[科普中国]-液压操动机构

液压操动机构主要应用于高压断路器。特高压断路器液压操动机构主要由储能元件(电机、油泵、储能器)、控制元件(电磁铁、阀系统)、执行元件(工作缸)和辅助元件(油箱、压力开关、管路)4部分组成。高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，主要由断路器本体和操动机构两部分组成。操动机构主要分为电动机操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构等，其中液压操动机构由于具有输出功大、动作时间短、操作平稳无噪声等特点，广泛应用于高压断路器，尤其是超高压、特高压断路器领域。

简介高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，主要由断路器本体和操动机构两部分组成。操动机构主要分为电动机操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构等，其中液压操动机构由于具有输出功大、动作时间短、操作平稳无噪声等特点，广泛应用于高压断路器，尤其是超高压、特高压断路器领域。

随着中国向低碳经济转型， 加快建设以特高压为核心的坚强智能电网被列入“十二五”规划纲要，开发适合1000kV电压等级的断路器是特高压输电技术发展的关键。作为特高压断路器基础部件的液压操动机构是其核心基础单元，其工作性能和质量优劣对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。根据电力部门的统计，断路器的故障中，重故障的44%属操动机构故障，轻故障中操动机构机械故障约占40%。因此通过计算机仿真技术研究特高压断路器液压操动机构的动作特性，提高其整机性能，对加快中国特高压电网的发展具有现实意义1。

液压操动机构工作原理特高压断路器液压操动机构主要由储能元件(电机、油泵、储能器)、控制元件(电磁铁、阀系统)、执行元件(工作缸)和辅助元件(油箱、压力开关、管路)4部分组成。

工作原理如下：储能时，由电机带动油泵运转把油箱中的油液打入储能器进行储能，工作时由储能器提供压力源；合闸操作时，合闸电磁铁带电，在电磁力的作用下，合闸电磁铁推动合闸先导阀的阀芯动作，阀口打开，驱动合闸放大阀动作，改变控制腔压力驱动主阀动作，从而改变工作缸无杆腔压力为高压，推动工作缸进行合闸动作；分闸操作时，分闸电磁铁带电，同理依次驱动分闸先导阀、分闸放大阀、主阀动作，从而改变工作缸无杆腔压力为低压，推动工作缸进行分闸动作。阀系统的动作过程相当于两个电磁阀通过驱动放大阀动作来控制液控两位三通阀动作来实现差动缸的分合闸动作2。

液压操动机构缓冲特性优化对于特高压断路器液压操动机构，灭弧室本体对液压操动机构的分闸速度要求非常高，由于驱动负载力较大，速度提升会造成惯性力的提高，对工作缸缓冲压力影响明显，如果缓冲压力过高，对缓冲部位的零部件造成的损伤比较严重；缓冲腔压力过于低缓，则无法起到应有的缓冲效果，造成运动末速度较大，在运动行程终点产生较大的机械撞击。怎样均衡二者之间的关系，是液压系统缓冲结构设计必须考虑的关键要素。

对于高压断路器配液压操动机构常用的阶梯型缓冲结构，由于不同的缓冲行程、缓冲作用面积以及缓冲间隙均会对缓冲性能产生影响，增加缓冲行程、缓冲作用面积和缓冲间隙可以降低缓冲压力峰值，改善缓冲性能，但是会减少活塞的运动时间，也有可能增大活塞的末速度，其中增加缓冲行程还会降低活塞的运动速度，影响断路器的速度特性，因此需要对上述3个要素进行变参分析，对其综合作用进行仿真研究，最终得到最优方案，此处仅对缓冲间隙的优化过程进行说明。

优化后的机械行程曲线缓冲阶段更加平缓，分闸速度并未受到影响，运动末速度也没有发生明显变化，优化后的缓冲压力峰值由105.8MPa降低为78MPa，降低幅度为26.3%，明显改善了缓冲部位零部件的工况，有利于提高整机的工作寿命。

总结通过调整缓冲间隙的方法对缓冲特性进行了优化，有效降低了缓冲压力峰值，达到了较好的效果，为液压操动机构缓冲性能的优化提供了一种思路1。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学