新型500kV超高壓斷路器液壓操動機(jī)構(gòu)的研究概述

高壓斷路器是電力輸送的關(guān)鍵設(shè)備，它在電網(wǎng)中承擔(dān)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，而操動機(jī)構(gòu)是高壓斷路器的關(guān)鍵部件之一。"操動機(jī)構(gòu)液壓化"是國內(nèi)外發(fā)展的趨勢。液壓操動機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)分合閘指令到來之時，通過電磁鐵把分合閘電信號轉(zhuǎn)為機(jī)械信號，并通過多級液壓閥放大，迅速控制液壓缸帶動觸頭動作，完成高壓斷路器的分合閘任務(wù)。液壓操動機(jī)構(gòu)屬于高速大功率雙穩(wěn)態(tài)電液驅(qū)動系統(tǒng)，因此對它的研究必須放在如何高速(動作時間以毫秒計算)，進(jìn)行兩個穩(wěn)態(tài)(即合閘、分閘狀態(tài))的轉(zhuǎn)換、大功率(瞬時功率達(dá)千kW級)控制基礎(chǔ)上。當(dāng)然考慮到電力輸送的特殊性，可靠性應(yīng)始終放在第一位。

1 結(jié)構(gòu)原理 新型液壓操動機(jī)構(gòu)配500kV雙斷口(50~63)kA落地罐式SF6超高壓二周波斷路器。根據(jù)工作需要液壓操動機(jī)構(gòu)必須滿足以下要求:

(1)除動作可靠外，還必須確保分合閘狀態(tài)時具有自保持作用和防"失壓慢合"、"失壓慢分"的作用;

(2)應(yīng)滿足斷路器的固分、固合時間和分合閘速度特性等要求[1]?，F(xiàn)所配斷路器要求固分時間不大于20ms，斷路器觸頭的剛分速度為(10.5~11.5)m/s、剛合速度為(4~5)m/s;

(3)液壓缸有良好的緩沖性能，以防止液壓系統(tǒng)過高的沖擊壓力而造成機(jī)構(gòu)的損壞;

(4)不允許有外泄漏，盡量減少內(nèi)泄，以降低補(bǔ)油泵向蓄能器補(bǔ)油的次數(shù)，提高系統(tǒng)可靠性，在分閘或合閘狀態(tài)額定油壓下，靜止24h，壓力下降不大于2.5MPa。

(5)在額定壓力下，分閘操作一次壓力下降不大于2.5MPa，合閘操作一次壓力下降不大于1.5MPa。

新型液壓操動機(jī)構(gòu)能滿足上述要求，其結(jié)構(gòu)原理見圖1。分合閘電信號分別通過分合閘電磁鐵驅(qū)動一級球閥，圖1 新型500kV超高壓斷路器液壓操動機(jī)構(gòu)原理圖控制壓力油經(jīng)一級閥驅(qū)動二級錐閥，再經(jīng)二級閥控制三級閥(由排油閥、進(jìn)油閥兩部分組成)，最后由三級閥控制液壓缸動作，是典型的三級液壓放大結(jié)構(gòu)。二級閥的設(shè)計，使分合閘時都有足夠的差動(自保持)壓力。同時，三級閥中排油閥上彈簧力作用和進(jìn)油閥上補(bǔ)油油路保證了合閘時不會因外界震動或閥、缸內(nèi)泄漏等原因產(chǎn)生誤分閘，也保證了系統(tǒng)失壓及泵重新啟動升壓時不致引起慢分、慢合動作。三級閥采用排油閥結(jié)構(gòu)可以獲得較快的分閘速度。液壓缸活塞尾部有階梯形的緩沖裝置，對高速運(yùn)動的活塞有良好的制動緩沖作用。采用活塞蓄能器供油，保證系統(tǒng)最高瞬時流量達(dá)2000L/min以上。

2 仿真分析 計算機(jī)仿真的目的是在產(chǎn)品制造前就能通過仿真預(yù)測產(chǎn)品的性能，并能了解系統(tǒng)中各個參數(shù)對性能的影響，尋找一組既能滿足工藝又能滿足系統(tǒng)性能要求的設(shè)計參數(shù)。超高壓斷路器分閘過程的性能要求遠(yuǎn)高于合閘過程，因此，計算機(jī)仿真主要是針對分閘過程的。在充分考慮系統(tǒng)中閥口流量、蓄能器、氣體壓力等各種非線性因素后，建立了新型液壓操動機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了計算機(jī)仿真[2~4]，綜合分析仿真結(jié)果，可以得出:

(1)液壓操動機(jī)構(gòu)中，影響斷路器分閘速度性能的關(guān)鍵參數(shù)有系統(tǒng)壓力、液壓缸活塞直徑、三級閥的排油閥閥口系數(shù)及其最大限位值4個參數(shù)，應(yīng)綜合性能、結(jié)構(gòu)要求及動作可靠性等因素進(jìn)行確定。

(2)在滿足斷路器結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的條件下，應(yīng)盡量降低包括負(fù)載在內(nèi)的液壓缸活塞質(zhì)量和負(fù)載力。

(3)由合閘性能要求決定的參數(shù)有液壓缸活塞桿直徑。

(4)對斷路器剛分速度和固分時間均無明顯影響的"軟量"有液壓缸阻尼系數(shù)、二、三級閥的阻尼系數(shù)。"軟量"對性能無明顯影響，是液壓操動機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定、可靠的保證。

(5)在工程設(shè)計范圍內(nèi)，二、三級閥的閥芯質(zhì)量對斷路器剛分速度和固分時間無明顯的影響。

3 試驗(yàn)及分析 為了進(jìn)一步了解液壓操動機(jī)構(gòu)的性能，樣機(jī)在試驗(yàn)臺上進(jìn)行了性能測試。

圖2是系統(tǒng)壓力對固分時間和剛分速度影響的曲線。隨著系統(tǒng)壓力的增高，固分時間(曲線圖2 系統(tǒng)壓力對液壓操動機(jī)構(gòu)分閘性能的影響1)減小，剛分速度(曲線2)增大，這與計算機(jī)仿真結(jié)果相符合。另外，由圖2中曲線3知，隨著系統(tǒng)壓力增高電磁鐵動作時間從5.5ms上升到6.5ms，這是因?yàn)橐患壍那蜷y芯上液壓力增大的緣故。但從曲線4可見，這時閥的動作時間則從5.2ms下降到3.5ms，兩者相抵實(shí)際下降不足1ms，說明固分時間隨系統(tǒng)壓力提高而縮短，主要原因是系統(tǒng)壓力的提高使活塞運(yùn)動速度加快的緣故。

圖3是分閘信號電壓變化對動作時間、剛分 上一篇:一種實(shí)用的液壓系統(tǒng)油溫自動控制裝置下一篇:復(fù)合控制的液壓同步系統(tǒng)研究