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新型500kV超高壓斷路器液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究
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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(dòng)機(jī)構(gòu)是高壓斷路器的關(guān)鍵部件之一?！安賱?dòng)機(jī)構(gòu)液壓化”是國(guó)內(nèi)外發(fā)展的趨勢(shì)。液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)分合閘指令到來之時(shí)，通過電磁鐵把分合閘電信號(hào)轉(zhuǎn)為機(jī)械信號(hào)，并通過多級(jí)液壓閥放大，迅速控制液壓缸帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，完成高壓斷路器的分合閘任務(wù)。液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于高速大功率雙穩(wěn)態(tài)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此對(duì)它的研究必須放在如何高速（動(dòng)作時(shí)間以毫秒計(jì)算），進(jìn)行兩個(gè)穩(wěn)態(tài)（即合閘、分閘狀態(tài)）的轉(zhuǎn)換、大功率（瞬時(shí)功率達(dá)千kW級(jí)）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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)必須滿足以下要求：
　?。?）除動(dòng)作可靠外，還必須確保分合閘狀態(tài)時(shí)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(shí)間和分合閘速度特性等要求［1］。現(xiàn)所配斷路器要求固分時(shí)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；
　?。?）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。
　?。?）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(dòng)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(hào)分別通過分合閘電磁鐵驅(qū)動(dòng)一級(jí)球閥，圖1　新型500kV超高壓斷路器液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖控制壓力油經(jīng)一級(jí)閥驅(qū)動(dòng)二級(jí)錐閥，再經(jīng)二級(jí)閥控制三級(jí)閥（由排油閥、進(jìn)油閥兩部分組成），最后由三級(jí)閥控制液壓缸動(dòng)作，是典型的三級(jí)液壓放大結(jié)構(gòu)。二級(jí)閥的設(shè)計(jì)，使分合閘時(shí)都有足夠的差動(dòng)（自保持)壓力。同時(shí)，三級(jí)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(shí)不會(huì)因外界震動(dòng)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(dòng)升壓時(shí)不致引起慢分、慢合動(dòng)作。三級(jí)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(duì)高速運(yùn)動(dòng)的活塞有良好的制動(dòng)緩沖作用。采用活塞蓄能器供油，保證系統(tǒng)最高瞬時(shí)流量達(dá)2000L/min以上。

2　仿真分析　　計(jì)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(cè)產(chǎn)品的性能，并能了解系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)對(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)仿真主要是針對(duì)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(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真［2～4］，綜合分析仿真結(jié)果，可以得出：
　?。?）液壓操動(dòng)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(jí)閥的排油閥閥口系數(shù)及其最大限位值4個(gè)參數(shù)，應(yīng)綜合性能、結(jié)構(gòu)要求及動(dòng)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。
　?。?）對(duì)斷路器剛分速度和固分時(shí)間均無明顯影響的“軟量”有液壓缸阻尼系數(shù)、二、三級(jí)閥的阻尼系數(shù)。“軟量”對(duì)性能無明顯影響，是液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定、可靠的保證。
　　（5）在工程設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，二、三級(jí)閥的閥芯質(zhì)量對(duì)斷路器剛分速度和固分時(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)的性能，樣機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了性能測(cè)試。
　　圖2是系統(tǒng)壓力對(duì)固分時(shí)間和剛分速度影響的曲線。隨著系統(tǒng)壓力的增高，固分時(shí)間（曲線圖2　系統(tǒng)壓力對(duì)液壓操動(dòng)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(jì)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(dòng)作時(shí)間從5.5ms上升到6.5ms，這是因?yàn)橐患?jí)的球閥芯上液壓力增大的緣故。但從曲線4可見，這時(shí)閥的動(dòng)作時(shí)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(shí)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(dòng)速度加快的緣故。
　　圖3是分閘信號(hào)電壓變化對(duì)動(dòng)作時(shí)間、剛分