许健 张惠灵
（国网河北省电力有限公司检修分公司 河北石家庄 050070）
摘要：高压开关断路器的分、合由其操作系统控制。一旦操作系统发生故障，高压开关断路器将无法实现闭合开关的功能。文中重点分析了高压断路器液压操动机构的工作原理和常见故障，提出了高压断路器液压操动机构在线监测系统构建的关键和重点，并对构成单元做了详细的分析，对各电力企业具体工程中在线监测系统构建具有参考价值。
关键词：高压断路器；液压操动机构；在线监测系统；研制
液压机构结构紧凑，传动功率大，运行可靠，广泛应用于高压开关断路器的操作控制中。高压断路器液压操作机构的工作性能对断路器的性能和可靠性有很大的影响。然而，由于液压机构承受高压、液压油的压缩性和温度敏感性等特点，液压机构的故障概率较高，高压断路器的操作次数少，导致对机构失效的发现和修理都不及时，这对变电站的安全运行构成了极大威胁。传统的维修和故障诊断方法仅靠设备台帐、操作记录和故障前的异常情况定怎样进行。这种维修和故障诊断方法是一种静态和离线的操作方法，时效性差，不具备自动判别和诊断能力，因此不能很好地进行故障诊断和故障分析。不能保证设备的正常可靠运行，在一定程度上也影响了电力系统的可靠性和经济性。
1液压操作机构工作原理及常见故障分析
1.1高压断路器液压操作机构的工作原理
高压断路器液压操作机构由储能部件（蓄压、油泵、马达等）、执行元件（分压开关第一阀和两级阀）、控制元件（预门级阀和预关闭级阀等）和辅助组合四部分组成。
马达驱动油泵将液压油泵入压力容器中，以压缩储层中的氮气或弹簧，并增加压力。当储压器中的液位达到极限位置时，油泵停止打压，微动开关动作，打压闭锁。当断路器闭合时，大量能量储存在氮气或弹簧中以释放能量。能量通过液压油被传递到工作缸中的活塞上，操作断路器关合闸由液压系统控制，高压液压油之间的压差用于活塞上的动作。
1.2操动机构常见故障分析
1.2.1液压机构的常见故障主要是由液压油泄漏引起的。液压油从固定部件或相对运动部件渗出，即形成泄漏。液压油的高压室通过阀芯的配合间隙流入低压室，称为内泄漏。泄漏主要是由压差和间隙引起的。泄漏通常会导致油箱中的油位降低，导致油泵频繁启动。
1.2.2外部泄漏主要有以下三个原因：一是液压管线被拧紧时，由于扭矩不足或过大而接头松开，或者外套上的密封线变宽；二是管线接头损坏或断裂：三是密封环或衬垫长时间使用导致损坏。
1.2.3内部泄漏主要有以下两个原因：一是液压弹簧操作机构部件的磨损和老化；二是由于冲击次数太多而导致阀体密封不严，从而导致密封磨损。
2液压操作机构在线监测系统研制
2.1选题理由及课题分析
经过几十年的研究，断路器状态监测技术取得了长足的进步。在国内外的成形技术中，状态监测过程主要包括信号采集、特征提取和状态诊断三个步骤。各研究机构工作的主要区别在于特征提取和状态诊断方法。不同的方法对断路器的一些故障是比较有效的，有些甚至达到了成功率的100%。但目前，液压操作机构的监测仅是通过在线监测油泵和控制阀线圈的电压和电流来判断液压操作机构的工作状态。当液压操动机构出现泄漏时，很难通过这些监测手段来判断泄漏的位置。通常仅通过拆除维修的方式，这种拆卸和维护有时会引入一些新的故障。从这些问题上来考虑，构建在线监测系统具有重要的现实意义。
课题中提出的监测方法是通过液压执行机构在各级液压执行元件上的压力和流量参数值来检测故障，并通过测量压力和流量的变化来定位故障位置。并通过深入分析诊断故障的原因和故障定位。
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2.2在线监测系统的设计
2.2.1液压操动机构在线监测单元构建
液压操动机构在线监测系统由蓄能油缸压力监测单元、第一级阀出口压力监测单元、储能罐高压区流量监测单元、一级阀出口流量监测单元等组成。监测单元前阀的出油口、阀出口的流量。量监测单元和监视器显示单元组成。各在线监测单元的信号输入端与安装在液压操作机构上的传感器相连，各信号的输出端与变电站的计算机监控系统电连接。
2.2.2压力监测单元构建
压力监测单元包括压力传感器、信号调理电路、A/D转换模块、中央处理器和数据存储模块，分别安装在储能缸的高压区域和第一级阀的出口管中。所测量的液压油压信号由调理电路和A/D转换模块处理，将数字信号转换成数字信号，然后由中央处理器记录和存储数字信号，并用预设数据对数字信号进行分析和处理。然后将相应的位置液压油工作压力状态指示信号输出到监控和显示单元。
2.2.3流量监测单元构建
流量监测单元主要包括非接触式超声波流量传感器、信号调理电路、A/D转换模块、中央处理器和数据存储模块。非接触式超声波流量传感器安装在储罐高压区、第一级阀出口管和阀门出口管的出口管中。液压油流量信号由调理电路进行处理，并通过A/D转换模块转换成数字信号。数字信号由中央处理器进行记录和存储，并利用预置数据分析数字信号，然后将监测和显示单元发送到监控和显示单元液压油流量状态指示信号的对应位置。
2.3故障监测显示和诊断过程
故障诊断过程的监测和显示单元可以实时显示上述监测单元测量的压力或流量值，并区分异常区域。上位机监控系统可以对数字信号进行分析处理，并进行故障诊断。
2.3.1如果监控单元测得的储层压力大于一级阀关闭时的出口压力，上位计算机监控系统提示前级阀不能正常开启。
2.3.2如果监控单元测量的油缸压力等于一级阀的出口压力，上位计算机监控系统表明前级阀不能正常打开。
2.3.3在合闸状态下，当储能油缸的压力和第一级阀的出口压力大于设定值时，储能罐的高压区的流量大于零时，一级阀的出口流量、在分流闸门前阀出口流量、阀出口流量均为零。上级计算机监控系统提示为二级内泄或高压管道泄漏。
2.3.4在合闸状态下，当储能油缸的压力和第一级阀的出口压力大于设定值P时，储能罐的高压区的流量大于零时，一级阀的流量、分流门的流量和合闸阶段前阀的排出流量均为零，前级阀的出油口流量大于零。上级计算机监测系统显示了前级阀的泄漏。
2.3.5在分闸状态下，当监测单元测得的减压比大于设定值P时，储能罐高压区的流量大于零时，一级阀出口在分流闸门处的流量、合闸前阀出口流量和阀出油口出口流量均为零，上位计算机监控系统建议关闭两个关闭口。液位阀内部泄漏或高压管道泄漏。
结束语：
高压断路器液压操作机构是液压机构与传感技术、微电子技术等新技术的结合，使液压机构的工作量化，其可控性和可检测性更强。这种情况下，高压断路器液压操作机构的在线监测装置应运而生。通过该装置的构建，不仅能实时监测断路器液压操动机构的工作状态，而且能快速分析故障发生时的故障原因，缩短维修时间，保证供电质量。
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论文作者:许健,张惠灵
论文发表刊物:《河南电力》2018年6期
论文发表时间:2018/9/10
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