500kV交流场断路器液压弹簧机构的结构与工作原理

500kV交流场断路器液压弹簧机构的结构与工作原理

1．概述

某换流站500kV交流场采用新东北电气（沈阳）高压开关有限公司生产的LW56-550/Y4000-63型断路器，该断路器操动机构采用HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构。HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构利用了现代化制造技术和模块化组装技术的优势，具有碟簧储能、液压油传递力和转换能量的双重优越性。

2．HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构的结构

HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构采用模块设计，五个主要功能模块用螺栓和工作缸联接，便于维修。这些功能模块是：动力模块、工作模块、储能模块、监视模块和控制模块。

2.1 动力模块

动力模块（如下图1、图2所示）由电动机、齿轮传动装置、偏心转轴及柱塞泵等组成。用法兰装在工作缸外部。油标安装在低压油箱外侧，以便观察油位。

图1 储能电机图2 动力模块

2.2 工作模块

工作模块包括工作缸、工作缸活塞杆缓冲系统。工作缸是操动机构的关键零件。所有其它模块都用法兰径向装在工作缸的周围。这些模块与工作缸间用密封联结件作为液压油的通道，不需要采用任何管道。

2.3 储能模块

储能模块采用安装在碟片弹簧装置上部的三个蓄能活塞储蓄能量。碟片弹簧装置采用八个双片弹簧，正反叠装，以取得较大作用力。三个储能活塞直接作用在碟片弹簧装置上，确保一定的油压，建立一定的碟簧压缩变形量。机械储能的优点是长期稳定、可靠和不受温度影响。

图3 工作模块图4 储能模块

2.4 监测模块

监测模块（如下图5所示）由带凸轮装置的限位开关、位于碟片弹簧装置圆盘上的齿条齿轮啮合装置、标志碟片弹簧压缩量的信号灯和压力释放阀等组成。限位开关监测碟片弹簧的储能状态。由于限位开关的转动与碟片弹簧的轴向运动关联，可以直接反映后者的储蓄能量值。且这一测量值不受温度影响。限位开关可以对电磁阀分、合闸操作进行闭锁，以防止碟片弹簧压力变形不满足规定值，而出现断路器误操作。断路器进行分、合闸操作造成的油压降低，通过限位开关可控制油泵自动启动打压，以补充能量。如果因为规定保压时内部泄漏造成的压力降低，油泵也会自动启动打压。控制压力释放和加压的压力释放阀装在限位开关的上方。

2.5 控制模块

控制模块（如下图6所示）装有调速螺栓，可精密调节断路器的分合闸速度。一级阀位于控制模块座上，与工作缸、低压油箱、储能模块相连通。一级阀中的活塞动作由电磁铁控制。

图5 监测模块图6 控制模块

3．HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构的工作原理

3.1 操作方式

低压油箱中的低压油经液压泵打压成高压油，流向配碟形弹簧的三个储能活塞。当液压泵停止打压时，单向阀（逆止阀）自动关闭，防止高压油流入低压油箱。三个储能活塞均布在工作缸周围，其作用力不变。在规定的压缩变形范围内，碟形弹簧具有稳定的弹力特性，保证断路器的固有机械特性。与单个碟形弹簧相比，本机构所采用的碟形弹簧装置由多个碟形弹簧组成，即使一个弹簧失效，也能保证断路器可靠动作。AHMB-8.3型液压弹簧操动机构总体结构如下图7所示。

限位开关监视碟形弹簧装置在每个工况条件下的变形压缩量。根据需要限位开关可控制液压泵电动机运转：当油压过低状态，在O-CO、CO、O等操作循环时，可进行操作闭锁并发出报警信号。限位开关具有标志碟形弹簧负载状态的位置监测功能。当断路器进行操作或不操作但储能时间较长时，均会造成油压降低现象。这时，液压泵会自动启动建立额定压力，使断路器机械特性能在各个工况条件下均能得到保证和监视。

基于差动原理，操动机构的工作缸活塞可提供断路器需要的操作功及在分、合闸位置的支撑力。降低工作缸活塞的运动速度并增大液压系统的效率，可促使工作缸活塞增加传递的动力，以满足开断大电流时增大操作力的要求。附装在工作缸活塞的缓冲系统，将建立足够的阻尼作用力，使断路器运动能平稳停止，并可以最大限度地减轻对断路器及基座的冲击载荷。

1 油泵电机

2 油泵3碟形弹簧4行程开关 5 压力释放阀 6 工作缸

7 一级阀8二级阀9辅助开关10 低压加热器11储能缸

图7 HMB-8.3型液压弹簧操动机构总体结构

3.2 合闸操作

合闸时合闸电磁铁和一级阀动作，二级阀在高压油作用下，转换到合闸位置，将高压油注入工作缸活塞下方。工作缸活塞上下方均为高压油。由于活塞下方面积大于上方面积，工作缸的向上作用力使断路器转向合闸位置。工作缸活塞的缓冲系统在合闸过程即将终止时产生阻尼作用，以降低合闸冲击力。液压支撑力确保工作缸活塞保持在合闸位置，如图8所示。

操动机构任何方式的操作都将造成碟形弹簧装置的压力降低和改变碟形弹簧的压缩变形量。碟形弹簧压缩量的改变，将通过齿轮传动系统带动限位开关，使液压泵自动打压，使高压油腔中油压升高。当达到额定油压后，液压泵自动停泵。

3.3 分闸操作

分闸时分闸电磁铁和一级阀动作，二级阀在高压油作用下，转换到分闸位置。工作缸活塞下部的高压油注入低压油箱，工作缸活塞向下运动带动断路器转向分闸位置。缓冲系统在分闸过程即将终止时，产生阻尼作用以降低分闸冲击力，液压支撑力确保工作缸活塞保持

在分闸位置，断路器处于分闸位置，并在工作缸活塞上下方差动力作用下，保持在分闸位置，如图9所示。

1 低压油箱

2 油位指示器

3 工作活塞杆

4 高压油腔

5 储能活塞

6 支撑环

7 蝶簧

8 辅助开关 9 注油孔 10 合闸节流阀 11 合闸电磁阀 12 分闸节流阀 13 分闸节流阀

14 排油阀 15 储能电机 16 柱塞油泵 17 泄压阀 18 行程开关

图8 已储能，合闸状态图9 已储能，分闸状态

3.4机械防慢分装置

断路器处于合闸位置时，一旦机构液压系统出现失压故障，支撑环5受到弹簧力的作用，向上运动h2，推动连杆3，连杆3带动拐臂1顺时针转动h3，支撑往下慢分的活塞杆，使断路器始终保持在合闸位置。如图10所示a、b分别为正常工作状态和失压状态。