螺栓松开（3～4圈），保持在松开的状态，当排出的油无气泡时，拧紧排气孔小螺栓（稍微拧紧即可）;
3）接通油泵回路的电机电源，让油泵空转约5min（此时卸压螺栓保持在卸压状态）; 4）反复以上步骤2～3次，直至油泵内无气体排出;
5）对储能筒进行排气（油泵空转），直至缸体储能筒排气口流出的液压油无气泡为止：①打开储能筒排气孔;②将排气孔出油口连接到开关的油箱内部，确保由该排气螺栓流出的液压油全部流入开关的油箱;③油泵空转，直至有液压油从出油口流出;④当流出的液压油达到一定的量时（5L左右），由此部位流出的液压油不含任何气泡，储能筒排气结束。
6）对液压缸进行排气（油泵空转），直至液压缸排气口流出的液压油无气泡为止：①打开液压缸排气孔;②将排气孔出油口连接到开关的油箱内部，确保由该排气螺栓流出的液压油全部流入开关的油箱;③油泵空转，直至有液压油从出油口流出;④当流出的液压油达到一定的量时（5～10L左右），由此部位流出的液压油不含任何气泡，液压缸排气结束。
7）液压系统恢复正常压力后，在系统允许的情况下，分合开关2～3次;
8）卸压，再次检查确认油泵内有无气体存在;
9）排气结束后，关闭油泵排气螺栓，注意检查氮气储能筒的氮气预充压力、从零压开始的储能时间以及O-CO（分-合分）操作后的压力降低以及重新储能时间;
10）校验开关液压系统的相关的压力接点的设定值，确认相关的油压接点动作值的准确无误，以保证液压储能系统的正常运行;
11）将开关的卸压螺栓旋出至运行位置并用锁紧螺母锁紧。
（2）带电排气
由于供电可靠性要求，发生频繁打压的断路器通常为带电排气，此时的排气就仅限于对油泵进行排气。运行排气要特别注意液压系统压力必须大于重合闸的闭锁压力，防止线路短时故障的重合闸压力闭锁（30.8MPa）及永久性故障时的分闸压力闭锁（25.3MPa）。同时防止误碰分合操作按钮、控制回路继电器，并注意手持金属工具防止触及二次接线造成接地或短路。
2.2液压系统的自动排气
液压油系统的油路由于结构上某些高端处存在积聚的气体，油的传输将发生速度改变，如果气体积聚在泵的顶部，气体逐渐增多使泵内油面底于活塞口上部，泵功率就受到影响，使得油泵建压效率降低，造成油泵长时间运行或频繁打压。
基于上述分析形成了自动排气阀的工作原理：将油泵上的排气孔打开，直接引到自动排气阀。当液压油系统中有空气时，气体聚集在排气阀的上部，阀内气体聚积，压力上升，当气体压力大于系统压力时，气体会使腔内油面下降，浮筒随油位一起下降，打开排气口;气体排尽后，油位上升，浮筒也随之上升，关闭排气口，使系统中的空气能自行排除，从而确保设备安全稳定运行。自动排气阀的结构见图2。
自动放气装置是在设备的油路中聚集气体的上部装一只集气盒，当气体在集气盒达到一定的气量时浮球下降，排气孔打开—气体排出—浮球上升—排气孔关闭。该装置利用浮球加杠杆的机械组合简单、可靠。该装置气密性经过在2倍的实际压差中检验。
装置设有手动强制排气阀，当操作人员巡视时可根据油面情况利用该阀进行手动排气，同时可由标油面高低的变化，确认系统的工作情况，当操作人员强制排气时，须观察油标的油面，以免溢油。
3 结语
通过对自动排气装置的实际应用情况反馈，于2009年10月安装了该装置试用的5台断路器，均未有频繁打压的情况发生，阶段性的验证取得了预期的效果。