液壓操動機構

高壓斷路器是電力系統中最重要的控制和保護設備，主要由斷路器本體和操動機構兩部分組成。操動機構主要分為電動機操動機構、彈簧操動機構、氣動操動機構和液壓操動機構等，其中液壓操動機構由於具有輸出功大、動作時間短、操作平穩無噪聲等特點，廣泛應用於高壓斷路器，尤其是超高壓、特高壓斷路器領域。

隨着中國向低碳經濟轉型， 加快建設以特高壓為核心的堅強智能電網被列入“十二五”規劃綱要，開發適合1000kV電壓等級的斷路器是特高壓輸電技術發展的關鍵。作為特高壓斷路器基礎部件的液壓操動機構是其核心基礎單元，其工作性能和質量優劣對高壓斷路器的工作性能和可靠性起着極為重要的作用。根據電力部門的統計，斷路器的故障中，重故障的44%屬操動機構故障，輕故障中操動機構機械故障約佔40%。因此通過計算機仿真技術研究特高壓斷路器液壓操動機構的動作特性，提高其整機性能，對加快中國特高壓電網的發展具有現實意義 ^[1]  。

特高壓斷路器液壓操動機構主要由儲能元件(電機、油泵、儲能器)、控制元件(電磁鐵、閥系統)、執行元件(工作缸)和輔助元件(油箱、壓力開關、管路)4部分組成。

工作原理如下：儲能時，由電機帶動油泵運轉把油箱中的油液打入儲能器進行儲能，工作時由儲能器提供壓力源；合閘操作時，合閘電磁鐵帶電，在電磁力的作用下，合閘電磁鐵推動合閘先導閥的閥芯動作，閥口打開，驅動合閘放大閥動作，改變控制腔壓力驅動主閥動作，從而改變工作缸無杆腔壓力為高壓，推動工作缸進行合閘動作；分閘操作時，分閘電磁鐵帶電，同理依次驅動分閘先導閥、分閘放大閥、主閥動作，從而改變工作缸無杆腔壓力為低壓，推動工作缸進行分閘動作。閥系統的動作過程相當於兩個電磁閥通過驅動放大閥動作來控制液控兩位三通閥動作來實現差動缸的分合閘動作 ^[2]  。

對於特高壓斷路器液壓操動機構，滅弧室本體對液壓操動機構的分閘速度要求非常高，由於驅動負載力較大，速度提升會造成慣性力的提高，對工作缸緩衝壓力影響明顯，如果緩衝壓力過高，對緩衝部位的零部件造成的損傷比較嚴重；緩衝腔壓力過於低緩，則無法起到應有的緩衝效果，造成運動末速度較大，在運動行程終點產生較大的機械撞擊。怎樣均衡二者之間的關係，是液壓系統緩衝結構設計必須考慮的關鍵要素。

對於高壓斷路器配液壓操動機構常用的階梯型緩衝結構，由於不同的緩衝行程、緩衝作用面積以及緩衝間隙均會對緩衝性能產生影響，增加緩衝行程、緩衝作用面積和緩衝間隙可以降低緩衝壓力峯值，改善緩衝性能，但是會減少活塞的運動時間，也有可能增大活塞的末速度，其中增加緩衝行程還會降低活塞的運動速度，影響斷路器的速度特性，因此需要對上述3個要素進行變參分析，對其綜合作用進行仿真研究，最終得到最優方案，此處僅對緩衝間隙的優化過程進行説明。

優化後的機械行程曲線緩衝階段更加平緩，分閘速度並未受到影響，運動末速度也沒有發生明顯變化，優化後的緩衝壓力峯值由105.8MPa降低為78MPa，降低幅度為26.3%，明顯改善了緩衝部位零部件的工況，有利於提高整機的工作壽命。

通過調整緩衝間隙的方法對緩衝特性進行了優化，有效降低了緩衝壓力峯值，達到了較好的效果，為液壓操動機構緩衝性能的優化提供了一種思路 ^[1]  。