液压机构.docx

CYA6-2液压弹簧机构三极机械联动产品
引言
操动机构是高压断路器的重要组成部分，它由储能单元，控制单元和力传递单元组成。高压断路器操动机构按传动介质分类有多种形式，如电磁机构、永磁机构、爆炸机构、弹簧操动机构、气动机构、液压机构、电动机构等。SF6高压断路器常用的操动机构有弹簧机构，气动机构，液压机构。
SF6高压断路器常用的操动机构特点比较
根据灭弧室原理的不同，承受的电压等级和开断电流的差异，以下表对操动机构进行比较：
机构
特点
弹簧机构
气动机构
液压机构
储能与
传动介质
螺旋压缩弹簧、平面涡
卷弹簧、扭杆弹簧等储能/机械传动
压缩空气或压缩空气和弹簧储能，压缩性流体和机械传动
氮气或碟簧储能，非压缩性流体和机械传动
适用的
电压等级
40.5kV-550 kV
126 kV-550 kV
126 kV-1100kV
出力特性
硬特性，反应快，自调整能力小
软特性，反应慢，有一定的自调整能力
硬特性，反应快，自调整能力大
对反力
阻力特性
反应敏感，速度特性受影响大
反应较敏感，速度特性在一定程度上受影响
反应不敏感，速度特性基本不受影响
环境适应性
强，操作噪音小
较差，操作噪音大
强，操作噪音小
人工维护
少
较多
较少
基本特点
结构简单，制造工艺要求适中，体积小，操作噪音小，对环境无污染，耐气候条件好，可靠性高。出力特性和断路器负载特性匹配较差，合理设计非常重要，对反力敏感。操作功较小，制造大操作功弹簧机构成本升高较快，可靠性也随之降低。
一般为气动分合闸，也有用弹簧合闸，用压缩空气和弹簧作为储能和传动介质，介质惯性小。动作快，反应灵敏，操作功大。环境对机械特性的影响很小，出力特性和断路器负载特性匹配较好，对反力敏感度适中。结构稍复杂，制造工艺要求适中，表面处理工艺要求高，操作噪音大，对气源质量要求高。
用氮气或碟簧作为储能介质，用液压油作为传动介质，容易获得高压力。动作快，反应灵敏，操作功大，运行维护较少，操作噪音小，可靠性高。出力特性和断路器负载特性匹配较好，对反力不敏感。环境温度对机械特性影响稍大，结构复杂，制造工艺及材料的要求高，外泄漏会污染环境。
液压机构前期选型
机构前期选型是整个项目中很关键的一个环节，如何选择将对后期工作能否顺利进行产生很大影响，因此在选型过程中双方产品参数匹配至关重要。下面以表格的形式列出断路器的技术数据和对操作机构的技术要求(ABB模版)
Name of the company 公司名称

Type of the circuit breaker 断路器型号
GIS:
MTS组合式:
LTB瓷柱式:
DTB罐式:
Type of the drive 操作机构型号
Unknown ( )

SPO/TPO 单相操作/三相联动
SPO 单相操作 ( )
TPO 三相联动 ( )
Type of the delivery of the HMB drive
HMB 型操作机构的供货方式
Complete drive with enclosure
带外壳的整机 ( )
Extended Power Pack
扩展型机构 ( )
Rated voltage of the CB断路器额定电压 (kV)
252
Rated short-time withstand current of CB断路器额定开断电流 (kA)
50
Ambient temperature环境温度 (oC)
-35~+40
Rated switching sequence 额定操作顺序
O-CO ( )
CO-CO ( )
Type of the arc quenching 灭弧方式
self quenching自能式( )
Puffer压气式 ( )
Force curves of opening & closing (with or without switching loads) measured at the CB and/or at the existing drive are required.
需提供空载或有载分合闸操作时, 在断路器或现有操作机构处测得的力的曲线
Stroke of the CB断路器行程 (mm ± mm)

Stroke of the drive机构行程 (mm ± mm)

Contacts overlap超行程(mm)

Accelerating forces by opening
分闸加速力(N)
at the begin 开始时

at the end 结束时

Accelerating forces by closing合闸加速力(N)
at the begin 开始时

at the end 结束时

Stored energy for opening at the O-block pressure
分闸-闭锁油压下的储能分闸操作功(kJ)
11.2
Calculation method of the stored opening energy
分闸操作功的计算方法

Stored energy for closing at the CO-block pressure
合分-闭锁油压下的储能合闸操作功(kJ)
3.7
Calculation method of the stored closing energy
合闸操作功的计算方法

Opening speed of CB-chamber at the pump-off pressure 油泵停止油压下灭弧室的分闸速度 (m/s)
8.1±0.4
Opening speed of CB-chamber at the O-block pressure分闸-闭锁油压下灭弧室的分闸速度 (m/s)
9.1±0.7
Definition of the opening speed
分闸速度的确定方法
刚分点至总行程30%
Closing speed of CB-chamber at the pump-off pressure油泵停止油压下灭弧室的合闸速度 (m/s)
3.1±0.4
Closing speed of CB-chamber at the CO-block pressure合分-闭锁油压下的灭弧室的合闸速度 (m/s)
3.0±0.3
Definition of the closing speed
合闸速度的确定方法
总行程20%至刚合点
Equivalent moving mass等效运动质量(归化到操作机构活塞杆) (kg)
63
Friction forces at different contact overlaps主触头和电弧触头的摩擦力(N)
Main contact主触头 :
Arc contact 电弧触头:
Opening time at the pump-off pressure油泵停止油压下的分闸时间(ms)
28~36
Closing time at the pump-off pressure油泵停止油压下的合闸时间(ms)
77~97
No. of opening release 分闸电磁铁数量
2
根据以上相关信息机构厂商提供符合技术要求的机构。
我公司三相机械联动产品CYA6-2液压弹簧机构参数
项号
项目
单位
技术参数
1
电动机额定输出功率
W
1300
2
电动机额定电压
V
DC220/AC220
3
电动机额定电流
A
6
4
储能时间
s
≤120
5
活塞杆行程
mm
205
6
重量
kg
500
7
合闸电磁铁额定电压
V
DC220/DC110
8
分闸电磁铁额定电压
V
DC220/DC110
9
合闸线圈电阻（20℃）
Ω
（154.0±7.7）/
（39.0±1.9）
10
分闸线圈电阻（20℃）
Ω
（154.0±7.7）/
（39.0±1.9）
11
合闸操作功（额定/闭锁）
J
13200/11200
12
分闸操作功（额定/闭锁）
J
4100/3700
13
机构外形尺寸
mm
φ605×1058(高)

CYA6-2液压弹簧机构结构与工作原理
2 结构与工作原理
2.1 总体结构参见图1及图2。该操动机构包括五个模块：充能模块、储能模块、工作模块、控制模块、监测模块。
2.2 机械部分工作原理（参见图3、图4、图5）。
2.2.1 模块功能简介
工作模块（工作缸、活塞杆）采用常充压差动式结构，高压油恒压作用于活塞杆上端。分、合闸速度可通过相应的节流螺塞来分别调整。分、合速度在出厂时已完成调整，出厂后一般不用再进行调整。
充能模块（电机、油泵）通过电机带动油泵把液压油注入储能器，将电能转化成为液压能。
储能模块（储能活塞缸、储能活塞、碟型弹簧）在液压油的作用下通过储能器活塞压缩碟型弹簧并将液压能长期存储在储能活塞缸内，为断路器分、合闸操作做好必要的能量储备。
控制模块（电磁阀、换向阀）通过主控室给出的电信号命令使相应电磁阀打开阀口，使换向阀换向从而达到分闸或合闸的目的。
监测模块（行程开关、安全阀）通过对碟簧的压缩量的监测带动行程开关凸轮旋转来断开或闭合微动开关触点达到为主控室报警及自动闭锁的目的。当压力高于规定值时泄压阀自动开启达到保护机构的目的。
2.2.2 贮能过程（图5）
接通油泵电机10回路，电机带动油泵11运转，油泵输出的高压油同时进入3个储能活塞（2、8、12）的上端，推动储能活塞向下运动压缩碟簧进行储能。储能到位后弹簧行程开关1切断油泵电机，油泵停止运转，储能过程结束。当机构操作后或液压油泄漏到一定值时，弹簧行程开关接通油泵电机再次补压到油泵停转位置（储能到位）。
2.2.3 合闸操作（图3、图4）
断路器在分闸位置接到合闸命令使合闸电磁阀动作，换向阀切换至合闸状态，常充压差动活塞杆的下端与高压油接通，在差动原理作用下活塞杆快速向上合闸并带动辅助开关切换，动作过程中断开合闸回路为分闸做好准备。
2.2.4 分闸操作（图4、图5）
断路器在合闸位置接到分闸命令使分闸电磁阀动作，同时换向阀切换至分闸状态，使活塞杆的下端与低压油箱接通，由于活塞杆的上端为常高压液压油，因此活塞杆快速向下运动分闸并带动辅助开关切换，动作过程中断开分闸回路为合闸做好准备。
2.2.5 速度调整（图7）
分、合闸速度可通过控制阀处的合闸节流螺杆与分闸节流螺杆对分闸及合闸速度分别进行调整。我公司产品在出厂时已对分、合闸速度调整完毕，一般无需再作调节。如因特殊情况需要调整时，请联系我公司并由具有资质的专业人员来完成调节工作。
2.2.6 慢分、慢合操作（图5、图6）
进行慢分、慢合操作时应遵守下列步骤：
a) 切记应先将图6中的合闸位置闭锁销弹簧插头拔出，试验完后随即装上。
b) 断开图5油泵电机10的控制开关，用泄压阀13释放系统油压至零，然后关闭泄压阀。
c) 接通油泵电机，待油泵运转10～15秒后手动按下合闸（或分闸）电磁阀顶部的推杆进行慢合（或慢分）运动。
2.2.7 储能活塞行程的测量（见图3）
储能活塞在额定压力下行程为83.5mm±1mm，在未储能状态下用深度尺测量储能活塞缸12顶部到支撑环10的距离，随后打压至油泵电机停止后再用深度尺测量储能活塞缸12到支撑环10的距离两者之差应为83.5mm±1mm。报警及闭锁测量值见表3。该尺寸在出厂前已调整完毕，出厂后勿动。如因特殊情况需要调整时，请联系我公司并由具有资质的专业人员来完成调节工作。
2.2.8 行程开关的调整（见图8）
当储能活塞在额定压力下行程测量完毕后，通过旋转行程开关齿条下端的螺母1来调整凸轮的转角位置，通过万用表测量微动开关（见图8）触点2至其到达刚好断开位置即可。最后请拧紧锁紧螺母3。行程开关在出厂前已调整完毕，出厂后勿动。如因特殊情况需要调整时，请联系我公司并由具有资质的专业人员来完成调节工作。
2.2.9 安全阀的调整（见图9）
当储能活塞行程调整完毕后，将螺钉1旋至与圆柱销2刚接触，随后将螺钉1向反方向旋转1/2圈。然后通过调整螺钉6使轴销3与拉杆4的长槽的下端的间隙为1mm即可。最后请拧紧锁紧螺母5。安全阀在出厂前已调整完毕，出厂后勿动。如因特殊情况需要调整时，请联系我公司并由具有资质的专业人员来完成调节工作。

1-低压油箱 2-油位观察窗 3-活塞杆 4-泄压阀操作手柄 5-泄压阀
6-碟簧装配 7-合闸电磁阀 8-分闸电磁阀I 9-分闸电磁阀II
10-换向阀 11-电机充能模块 12-碳刷 13-储能模块 14-弹簧行程开关

图1 CYA6-2液压弹簧机构

1-连接法兰 2-辅助开关 3-连接块 4-导向块 5-辅助开关
图2 CYA6-2辅助开关侧结构

1-辅助开关 2-低压接头 3-合闸节流螺杆 4-合闸控制阀 5-分闸控制阀
6-换向阀 7-分闸节流螺杆 8-控制模块 9-碟簧组 10-上支撑环
11-储能活塞 12-储能活塞缸 13-油位观察窗 14-在此测量储能活塞行程

图3 CYA6-2液压操动机构合闸位置

图4 CYA6-2液压操动机构分闸位置

1-行程开关 2-储能模块 3-分闸节流螺杆 4-换向阀 5-分闸电磁阀
6-合闸电磁阀 7-合闸节流螺杆 8-储能模块 9-排油阀 10-油泵电机
11-油泵 12-储能模块 13-泄压阀/安全阀
图5 CYA6-2液压机构俯视剖面图

操作
操作说明
以下章节包含对CYA6-2液压弹簧机构机芯的操作及手动操作说明。
油泵启动及内部密封检查
液压系统所用的密封圈能保证其密封性。但阀内机械密封部位的极少泄漏将导致压力的损失，这些损失将由油泵的自动补压来补偿。
在断路器不操作的情况下，油泵每天可允许启动20次（300次/月）。当一天中油泵启动次数超过10次以上时，应对操动机构进行检查。当测定油泵启动次数时，可由油泵启动总次数减去开关操作（合闸或分闸）导致的油泵启动次数。在合闸及分闸位置，应至少在8小时内持续进行密封检测。检测步骤是将断路器分别置于合闸及分闸位置，并将碟簧系统储能完毕，然后断开油泵电机供电电源或切断电机回路中的8D2自动开关，以防止油泵自动启动。
以下数据要在检测记录中记录：
━━ 保压时间；
━━ 碟簧行程差异。
注1：油泵每天启动10～20次应检测操动机构；
注2：油泵每天启动超过20次则应和制造厂联系。
操动机构维修时的注意事项
a) 当对操动机构进行维修时，断路器应该退出电网处于维修状态;
b) 断开油泵电机电源;
c) 慢慢压转机构上的泄压阀手柄，对碟簧和液压系统卸载。
操动机构的手动操作
通过手按电磁阀的电磁铁芯可以对断路器进行操作。手动操作手柄仅用于在维修时检查动作的正确性。在手动操作中，机构油压或断路器灭弧室SF6气体压力处于闭锁压力状态时，电气闭锁回路动作。
注：严禁运行状态中进行手动操作，其仅用于维修状态操作。
开关的慢动操作
开关的慢动操作需要一定的经验和对机构性能的了解，否则可能引起设备故障或危及人身安全，请务必注意遵守操作规程。
撤销合闸位置机械闭锁
由于维修工作的需要，开始维修时要把装配好的合闸位置机械闭锁装置中的弹簧插销拆除。弹簧插销的位置见图6。在结束维修工作后要把合闸位置机械闭锁装置中的弹簧插销重新装好，否则合闸位置机械闭锁装置不起作用而可能出现慢分情况。
充能模块
操作机构的油泵电机是为短时操作而设计的，不适合用于连续操作。为防止过热，允许每小时20次合分操作。约5年以后应检查电极碳刷。碳刷的长度少于5mm时，应对其磨损部分进行更换。（见图7）
油位及操动机构液压油的充入
液压弹簧机构在出厂前已充入足够的储备量的液压油，液压机构在额定工作压力时从测量观察窗中能看到液压油说明有足够的液压油用来执行开关操作。（见图10）
当完成检修或液压油有损耗时，则应给操动机构重新加入液压油。操动机构加入的液压油为10号航空液压油。操动机构初次加油或再次注油（如维修后）时均需用真空泵。应注意操作说明中有关真空泵的用法。若油位过低，将通过图10所示的连接方法进行注油。
注油时应按以下步骤进行：
a) 泄压阀打开（见图1序号4），排油阀关闭（见图10）；
b) 真空泵连接到低压油连接器上，被注油液通过滤油器与排油阀相连；
c) 用真空泵使液压系统低压腔压力小于100mbar（10kPa）；
d) 将真空泵接通，打开排油阀给操动机构加油，直至油位到观察窗的上限；
e) 关闭排油阀等待约2分钟；
f) 产生一个10～15mbar的真空，保持该真空约5分钟左右，关闭排油阀,交替启动分、合闸电磁阀；
g) 移开真空泵，关闭低压油连接器；
h) 压转泄压阀压力释放手柄（溢流阀关闭），通过启动油泵使碟簧系统储能，并合、分机构数次；
i) 当操动机构加载至额定位置（垂直放置时），油位将如图10所示，可以从观察窗中看到；
j) 如图10所示，油位的高低可通过低油压连接器重新注入或通过排油阀排放来进行修正。
注油及抽真空完成后，前5次合、分闸操作不用来评价操动机构的运动特性（如同期性）。要特别说明的是，当有空气渗入到操动机构的液压系统时，则必须对操动机构重新抽真空。
3.2 操作速度的调整
操动机构的操动速度在出厂前已设定好。只在确有特殊需要时，在经得我公司具有资质的技术人员同意的情况下，由我公司专业人员进行调整或重新设置。分闸或合闸的操作速度可用控制模块上的节流调速螺杆来进行分别调整。操动机构的调整只可在碟簧系统完全卸压的状态下才能进行。卸压可通过在不给电机通电的情况下，操作泄压手柄来完成压力的卸载。
具体调整方式如下（见图11）：
首先将压力完全卸载掉，松开节流阀的锁紧螺母3，通过调整节流阀螺杆4来调整分闸速度，调整节流阀螺杆8来调整合闸速度。向右旋转节流阀螺杆时操作速度将减慢，向左旋转节流阀螺杆时操作速度将加快。调整完毕后应重新拧紧锁紧螺母。

1-碳刷 2-油泵电机 3-锥齿轮 4-放油阀 5-偏心轴 6-逆止阀 7-液压泵

图7 充能模块

图8 行程开关

图9 安全阀

图10 机构注油

1-分闸电磁阀I 2-分闸电磁阀II 3-锁紧螺母 4-分闸节流螺杆
5-和闸电磁阀 6-控制模块 7-高压连接器 8-合闸节流螺杆

图11 控制模块