基于一種液壓操動機構分析

李妍緣 趙興明 孫小芳

摘要：根據目前的工業應用情況，提出了一種液壓操動機構的設計思路。主要是對于能源存儲的結構，控制功能和理論分析，由于流體動力學、結構力學，和進一步分析結構的工作狀態的分開閘運動規則，模型和分析分閘運動過程的動態行為，然后分析其關鍵參數對動態特性的影響，為下一步機構優化結構提供一定理論依據。

關鍵詞：液壓探動機構;設計思路;動態特性

0? 引言

“機械操作機構液壓控制”是國內外工業發展的方向。液壓操作機構的目的是發出開啟和關閉操作指令，通過電磁線圈分離電信號關上閥門進入機械運動信號，然后通過液壓控制閥一步一步放大，提高速度來控制液壓執行器驅動接觸行動，這是高壓斷路器分離并關閉閥門的工作。液壓驅動機構是高速大功率雙向穩態電液驅動系統。因此，研究的重點是如何在高功率（瞬時功率可達1000kW以上）控制的基礎上，提高兩種穩定狀態的轉換速度。由于電力設備運輸的特殊性，其可靠性應放在第一位。

1? 結構組成

一種新型式液壓的操動機構SF6斷路器。由于設備運行要求液壓操動機構應滿足以下條件：①除運行可靠外，還應保證閘門在分閘和合閘時具有自動延時和壓力保護功能，同時防止“壓力損失慢關”和“壓力損失慢分”。②滿足斷路器的要求，如定分合閘、定合閘時間和分合閘速度特性[1]。配置斷路器的固定分鐘時間應小于或等于20ms。斷路器接觸點的斷點速度為10.5～11.5m/s，斷點速度為4～5m/s。③液壓執行元件具有穩定的緩沖性能，主要目的是為防止液壓系統高壓力的沖擊性而造成設備毀壞。④避免有外部泄漏，盡量降低液壓內部泄漏量，用以降低補充油泵向蓄能器充油的頻率，從而提高液壓系統工作穩定性，在分開閘或合攏閘狀態額定壓力下，壓力靜止24h，壓力降低小于或等于2.5MPa。⑤在額定壓力下，分開閘動作的一次壓力下降小于或等于2.5MPa，合攏閘動作一次壓力下降小于或等于1.5MPa。

新型的液壓工作機構需要滿足上述條件，其結構原理如圖1所示。獨立封閉的電信號通過點分別執行電磁鐵驅動電平開關控制閥，圖1中，一種新型的高壓斷路器液壓操作機構的結構原理圖控制油壓閥切換開關閥驅動下一級的水平，然后進入第二個開關閥控制在三級開關閥（主要包括卸油閥，吸入閥），第三步由3個開關閥控制液壓執行機構，放大三級液壓系統是一個典型的結構。二次閥的設計，使啟閉有一定的壓差（自持）。三級閥，卸油閥彈簧力和攝入油閥上的加油電路確保關閉不會造成的外部振動或泄漏的控制器，驅動器和其他原因，并確保系統的壓力損失和泵啟動增加不會導致慢幾分鐘，緩慢關閉行動。三級閥采用放油閥結構，開閥速度更快。液壓缸活塞端設有階梯式緩沖裝置，對快速運動的活塞具有良好的緩沖制動效果。采用活塞式蓄能器供油，保證系統最高瞬時流量達到2000L/min以上。

2? 仿真分析

計算機仿真是指在液壓操作機構制造之前，對每個產品的性能進行仿真，了解系統中各數據對性能的影響，從而選擇一套既能滿足工藝要求又能滿足系統性能要求的設計參數。高壓斷路器的開關過程比閉合過程的性能要高得多。在考慮了閥流量、蓄能器和空氣壓力對系統的各種非線性影響后，建立了新型液壓工作機構的模型，并進行了系統仿真[1-3]。通過對仿真結論的綜合分析，可以得出：①在液壓操動機構中，影響斷路器破斷速度性能的關鍵參數包括系統壓力、液壓缸活塞直徑、三級閥的閥口系數及其最大極限值，是由綜合性能、結構條件和運動穩定性可確定5個參數。②在滿足斷路器結構和材料強度的條件下，必須降低執行機構的液壓桿質量和負載力，包括負載。③關閉性能要求確定的參數為執行機構活塞桿直徑。④執行機構的阻尼系數為一、二、三等閥門的阻尼系數。“軟”對性能影響不明顯，是液壓操動機構性能穩定可靠的保證。⑤在工業設計領域，二、三級閥芯質量對斷路器剛性分型速度和固體分型時間影響不大。

3? 斷路器防跳回路

①保護跳是由于開關脈沖是指，開關電路連接，當開關故障定位，保護動作跳閘斷路器，但由于關閉脈沖始終存在，斷路器將關閉故障定位，保護斷路器再次，斷路器總是重復點關閉，這種現象被稱為開關跳，跳的目的是防止開關。

②防跳功能完成：K7LA跳過繼電器和接觸點，如果斷路器在最近點位置，通常，K7LA繼電器沒有激勵，關閉后，斷路器輔助觸點S1LA聯系，181-182，如果關閉脈沖沒有，K8LA不會令人興奮，但如果關閉脈沖一直存在，比如關閉按鈕聯系沒有回復，通過S2LB斷路器輔助觸點的181-182防跳繼電器K8LA勵磁，聯系K8LA 9連接（因為繼續返回，直到關閉脈沖消失后自動返回），K8LA激發后，聯系K12LB電路斷開連接，使K11LB失去磁性，和K11LB系列的常開觸點閉合電路打開時，不使斷路器關閉，從而實現anti-jump功能。（如圖1所示）

③斷路器階段B，C，和相位差的循環，K8LB/8LC繼電器平行的另一個防跳繼電器K9LB/K9LC，但是K9LB/K9LC繼電器觸點只用于監測斷路器閉合回路（K8LA輔助繼電器接觸4，K8LB/LC只有2輔助觸點的繼電器，K9LB/LC的函數是一方面擴展K8LA/LB輔助觸點）。

④合閘監控電路：斷路器合閘監控電路中的串聯觸點為;斷路器常閉輔助觸點（183-184;34-33）、防跳繼電器輔助觸點（K8LA）、近遠開關S8輔助觸點（12-13）、閉合線圈（Y2LA）、閉合主鎖定接觸器（K12LA）常開觸點（13-14）。當斷路器近遠控制開關處于遠程控制位置時，斷路器處于跳閘位置，防跳繼電器不工作，且無合閘和鎖定狀態，合閘監控電路回退。在實際運行中，合閘監控電路收到綠燈，表示斷路器處于合閘位置，但監控的是合閘電路的運行方式。（如圖1所示）

4? 結束語

液壓驅動機構是高壓斷路器的主要組成部分，也是高壓斷路器運行的重要動力源。高壓斷路器是大型高壓輸變電系統的關鍵控制部件和安全部件，用于高壓線路的開閉。因此，液壓操動機構的性能是影響機電設備正常穩定運行的主要因素。作為高壓斷路器的電源元件，是整個電力系統安全正常運行的重要保證。在各種工作機構中，液壓彈簧機構結構簡單、功率大、體積小等優點。

參考文獻：

[1]王坤.高壓斷路器彈簧操動機構動力學仿真及應力分析[D].華北電力大學，2017.

[2]吳康，胡斌，郭文斌，焦亮.高壓斷路器拒動原因分析及應對措施[J].南方農機，2015（01）.

[3]陳保倫，文亞寧.斷路器彈簧操動機構介紹[J].高壓電器，2010（10）.

[4]王幫田.高壓直流斷路器技術[J].高壓電器，2010（09）.

[5]張文亮，湯涌，曾南超.多端高壓直流輸電技術及應用前景[J].電網技術，2010（09）.