使断路器液压机构在氮气压力变化时所受影响减少的分析

范立新

（绍兴电力局，浙江 绍兴 312000）

液压操动机构广泛配备于110kv 及以上电压等级的断路器上。其中的储压装置则是液压机构的能源基地，利用压缩气体（氮气）作为动力源，其储能以后相当于一个强大的弹簧被拉伸或压缩，在短时间内向液压系统压缩高压油，推动活塞动作，使断路器合闸或分闸。CY3、CY5 型是较为常用的液压操动机构，其中的储能装置包括贮压筒、压控装置和油泵等。贮压筒内预充有压缩的氮气，当油泵打压时，液压系统内压力升高，推动贮压筒内的活塞向上运动，使氮气进一步受压缩。活塞上升带动活塞杆移动，当活塞杆到达一定的位置时，拨动装在贮压装置下部的微动开关，使之切换。

如图1 所示：当活塞杆上升至微动开关YLJ1 位置时，对应整定的停泵压力值，接点动作，切断电机回路，油泵停止工作，液压系统达到额定工作压力。在温度一定的情况下，液压机构额定工作油压与贮压筒活塞杆行程有对应的关系，根据贮压筒内高压油的多少，活塞杆行程随之变化，从而带动微动开关，使其在整定的压力值时切换，实现位置对压力的控制。这可以通过计算校验得到。以配SW6-220 断路器的CY3 型液压操动机构为例：

20℃时，液压机构贮压筒的预充压力为12MPa，停泵油压为19.2MPa。经实测，贮压筒氮气腔总容积（当活塞处在最下部时）V0为7720cm3，当温度不变时，由预充压力12MPa 打压到停泵压力19.2MPa 时，氮气腔被压缩后的容积V1应为

这样，氮气腔容积由7720cm3变到4825cm3时，贮压筒活塞杆运动的总行程h应为

式中d-贮压筒内径（活塞与筒体的公差配合为Φ135 D4/覼7）

同样，可计算得各对应数值，列出表1。

上述反映的是活塞杆行程与工作压力的关系，表明活塞杆的位置与系统的压力值一一对应。当温度不变时，PV=常数，系统各控制压力就是由贮压筒内氮气体积（液压油的容积）来确定的。

图1 贮压筒装配

表1 CY3 型液压机构行程开关位置与对应的工作油压

在正常情况下，这一切都是正确的。但是，如果氮气压力发生改变，就会产生不同的结果，主要表现为以下几种情况：

（1）氮气预充压力有偏差。氮气预充压力较低，则活塞杆到达预定位置时，对应的微动开关动作压力值就会降低；反之，则会使液压系统压力升高。预充压力值是其他工作压力值的参考基值，测量时需要温度换算。准确的预充压力值，还能减小微动开关安装位置的误差。因此在检修时，测量预充压力是极为重要的。

（2）氮气泄漏会造成压力下降，活塞杆对应的微动开关动作压力值也会比整定值降低。由于CY3、CY5 型的贮压筒内活塞的运动是通过液压油与氮气间的压力差来达到的，液压油处于密封状态，哪怕氮气压力降低，只要液压系统的高压油没有排出或打入，活塞及活塞杆不会有任何移动，对应的微动开关也不会有任何切换动作。此时，微动开关动作、状态正确，无报警信号，显示液压系统压力正常。而这种压力正常的假象，只有在现场巡视压力表时才能发现。如果设备巡视时，未能发现压力缺陷，任其发展，压力只能持续下降，影响电网安全运行。因为氮气泄漏的压力降低与高压油泄漏引起的压力降低有着很大的区别，高压油泄漏会使油泵频繁启动，而氮气泄漏的压力降低不会使电机启动、油泵打压，具有更大的隐蔽性和危险性。因此，在压力表内装上电接点，用以监测系统压力。当电接点动作时，可以将信号上传到控制室，弥补了漏氮引起压力下降而贮压筒微动开关无报警信号的设计缺陷。但这只解决了监视的问题，对于压力控制则仍无能为力，尽管压力已经低于启泵压力，但电机仍无法自动启动打压，这将降低分合闸速度，影响断路器动作性能。

（3）环境温度变化，对氮气压力变化影响较大。如果环境温度升高，则会使氮气膨胀，内部压强增大；而活塞杆的位置不变，则造成整个液压系统内部压力相应异常升高。对此我深有体会：原先220kv柯岩变一到夏季缺陷就特别多，都是些CY5 液压机构漏油、密封圈损坏、油泵频繁启动等的缺陷，运检人员忙得够呛。后来，大家相互探讨，想了个好办法：将每个户外机构箱装上“淋浴龙头”，一到夏天便给它们淋浴冲凉。这一招还果真奏效，缺陷明显减少。而当环境温度降低，氮气压力下降时，液压系统内部压力随之明显偏低的情况下，压力测控装置也不作任何反应，这会带来安全隐患。

（4）液压油进入到活塞的氮气侧，使油压升高。活塞与贮压筒的配合靠密封圈，设备长期运行以后密封圈会磨损，弹性下降，出现活塞与贮压筒筒体密封不严的情况。这样液压油就会进入到氮气侧，使氮气容积缩小，压力升高，活塞杆相对应的微动开关动作压力值就会升高。液压系统在到达停泵压力时，其实际压力要大于额定工作压力。这样长期在过高的压力下工作，易造成密封圈损坏，液压油渗漏，影响设备使用寿命。

通过分析，产生液压系统压力存在诸多不确定因素的主要原因是：设计时将贮压筒与压力控制装置合为一体，活塞及活塞杆身兼数职——平衡油气压力、显示活塞杆行程、切换压力接点。这样造成两者功能混淆，动作相互影响。因此，有必要对贮能压力测控装置进行一些修改，将贮压筒与压力控制装置拆分为二，使其职责分明，各司其职。

对贮压筒只要求储压作用，不需要活塞、活塞杆位置显示，因此取消活塞杆。这样可以消除活塞杆与筒底配合处的摩擦和渗漏，减小贮压筒活塞与筒体内壁的卡滞程度，使活塞动作相对灵敏，停泵与启泵的压力差保持在一个合理的范围之内。改进后，当上述4 种情况发生时，活塞杆不再对各压力微动开关控制，避免了对液压系统的影响。

增加一个“压力控制装置”，其结构主要由三部分组成：活塞及活塞杆、弹簧、微动开关。因为氮气压力变化后，微动开关动作时的实际压力值并不能如实反映设计所要求的整定压力值，所以微动开关动作应该摆脱氮气压力的影响，真正反映液压系统的工作压力。改进后，液压系统通过活塞杆传递出来的压力由弹簧去抗衡，活塞杆运动一方面通过压力的变化使弹簧伸缩，另一方面来拨动微动开关，实现压力控制。这样，活塞直接反映的是液压系统的压力，液压系统内部的压力升降直接反映到活塞的上下运动及与之相平衡的弹簧的伸缩。液压油压力发生变动，弹簧马上作出伸缩反应，带动微动开关，进行相应的控制和显示。在这种装置中，如果贮压筒内有氮气泄漏，则在液压系统内部的液压油不发生泄漏的情况下，活塞不会发生移动。但氮气压强下降，液压油的压强也随之下降，反映到压力控制装置中活塞位置内缩，使微动开关动作，油泵打压，对液压系统压力及时进行补充，压力控制装置真正起到了控制液压系统压力的作用。

这样，贮压筒与压力控制装置明确了各自职责，避免了相互影响。采用弹簧压力控制装置监控油压，可以使各控制压力尽量接近整定值，符合压力控制要求，微动开关动作对应的压力值也比较准确，在外界环境温度变化时，可以及时停泵、启泵等。装置中平衡弹簧的机械特性比较稳定，不受外界环境温度的影响，但应注重对弹簧的检查，弹簧强度不能有过大的变化，否则会影响压力控制装置活塞杆的行程，造成动作压力不准。此外，应加强巡视运行设备，到夏季要控制压力过高，想方设法降低机构箱内的温度。对于压力表可以不装电接点，只需监视压力，控制、报警均由压力控制装置执行，降低了设备运行对压力表的依赖性。对于微动开关，检修时要着重检查启、停泵接点的动作活络情况，不能有咬死、顶死、返回失灵等现象。

上述分析是本人在工作中对CY3、CY5 型液压机构储能压力测控装置方面的认识，对其中的不足与改进进行了分析、思考。其实，象LW6 型所配的液压机构已经有所改进。通过前后的分析比较，阐述贮压筒氮气压力变化对设备的影响，指出设备运行中的潜在缺陷和检修中应重点检查的内容与项目，加强巡视和维护，提高设备运行的可靠性。

[1]华东电业管理局编.高压断路器技术问答[M]，北京：中国电力出版社，1997：148-184，221-251，470-506.