浅谈油缓冲器的特性研究及优化设计

浅谈油缓冲器的特性研究及优化设计

黄晓洋孔志武付亚旭王志峰郭锴

（平高集团有限公司河南平顶山467001）

摘要：本文通过研究弹簧操动机构分闸特性曲线与缓冲器结构的对应关系，应用此关系对缓冲器进行优化设计，并在样机上进行试验验证，试验结果表明，该方法设计的缓冲器，既能满足分闸速度要求，又可实现分闸末级缓冲曲线的优化。

关键词：弹簧操动机构；分闸特性曲线；缓冲器；优化设计

0前言

高压断路器作为高压开关电器设备中最重要模块，是电力系统中重要的控制和保护设备。而断路器的分合动作是通过操动机构实现的，操动机构不仅要保证断路器准确无误的开断和关合短路电流，并且要可靠地保持在分闸或者合闸位置上[1-3]。因此操动机构的性能优劣，直接影响着高压断路器的工作性能和可靠性。由于弹簧操动机构具有反应快、体积小、重量轻、结构简单、环境适应性强、操作噪声小、无漏油等优点，已广泛应用于操作功相对较小的各种自能式和半自能式灭弧室中。

高压断路器的分合闸速度较高，而触头的行程相对较小，为防止速度很高的运动部件在止位前发生剧烈地刚性碰撞而损坏，必须采用缓冲器将冲击能吸收并转化冲击载荷的运动能量。本文通过介绍高压断路器用弹簧操动机构缓冲器的结构工作原理并研究了分闸特性曲线与缓冲器结构的对应关系，应用此关系对缓冲器进行优化设计。

1缓冲器结构及动作原理

弹簧操动机构缓冲器主要由活塞、柱塞、大小缸体、弹簧、密封圈等组成，以液压油为工作介质，其结构示意图见图1。缓冲器主要通过弹簧力值、缓冲孔及活塞与小缸体之间的间隙等参数影响断路器分闸特性。

1-大缸体；2-分闸弹簧；3-液压油；4-缓冲孔；

5-小缸体；6-活塞杆；7-盖板；8-夹叉；

9-密封圈；10-柱塞。

图1弹簧机构缓冲器结构示意图

图1为弹簧机构缓冲器结构示意图，活塞在图1中左侧位置对应机构处于合闸位置。其具体动作原理为：当机构收到分闸指令时，活塞及杆6向右运动，A腔内油压升高，液压油3在活塞6作用下，从A腔通过缓冲孔4及活塞6与小缸体5配合间隙流向C腔、B腔，由于流量限制，在分闸到位前，活塞速度受到限制，分闸弹簧2部分能量转化为液压油的热能并散发掉，最终活塞6停留在分闸稳定位置；当机构收到合闸指令时，活塞6从分闸稳定位置向左运动，B腔内油压升高，合闸过程中液压油3通过缓冲孔4及活塞6与小缸体5配合间隙流向C腔、A腔，在合闸到位前由于流量限制使活塞平稳降速，合闸弹簧部分能量被液压油缓冲阻力吸收，最终活塞6停留在合闸稳定位置。

2假设条件

在不影响整体试验结果的前提下，对缓冲器分析前作如下假设：

（1）假设缓冲器工作过程为绝热过程。

（2）忽略液压油重力势能。

（3）由于航空液压油性能优良，忽略液压油的压缩性。

（4）忽略由于压力及温度变化引起的缓冲器刚性构件的弹性变形。

（5）由于本次试验采用的弹簧及缓冲器活塞与小缸体之间的间隙固定，因此忽略这两种因素。

4优化设计实例

现以某罐式断路器样机调试过程为例说明，理想的分闸速度为4.9~5.7m/s，最初分闸特性曲线如图2。

图2分闸特性曲线

由图2分析可知，分闸曲线未触底即减速，初步分析分闸末级缓冲太强。进一步分析可知拐点出现在距行程末端17.5mm处，如图3所示。

图3分闸特性曲线拐点

根据本体行程与活塞杆行程变比计算得，活塞杆在分闸到位前14.5mm处开始明显减速。为使分闸特性曲线拐点后移，应对小缸体缓冲孔进行优化设计，优化后如图4。

图4小缸体中缓冲孔结构图

为验证优化效果，用KOCOS重新测量分闸特性，特性曲线如图5。

图5优化后分闸特性曲线

由图5曲线可知，优化后的曲线实现了分闸到位前平稳减速，大大提高了弹簧操动机构的可靠性和稳定性。

5结语

本文介绍了影响缓冲器分闸特性的主要因素，并通过实例说明缓冲孔对缓冲特性影响主要体现在末级缓冲孔上，然后通过调整末级缓冲孔的分布，达到优化分闸缓冲特性的目的。

参考文献

[1]赫尔曼•科赫.GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）原理与应用[M].钟建英，林莘，张友鹏，译.北京：机械工业出版社，2017.

[2]徐国政，张节容，钱家骊，等.高压断路器原理和应用[M].北京：清华大学出版社，2000.

[3]林莘.现代高电压电器技术[M].北京：机械工业出版社，1990.

作者简介：

黄晓洋（1988.8-），男，助理工程师，从事高压开关及操动机构设计与研发