500kV交流场断路器液压弹簧机构的结构与工作原理
LW10B-252型220kV断路器液压机构原理及打压异常的分析
LW10B-252型220kV断路器液压机构原理及打压异常的分析邮编:570300一、前言500kV福山变电站共在运7组河南平顶山高压电气股份有限公司LW10B-252型220kV液压机构断路器，2009年6月投运至今已超过10年时间，断路器液压机构主要部件存在老化及性能降低的风险，日常运行中曾多次发现断路器打压异常的缺陷，本文通过介绍设备原理及结构，了解相关设备缺陷的特征表象，熟悉相关运维措施及应急处置流程，为现场人员开展处置提供一定参考。
二、断路器液压机构工作原理2.1 电气控制回路原理图1 储能电机启停控制回路图3 油压整定值设定表1 储能电机启停控制回路元件表KT电机打压时间继电现场设定为40S器EHP热继电器电机过载时，能动作切断回路电机打压控制回路说明：1）正常运行方式下，储能电源空开QF1在合闸位置，当油压值下降到≤25±1MPa时，KP5的1-2接点接通，KP6的1-2接点接通，电机正常时热继电器EHP不动作，95-96接点闭合，储能电机启动继电器KM带电励磁，1、3、5接点闭合，73-74接点闭合，储能电机启动，油泵开始打压。
信号回路中的144-145接点闭合，后台报“油泵打压动作”信号，电机打压时间继电器KT带电。
2）当油压升高至26±1MPa时，KP5的1-2接点断开，KP6的1-2接点还在闭合位置，此时储能电机仍在转动，油泵继续打压，电机打压时间继电器KT带电。
3）当油压升高至大于26±1MPa时，KP6的1-2接点断开，储能电机启动继电器KM失电失磁，油泵打压完毕。
电机打压时间继电器KT失电，信号回路中的144-145接点断开，后台报“油泵打压复归”信号。
4）当油泵打压2min-2.5min后油压值仍未大于26±1MPa时，电机打压时间继电器KT动作，15-16接点断开，储能电机启动继电器KM失电失磁，油泵停止打压，信号回路中的142-143接点闭合，后台报“油泵打压超时动作”信号。
断路器(弹簧机构)动作原理及两起合后即分故障案例分析
断路器（弹簧机构）动作原理及两起合后即分故障案例分析本文在介绍弹簧机构的结构、动作原理的基础上，分享几起合后即分的故障案例，分析故障产生的原因并提出后续工作建议。
一、弹簧机构动作原理敞开式断路器和组合电器断路器用CT30弹簧机构结构及动作原理如图1~图4所示。
弹簧操动机构分、合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。
储能电机通过棘爪、棘轮给合闸弹簧储能。
1415161-分闸弹簧2-合闸弹簧3-合闸掣子4-合闸线圈5-合闸触发撞杆6-分闸线圈7-合闸保持掣子8-分闸掣子9-限位挡块10-拐臂11-棘爪12-凸轮13-棘轮14-分闸掣子15-复位弹簧16-滚轮图1合闸位置（合闸弹簧储能）图2分闸操作过程图3分闸位置（合闸弹簧储能）图4合闸操作过程如图1、图2所示，分闸操作时，分闸电磁铁吸合，分闸电磁铁撞杆触发分闸掣子，分闸掣子逆时针旋转，合闸保持掣子在拐臂的分闸力矩作用下逆时针旋转，分闸弹簧带动拐臂顺时针旋转，分闸弹簧释放能量完成分闸。
分闸操作是一套独立系统，分闸弹簧释放的能量仅作用于断路器分闸。
如图3、图4所示，合闸操作时，合闸线圈带电吸合，并使合闸撞杆撞击合闸掣子。
合闸掣子以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。
并同时压缩分闸弹簧，使分闸弹簧储能。
当主拐臂转到行程末端时，分闸掣子和合闸保持掣子将轴销锁住，开关保持在合闸位置。
合闸弹簧释放的能量主要分为两部分，一部分用于断路器合闸，另一部分用于机构分闸弹簧储能。
二、案例1复位弹簧弹力不足（一）故障概况2020年5月25日20时08分53秒，500千伏某站在合上220kV4965开关操作过程中（配合对侧送电，某站站内无工作），在合上4965开关时，A相未正常动作，B、C相正常合闸，三相不一致动作，开关三跳，无其他保护动作。
4965间隔为GIS设备，设备型号为ZFW20-252，弹簧机构型号为CT30，出厂日期2013年12月8日，投运日期2014年6月30日。
断路器液压弹簧机构结构原理及检修工艺
1、工作缸缸体 2、合闸侧套 3、合闸缓冲套 4、活塞杆 5、组合密封圈 6、分闸缓冲套 7、分闸侧套
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工作原理
功能
油泵电机打压，油泵将低压油箱的油打压至储能缸，储能缸活塞向下运动压缩碟形弹簧 进行储能。碟形弹簧的力特性平滑，使得操动机构拥有更优的操作特性，碟形弹簧与行 程限位开关相连并受其控制，限位开关可以发出机构的补压、闭锁、报警等信号。完整 的操作循环为：O-CO-CO，CO-CO，O-CO，CO和O。
图1：机芯结构组成
图2：扩展型机芯
1.辅助开关连接结构 2.连接支架 3.辅助开关 4.携动件 5.耦合件
1.充压模块 2.储能模块 3．工作模块 4.控制模块 5.监测模块 6.充油接头 7.油标 8.泄压手柄 9.底板（5型） 10.底板（2型） 11.防凝加热器 12.塑料外壳 13.连接盖 14.运输端盖 15.开关位置指示
手动泄压杆
碟簧储能状 态指示器 自动安全压 力泄压装置 碟簧行程开关
高压泄压阀
控制模块
控制模块是一个两级阀控制系统， 由分/合电磁阀和主换向阀组成。
通过控制工作缸合闸侧的压力来决 定操作机构的分合闸。控制模块内置 分、合闸调速截流阀来控制操动机构 的速度。内置测压接头用于出厂的压 力监测。
合闸电磁阀
当油泵打压, 储能缸压缩碟簧 时支板恢复垂直状态不再卡住 活塞导向块，机构可正常操作。
工作模块
工作模块是液压机构的主体部分，主要由工作缸和活塞 杆构成，通过活塞杆的往复动作带动断路器分、合闸。
工作缸是操动机构的核心组件, 工作缸体由高强度航空 用铝合金制造, 通过硬质阳极氧化及衍磨提高其耐磨性, 工作缸提供与其它模块的连接界面, 是整个机构的基础.
断路器弹簧机构原理
断路器弹簧机构原理
断路器弹簧机构是用于断开或关闭电路的设备。
它由操作机构和弹簧机构两部分组成。
操作机构通常包括手柄、旋钮或拉杆等。
当手柄位于闭合位置时，断路器处于闭合状态，电流可以流通过断路器。
当手柄被拉向断开位置时，断路器被打开，电路中的电流被切断。
弹簧机构则负责为操作机构提供闭合力和断开力。
当手柄从闭合位置拉向断开位置时，弹簧机构开始储存能量，直到手柄到达断开位置。
这时，弹簧机构释放储存的能量，以一定的速度将手柄拉向闭合位置。
这样，断路器能够迅速闭合，以防止电路中的电流冲击和过载。
断路器弹簧机构的运行依赖于机械原理。
弹簧被拉伸时储存能量，通过释放能量实现快速闭合。
同时，合适的设计保证了弹簧能够提供足够的闭合力和断开力，以满足安全要求。
总之，断路器弹簧机构通过操作机构控制闭合和断开状态，并借助弹簧机构提供闭合力和断开力，以确保电路的安全运行。
断路器弹簧操动机构介绍
断路器弹簧操动机构介绍一、断路器弹簧操动机构的组成1.弹簧：弹簧是断路器弹簧操动机构的核心部件，通过对弹簧的张紧储备一定的弹能，当需要断开电路时，通过释放弹簧的弹性能量来实现快速断开。
2.手动机构：手动机构是用于对弹簧进行张紧和释放的机构，主要包括手动动作机构和手动存储弹簧机构。
手动动作机构通过手动操作杆或手轮来对弹簧进行张紧或释放，而手动存储弹簧机构则用于将手动张紧的能量储存在一个可释放的机构中，以方便在需要时快速释放。
3.动作机构：动作机构是连接弹簧和断路器断开触点的部分，通过弹簧操动机构的动作来实现断路器的闭合和断开。
动作机构一般采用连杆机构，通过转动轴让触点运动实现闭合或断开。
4.控制电磁铁：控制电磁铁是断路器弹簧操动机构的辅助部件之一，通过对电磁铁的控制来控制断路器的闭合和断开动作，以实现对电路的控制。
二、断路器弹簧操动机构的工作原理断路器弹簧操动机构的工作原理是利用储存在弹簧中的弹性能量来实现断路器的快速关闭。
在正常情况下，断路器的弹簧被手动机构张紧，这时断路器处于断开状态，当电路发生故障时，控制电磁铁被触发，电磁铁产生磁力将断路器的触点吸合，然后释放弹簧的弹性能量，通过动作机构的传动将触点迅速拉开，从而实现断路器的闭合动作。
当电路故障排除后，人工操作手动机构将弹簧重新张紧，断路器恢复至断开状态。
三、断路器弹簧操动机构的特点1.快速断开能力：断路器弹簧操动机构通过弹簧的释放来实现快速断开电路，能够在电路故障发生时快速将电路切断，保障电力设备和人员的安全。
2.高可靠性：断路器弹簧操动机构采用高强度的材料制造，具有较高的机械强度和抗疲劳性能，能够保证长时间使用的可靠性。
3.灵活性：断路器弹簧操动机构采用手动机构和控制电磁铁相结合的方式进行操作，可以根据需要手动或自动控制断路器的闭合和断开动作。
4.操作简便：断路器弹簧操动机构的手动机构设计简单，操作方便，能够满足不同场合的需求。
5.自动重合闸功能：有些断路器弹簧操动机构还具有自动重合闸功能，在电路故障排除后，能够实现自动闭合电路，提高电能的利用效率。
断路器操作机构及二次回路基础知识介绍
2.3 二次回路原理图
合开闸关回二路次回路要通过继电器远方及其常开常闭触点的就组地合来实现分合闸（正手电 动、电动，就地、远方）、控制回路（油压低闭锁、漏氮闭锁、气压低闭
锁）、三合相闸到不位一致延时分闸、防跳、电动机和油泵控制以及各种信号回路。
S1LA（31/32,41/42）开断 S1LA（157/158） 闭合
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1.1 操作机构的基本知识
1. 操作机构的功能
断路器的操作机构是独立于断路器本体以外的机械操动装置，通 过它可以进行断路器的分合闸操作，其组成逻辑框图如下：
能源
操动 机构
传动 机构
提升 装置
触头
分合 命令
分合 指示
分合 指示
缓冲 装置
2. 操作机构的基本要求
（1） 具有足够的功率，保证所需的分合闸速度； （2） 能够维持断路器在合闸位置，不产生误分闸； （3） 具有自由脱扣、防跳、防慢分、自动复位、闭锁等功能； （4）控制回路可靠，保证分合动作准确连续；
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1.2 液压操作机构的组成
储能模块包括储能机构与动力机构。 ➢ 储能机构：储能活塞、储能介质（氮气筒、碟簧）；压力平衡原理 ➢ 动力机构：电动机、油泵等；将低压油变为高压油，电能变为机械能
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1.2 液压操作机构的组成
控制模块主要由2个分闸电磁阀、1个合闸电磁阀及换向阀组成； 主要功能：接受分合闸命令使阀门开闭，改变油回路，达到分合闸目的。
合闸命令仍然存在
就地远方 转换开关
行程开关
防跳继电器线圈K7得电 K7触点7-9转到7-8
防跳继电器线圈自保持
合闸中间继电器
防跳试验： 转换开关选择就地、按下合闸按钮（不松手） 按下分闸按钮——跳闸不再合闸
500kVGIS断路器操作机构渗油处理及分析
500kV GIS断路器操作机构渗油处理及分析摘要：500kV GIS断路器的动作是由液压机构工作缸提供动力，通过活塞杆、外拐臂、导向杆、内拐臂，驱动触头运动，从而实现分、合闸。
渗漏情况持续发展或严重时，可引起液压储能压力不能保持，造成油泵频繁启动、复位或液压系统失压故障。
影响了断路器的运行可靠性，对电网安全也构成威胁。
关键词：液压系统；渗漏；压力1 概述2018年8月，某电厂对GIS设备巡检时发现500kV GIS断路器部分操作机构存在轻微渗油现象，现场检查油位均在正常范围内，定期巡检比较油位基本无变化。
对油迹进行擦拭，定期巡检观察，没有发现渗漏增大的现象，三相操作压力均正常。
2 现场检查情况对500kV断路器的操作机构进行检查，发现渗油现象普遍存在，并且渗油位置相同，渗漏程度类似，均为工作缸密封面处积有油迹。
现场检查油位在正常范围内，断路器三相操作压力均为正常。
对油迹进行擦拭，定期巡检观察，没有发现渗漏增大的现象。
3 GIS断路器液压操动机构工作原理此电厂500kV GIS路器操作机构为密封结构，操作机构整体密封在内部，断路器为分相式结构，每相断路器配置独立的液压操作机构，液压操动机构采用模块化集成结构，其结构布置见下图。
图1液压操动机构液压系统包含的液压元件有：油箱(1)、油泵电机(2)、油压开关(3)、工作缸(4)、辅助开关(5)、油压表(6)、贮压器(7)、信号缸(8)、控制阀(9)、分闸电磁铁(10)、合闸电磁铁(11)。
贮压：接通电源，电机带动油泵转动，油箱中的低压油经油泵电机进入贮压器上部，压缩下部的氮气，形成高压油。
由于贮压器的上部与工作缸活塞上部及控制阀、信号缸、油压开关相连通，因此高压油同时进入图中所示高压区域，当油压达到额定工作压力时，油压开关的相应接点断开，切断电机电源，完成贮压过程。
合闸操作：当液压操动机构处于分闸位置时，工作缸活塞上部处于高油压状态，活塞下部与油箱连通处于零压状态。
高压断路器液压机构原理
高压断路器液压机构原理高压断路器的液压机构，就像是一个力量的魔法盒，在电力系统里起着至关重要的作用。
液压机构里有个储压器，这储压器就像一个能量的大仓库。
它里面储存着高压的液体，就像仓库里堆满了珍贵的货物。
当高压断路器需要动作时，比如要断开或者闭合电路，就像要开启或者关闭一扇沉重的大门，这时候储压器里的高压液体就会像一群充满力量的小助手，迅速出动。
这些液体通过管道传输，管道就像一条条高速公路，让液体能够快速地到达它们该去的地方。
液压机构里还有工作缸，工作缸就像一个大力士的肌肉。
那些从储压器涌来的高压液体进入工作缸后，就像给肌肉注入了能量，让工作缸能够产生强大的推力或者拉力。
这推力或拉力作用在断路器的触头系统上，触头系统就像一扇门的开关把手。
当需要断开电路时，工作缸发力，就像大力士用力拉开把手，触头快速分离，电流就像奔腾的河流被截断，戛然而止。
要是没有液压机构提供这么强大的力量，触头能这么干脆利落地分开吗？那电流可就像失控的野马，会造成各种危险的电力故障。
在这个过程中，液压油就像魔法盒里的魔法药水。
它不仅要传递力量，还得保证整个系统的顺畅运行。
液压油得有合适的黏度，就像魔法药水得有合适的浓度。
如果太稠了，就像胶水一样，在管道里流动起来慢吞吞的，那高压断路器的动作肯定会延迟，这在分秒必争的电力系统里怎么行呢？如果太稀了，又像水一样缺乏力量的传递性，就像拿根软面条去推动重物，根本起不了作用。
液压机构还有控制元件，这些控制元件就像魔法盒上的各种机关按钮。
它们可以精确地控制液压油的流向和压力，就像机关按钮可以精准地控制魔法盒的各种功能。
比如在合闸或者分闸的过程中，控制元件能让液压油按照预定的路线和压力去推动工作缸，让整个动作有条不紊地进行。
要是这些控制元件出了问题，就像魔法盒的机关按钮失灵了，那液压机构不就乱套了，高压断路器还怎么正常工作？密封元件在液压机构里也不可或缺。
它们就像魔法盒的密封条，把液压油紧紧地密封在系统里。
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500kV交流场断路器液压弹簧机构的结构与工作原理
1．概述
某换流站500kV交流场采用新东北电气（沈阳）高压开关有限公司生产的LW56-550/Y4000-63型断路器，该断路器操动机构采用HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构。
HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构利用了现代化制造技术和模块化组装技术的优势，具有碟簧储能、液压油传递力和转换能量的双重优越性。
2．HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构的结构
HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构采用模块设计，五个主要功能模块用螺栓和工作缸联接，便于维修。
这些功能模块是：动力模块、工作模块、储能模块、监视模块和控制模块。
2.1 动力模块
动力模块（如下图1、图2所示）由电动机、齿轮传动装置、偏心转轴及柱塞泵等组成。
用法兰装在工作缸外部。
油标安装在低压油箱外侧，以便观察油位。
图1 储能电机图2 动力模块
2.2 工作模块
工作模块包括工作缸、工作缸活塞杆缓冲系统。
工作缸是操动机构的关键零件。
所有其它模块都用法兰径向装在工作缸的周围。
这些模块与工作缸间用密封联结件作为液压油的通道，不需要采用任何管道。
2.3 储能模块
储能模块采用安装在碟片弹簧装置上部的三个蓄能活塞储蓄能量。
碟片弹簧装置采用八个双片弹簧，正反叠装，以取得较大作用力。
三个储能活塞直接作用在碟片弹簧装置上，确保一定的油压，建立一定的碟簧压缩变形量。
机械储能的优点是长期稳定、可靠和不受温度影响。
图3 工作模块图4 储能模块
2.4 监测模块
监测模块（如下图5所示）由带凸轮装置的限位开关、位于碟片弹簧装置圆盘上的齿条齿轮啮合装置、标志碟片弹簧压缩量的信号灯和压力释放阀等组成。
限位开关监测碟片弹簧的储能状态。
由于限位开关的转动与碟片弹簧的轴向运动关联，可以直接反映后者的储蓄能量值。
且这一测量值不受温度影响。
限位开关可以对电磁阀分、合闸操作进行闭锁，以防止碟片弹簧压力变形不满足规定值，而出现断路器误操作。
断路器进行分、合闸操作造成的油压降低，通过限位开关可控制油泵自动启动打压，以补充能量。
如果因为规定保压时内部泄漏造成的压力降低，油泵也会自动启动打压。
控制压力释放和加压的压力释放阀装在限位开关的上方。
2.5 控制模块
控制模块（如下图6所示）装有调速螺栓，可精密调节断路器的分合闸速度。
一级阀位于控制模块座上，与工作缸、低压油箱、储能模块相连通。
一级阀中的活塞动作由电磁铁控制。
图5 监测模块图6 控制模块
3．HMB-8.3型弹簧储能液压操动机构的工作原理
3.1 操作方式
低压油箱中的低压油经液压泵打压成高压油，流向配碟形弹簧的三个储能活塞。
当液压泵停止打压时，单向阀（逆止阀）自动关闭，防止高压油流入低压油箱。
三个储能活塞均布在工作缸周围，其作用力不变。
在规定的压缩变形范围内，碟形弹簧具有稳定的弹力特性，保证断路器的固有机械特性。
与单个碟形弹簧相比，本机构所采用的碟形弹簧装置由多个碟形弹簧组成，即使一个弹簧失效，也能保证断路器可靠动作。
AHMB-8.3型液压弹簧操动机构总体结构如下图7所示。
限位开关监视碟形弹簧装置在每个工况条件下的变形压缩量。
根据需要限位开关可控制液压泵电动机运转：当油压过低状态，在O-CO、CO、O等操作循环时，可进行操作闭锁并发出报警信号。
限位开关具有标志碟形弹簧负载状态的位置监测功能。
当断路器进行操作或不操作但储能时间较长时，均会造成油压降低现象。
这时，液压泵会自动启动建立额定压力，使断路器机械特性能在各个工况条件下均能得到保证和监视。
基于差动原理，操动机构的工作缸活塞可提供断路器需要的操作功及在分、合闸位置的支撑力。
降低工作缸活塞的运动速度并增大液压系统的效率，可促使工作缸活塞增加传递的动力，以满足开断大电流时增大操作力的要求。
附装在工作缸活塞的缓冲系统，将建立足够的阻尼作用力，使断路器运动能平稳停止，并可以最大限度地减轻对断路器及基座的冲击载荷。
1 油泵电机
2 油泵3碟形弹簧4行程开关 5 压力释放阀 6 工作缸
7 一级阀8二级阀9辅助开关10 低压加热器11储能缸
图7 HMB-8.3型液压弹簧操动机构总体结构
3.2 合闸操作
合闸时合闸电磁铁和一级阀动作，二级阀在高压油作用下，转换到合闸位置，将高压油注入工作缸活塞下方。
工作缸活塞上下方均为高压油。
由于活塞下方面积大于上方面积，工作缸的向上作用力使断路器转向合闸位置。
工作缸活塞的缓冲系统在合闸过程即将终止时产生阻尼作用，以降低合闸冲击力。
液压支撑力确保工作缸活塞保持在合闸位置，如图8所示。
操动机构任何方式的操作都将造成碟形弹簧装置的压力降低和改变碟形弹簧的压缩变形量。
碟形弹簧压缩量的改变，将通过齿轮传动系统带动限位开关，使液压泵自动打压，使高压油腔中油压升高。
当达到额定油压后，液压泵自动停泵。
3.3 分闸操作
分闸时分闸电磁铁和一级阀动作，二级阀在高压油作用下，转换到分闸位置。
工作缸活塞下部的高压油注入低压油箱，工作缸活塞向下运动带动断路器转向分闸位置。
缓冲系统在分闸过程即将终止时，产生阻尼作用以降低分闸冲击力，液压支撑力确保工作缸活塞保持
在分闸位置，断路器处于分闸位置，并在工作缸活塞上下方差动力作用下，保持在分闸位置，如图9所示。
1 低压油箱
2 油位指示器
3 工作活塞杆
4 高压油腔
5 储能活塞
6 支撑环
7 蝶簧
8 辅助开关 9 注油孔 10 合闸节流阀 11 合闸电磁阀 12 分闸节流阀 13 分闸节流阀
14 排油阀 15 储能电机 16 柱塞油泵 17 泄压阀 18 行程开关
图8 已储能，合闸状态图9 已储能，分闸状态
3.4机械防慢分装置
断路器处于合闸位置时，一旦机构液压系统出现失压故障，支撑环5受到弹簧力的作用，向上运动h2，推动连杆3，连杆3带动拐臂1顺时针转动h3，支撑往下慢分的活塞杆，使断路器始终保持在合闸位置。
如图10所示a、b分别为正常工作状态和失压状态。
1 拐臂
2 弹性开口销
3 连杆
4 调整螺栓
5 支撑环
图10 机械防慢分装置原理图
待机构的故障排除后重新储能，在储能活塞的作用下，支撑环5向下运动压缩弹簧，连杆3在复位弹簧力的作用下，带动拐臂1逆时针转动，脱离活塞杆，恢复正常工作状态。