朱 来

（云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000）

液压机构断路器是通过液压机构提供分、合闸操作动力的高压断路器，其原理图如图1 所示，低压油箱中的油通过油泵输送至高压侧，形成高压油，高压油压缩氮气形成高压氮气储存势能，高压氮气通过压力释放给断路器提供操作的能量[1,2]。其中，由于储能筒大小恒定，高压油越多则氮气势能越大，油压越高，给断路器提供的能量也就越大。

图1 液压机构原理图

由于低压油箱与空气接触，空气会混入液压油形成油气混合体，打压过程中空气会随液压油的循环进入油泵并向泵体顶部积累，导致油压降低，无法给断路器提供足够的动能。为保证高压侧油的压力，就须增加打压的次数以保证高压侧油量，形成频繁打压故障。如果机构频繁打压，极易造成因过负荷而损毁，使断路器无法正常工作，严重危害电网安全运行[3,4]。为防止此类情况的发生，须由检修人员定时人工排气，但此种作业方法费时费力，且无法实时监测产生的气体量，导致即使形成过量的气体也无法及时排出，频繁打压故障仍然时有发生。

本文研制了一种断路器液压机构自动排气装置，代替人工自动完成监测、判断、排气。通过现场应用，验证了装置能自动完成全过程排气，且排气动作阈值合理。

1 断路器液压机构自动排气装置动作阈值

调查2012年度南方电网云南省电力检修公司下辖500 kV鹿城变电站、500 kV仁和变电站液压机构断路器发生频繁打压故障后人工手动排气的情况，统计如表1所示。

表1 500 kV鹿城变电站、仁和变电站频繁打压故障后排气量

统计结果表明：发生频繁打压故障时，断路器液压机构内留存气量的平均值为76.3 mL，最小值为64 mL，又利用500 kV 鹿城变电站备用断路器进行了液压机构充气试验。试验结果表明，当充入液压机构的气体大于60 mL 时，断路器开始出现频繁打压故障。因此，装置动作阈值设定在60 mL及以下，可以保证不发生频繁打压故障。

2 断路器液压机构自动排气装置结构和设计

2.1 装置结构

断路器液压机构自动排气装置由液位测量系统、排气系统、自动控制系统3 部分构成，总体结构如图2 所示。断路器液压机构自动排气装置工作过程为：油气混合物引入储气盒内，采用液面传感器，当液面高度达到设定值时，控制芯片给排气开关发出排气指令，从而排出气体。

图2 断路器液压机构自动排气装置结构图

2.2 装置设计

储气单元用于接收液压机构油路内的油气混合体，因为空气比油轻，气体会浮于液压油之上，在储气单元内实现油气分离。以硬聚乙烯盒体作为储气盒体，对盒体进行10次破坏性试验，记录盒体发生裂纹时承受的极限压强，如表2 所示，极限压强远大于实际运行压强。

表2 硬聚乙烯盒体作为储气盒体耐压试验试验结果 Pa

液位传感单元用于精确测量储气单元内的液压油液位，液位越高，表明油中含气量越低；液位越低，则表明油中含气量越高。当液位低至某一数值时，则气体含量超过临界值，出现打压超时告警故障。选用LS浮标式液位传感器作为液位传感器，LS浮标式液位传感器基于液体浮力原理，通过浮球的上下移动触发相应信号，获得液面的高度并将测量信号输出。

排气出口作为气体的排除通道，既要顺利排除气体，还要阻挡液体通过，基于此，采用特殊蜂窝材料，可使气体排出并阻挡液体渗出。

排气开关采用直流式电磁阀，将电信号转变为机械动作信号，应用直流电通过线圈时产生磁场，根据指令吸引铁芯动进行机械动作控制排气出口的打开和关闭。

自动控制系统应能够对输入的液位信号做出判定，并给出相应输出信号，即输入的液位值高于设定值（表明含气低），则输出正常信号；输入的液位值低于设定值（表明含气过高），则发排气动作信号。根据一般控制系统的解构组成，自动控制系统应包含控制单元和电源单元两部分。以单片机作为CPU，用最少的元件组成的控制系统，可实现输入信号的运算、整理以及动作信号的输出，所选单片机系统的误码率须小于10-6；为保证数据处理的实时性，要求工作频率≥40 MHz。

电源模块采用D-120 开关电源，该电源是一种推挽式电源转换器，价格相对便宜，输出电压精度在98%左右，可以满足要求。

各个模块的实体图如图3所示。

图3 断路器液压机构自动排气装置实体图

3 试验验证

3.1 排气动作阈值验证

将排气装置安装于备用开关上，对断路器液压回路注入空气，直至装置动作排气，进行100 次试验，统计每次排气动作值X，结果如表3所示。

表3 备用开关排气装置排气动作值 mL

对上述样本利用Mintab软件进行安德森-达林正态性检验，其中P值定义为=P，显著性水平α=0.05。

根据安德森-达林检验的判据，由于P=0.140 ＞α=0.05，正态性成立，即认为样本结果符合正态分布规律，且动作值X～N(57.2,1.0092)。

在显著性水平α=0.05下对目标进行假设检验。H0：动作值X≤60；H1：动作值X＞60。查表可知，显著性水平α=0.05的时候，临界值Zα=2.576即P(X＞Zα)=α。动作值X的置信区间临界值X0计算过程如下：

因为动作值X～N(57.2，1.0092)，令(X0-57.2)/1.009=Zα=2.576，求得临界值X0=2.576×1.009+57.2=59.79 ＜60，而且统计量57.9 落在置信区间以内，说明动作值大于60的事件发生为小概率事件，所以H0成立，即排气动作值≤60 mL。

3.2 排气动作阈值验证

2020 年9—11 月500 kV 鹿城变电站、500 kV 仁和变电站断路器停电检修期间，将自动排气装置安装在两座变电站20台断路器上。投入使用后，工作人员定期对安装的装置进行巡视，对装置自动排气时的动作值进行了记录，如表4所示。

表4 现场运行开关排气装置排气动作值

从表4可知，2020年9—11月，安装的自动排气装置3个月内共有11次排气动作，平均排气量为58.5 mL，最大动作值为59.9mL，每次排气的动作值均小于60mL。在排气装置安装应用后，所装20台开关均未进行手动排气，所有的液压机构排气动作均由装置实现，排气装置代替了人工自动完成监测、判断、排气。

4 结束语

本文研究了一种断路器液压机构自动排气装置。具有以下特点：消除了机构频繁打压的缺陷，避免造成因过负荷而损毁，为电网的安全稳定奠定了基础；避免了人工排气，节约人力和工作时间；装置安装便捷，适用性强，可广泛应用于各种类型液压机构断路器。试验验证了装置的有效性，具备良好的应用前景和推广价值。