使斷路器液壓機構在氮氣壓力變化時所受影響減少的分析

范立新

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

液壓操動機構廣泛配備于110kv 及以上電壓等級的斷路器上。其中的儲壓裝置則是液壓機構的能源基地，利用壓縮氣體（氮氣）作為動力源，其儲能以后相當于一個強大的彈簧被拉伸或壓縮，在短時間內向液壓系統壓縮高壓油，推動活塞動作，使斷路器合閘或分閘。CY3、CY5 型是較為常用的液壓操動機構，其中的儲能裝置包括貯壓筒、壓控裝置和油泵等。貯壓筒內預充有壓縮的氮氣，當油泵打壓時，液壓系統內壓力升高，推動貯壓筒內的活塞向上運動，使氮氣進一步受壓縮?；钊仙龓踊钊麠U移動，當活塞桿到達一定的位置時，撥動裝在貯壓裝置下部的微動開關，使之切換。

如圖1 所示：當活塞桿上升至微動開關YLJ1 位置時，對應整定的停泵壓力值，接點動作，切斷電機回路，油泵停止工作，液壓系統達到額定工作壓力。在溫度一定的情況下，液壓機構額定工作油壓與貯壓筒活塞桿行程有對應的關系，根據貯壓筒內高壓油的多少，活塞桿行程隨之變化，從而帶動微動開關，使其在整定的壓力值時切換，實現位置對壓力的控制。這可以通過計算校驗得到。以配SW6-220 斷路器的CY3 型液壓操動機構為例：

20℃時，液壓機構貯壓筒的預充壓力為12MPa，停泵油壓為19.2MPa。經實測，貯壓筒氮氣腔總容積（當活塞處在最下部時）V0為7720cm3，當溫度不變時，由預充壓力12MPa 打壓到停泵壓力19.2MPa 時，氮氣腔被壓縮后的容積V1應為

這樣，氮氣腔容積由7720cm3變到4825cm3時，貯壓筒活塞桿運動的總行程h應為

式中d-貯壓筒內徑（活塞與筒體的公差配合為Φ135 D4/覼7）

同樣，可計算得各對應數值，列出表1。

上述反映的是活塞桿行程與工作壓力的關系，表明活塞桿的位置與系統的壓力值一一對應。當溫度不變時，PV=常數，系統各控制壓力就是由貯壓筒內氮氣體積（液壓油的容積）來確定的。

圖1 貯壓筒裝配

表1 CY3 型液壓機構行程開關位置與對應的工作油壓

在正常情況下，這一切都是正確的。但是，如果氮氣壓力發生改變，就會產生不同的結果，主要表現為以下幾種情況：

（1）氮氣預充壓力有偏差。氮氣預充壓力較低，則活塞桿到達預定位置時，對應的微動開關動作壓力值就會降低；反之，則會使液壓系統壓力升高。預充壓力值是其他工作壓力值的參考基值，測量時需要溫度換算。準確的預充壓力值，還能減小微動開關安裝位置的誤差。因此在檢修時，測量預充壓力是極為重要的。

（2）氮氣泄漏會造成壓力下降，活塞桿對應的微動開關動作壓力值也會比整定值降低。由于CY3、CY5 型的貯壓筒內活塞的運動是通過液壓油與氮氣間的壓力差來達到的，液壓油處于密封狀態，哪怕氮氣壓力降低，只要液壓系統的高壓油沒有排出或打入，活塞及活塞桿不會有任何移動，對應的微動開關也不會有任何切換動作。此時，微動開關動作、狀態正確，無報警信號，顯示液壓系統壓力正常。而這種壓力正常的假象，只有在現場巡視壓力表時才能發現。如果設備巡視時，未能發現壓力缺陷，任其發展，壓力只能持續下降，影響電網安全運行。因為氮氣泄漏的壓力降低與高壓油泄漏引起的壓力降低有著很大的區別，高壓油泄漏會使油泵頻繁啟動，而氮氣泄漏的壓力降低不會使電機啟動、油泵打壓，具有更大的隱蔽性和危險性。因此，在壓力表內裝上電接點，用以監測系統壓力。當電接點動作時，可以將信號上傳到控制室，彌補了漏氮引起壓力下降而貯壓筒微動開關無報警信號的設計缺陷。但這只解決了監視的問題，對于壓力控制則仍無能為力，盡管壓力已經低于啟泵壓力，但電機仍無法自動啟動打壓，這將降低分合閘速度，影響斷路器動作性能。

（3）環境溫度變化，對氮氣壓力變化影響較大。如果環境溫度升高，則會使氮氣膨脹，內部壓強增大；而活塞桿的位置不變，則造成整個液壓系統內部壓力相應異常升高。對此我深有體會：原先220kv柯巖變一到夏季缺陷就特別多，都是些CY5 液壓機構漏油、密封圈損壞、油泵頻繁啟動等的缺陷，運檢人員忙得夠嗆。后來，大家相互探討，想了個好辦法：將每個戶外機構箱裝上“淋浴龍頭”，一到夏天便給它們淋浴沖涼。這一招還果真奏效，缺陷明顯減少。而當環境溫度降低，氮氣壓力下降時，液壓系統內部壓力隨之明顯偏低的情況下，壓力測控裝置也不作任何反應，這會帶來安全隱患。

（4）液壓油進入到活塞的氮氣側，使油壓升高。活塞與貯壓筒的配合靠密封圈，設備長期運行以后密封圈會磨損，彈性下降，出現活塞與貯壓筒筒體密封不嚴的情況。這樣液壓油就會進入到氮氣側，使氮氣容積縮小，壓力升高，活塞桿相對應的微動開關動作壓力值就會升高。液壓系統在到達停泵壓力時，其實際壓力要大于額定工作壓力。這樣長期在過高的壓力下工作，易造成密封圈損壞，液壓油滲漏，影響設備使用壽命。

通過分析，產生液壓系統壓力存在諸多不確定因素的主要原因是：設計時將貯壓筒與壓力控制裝置合為一體，活塞及活塞桿身兼數職——平衡油氣壓力、顯示活塞桿行程、切換壓力接點。這樣造成兩者功能混淆，動作相互影響。因此，有必要對貯能壓力測控裝置進行一些修改，將貯壓筒與壓力控制裝置拆分為二，使其職責分明，各司其職。

對貯壓筒只要求儲壓作用，不需要活塞、活塞桿位置顯示，因此取消活塞桿。這樣可以消除活塞桿與筒底配合處的摩擦和滲漏，減小貯壓筒活塞與筒體內壁的卡滯程度，使活塞動作相對靈敏，停泵與啟泵的壓力差保持在一個合理的范圍之內。改進后，當上述4 種情況發生時，活塞桿不再對各壓力微動開關控制，避免了對液壓系統的影響。

增加一個“壓力控制裝置”，其結構主要由三部分組成：活塞及活塞桿、彈簧、微動開關。因為氮氣壓力變化后，微動開關動作時的實際壓力值并不能如實反映設計所要求的整定壓力值，所以微動開關動作應該擺脫氮氣壓力的影響，真正反映液壓系統的工作壓力。改進后，液壓系統通過活塞桿傳遞出來的壓力由彈簧去抗衡，活塞桿運動一方面通過壓力的變化使彈簧伸縮，另一方面來撥動微動開關，實現壓力控制。這樣，活塞直接反映的是液壓系統的壓力，液壓系統內部的壓力升降直接反映到活塞的上下運動及與之相平衡的彈簧的伸縮。液壓油壓力發生變動，彈簧馬上作出伸縮反應，帶動微動開關，進行相應的控制和顯示。在這種裝置中，如果貯壓筒內有氮氣泄漏，則在液壓系統內部的液壓油不發生泄漏的情況下，活塞不會發生移動。但氮氣壓強下降，液壓油的壓強也隨之下降，反映到壓力控制裝置中活塞位置內縮，使微動開關動作，油泵打壓，對液壓系統壓力及時進行補充，壓力控制裝置真正起到了控制液壓系統壓力的作用。

這樣，貯壓筒與壓力控制裝置明確了各自職責，避免了相互影響。采用彈簧壓力控制裝置監控油壓，可以使各控制壓力盡量接近整定值，符合壓力控制要求，微動開關動作對應的壓力值也比較準確，在外界環境溫度變化時，可以及時停泵、啟泵等。裝置中平衡彈簧的機械特性比較穩定，不受外界環境溫度的影響，但應注重對彈簧的檢查，彈簧強度不能有過大的變化，否則會影響壓力控制裝置活塞桿的行程，造成動作壓力不準。此外，應加強巡視運行設備，到夏季要控制壓力過高，想方設法降低機構箱內的溫度。對于壓力表可以不裝電接點，只需監視壓力，控制、報警均由壓力控制裝置執行，降低了設備運行對壓力表的依賴性。對于微動開關，檢修時要著重檢查啟、停泵接點的動作活絡情況，不能有咬死、頂死、返回失靈等現象。

上述分析是本人在工作中對CY3、CY5 型液壓機構儲能壓力測控裝置方面的認識，對其中的不足與改進進行了分析、思考。其實，象LW6 型所配的液壓機構已經有所改進。通過前后的分析比較，闡述貯壓筒氮氣壓力變化對設備的影響，指出設備運行中的潛在缺陷和檢修中應重點檢查的內容與項目，加強巡視和維護，提高設備運行的可靠性。

[1]華東電業管理局編.高壓斷路器技術問答[M]，北京：中國電力出版社，1997：148-184，221-251，470-506.