CN101533725B

CN101533725B - 高压断路器电液伺服操动机构

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Publication number: CN101533725B
Application number: CN2009100970581A
Authority: CN
Inventors: 杨华勇; 刘伟; 魏忠永; 徐兵
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: CN101533725A

Abstract

本发明公开了一种高压断路器电液伺服操动机构。包括由两个插装阀，先导级伺服阀，液压缸，电机，泵，蓄能器和位移及压力传感器组成的电液伺服液压系统和智能控制装置。通过智能控制装置和伺服阀控制器控制电液伺服液压系统，实现断路器分合闸和位移速度调节控制。本发明具有断路器触头位置和速度可控，操动机构响应速度快，控制精度高，分合闸负载匹配特性好和分合闸冲击小等优点，并能实时在线监测电网，断路器和液压系统的状态，实现断路器操作控制智能化。本发明解决了现有高压断路器液压操动机构动作过程中位置速度不可控的难题，有利于提高断路器整体分合能力及电气、机械寿命和可靠性。

Description

高压断路器电液伺服操动机构

技术领域

本发明涉及高压输变电高压开关设备，尤其是涉及一种高压断路器电液伺服操动机构。

背景技术

高压断路器是高压输变电的关键设备之一，在电网中起着控制和保护作用，液压操动机构是高压断路器的关键部件。操动机构的工作性能和质量优劣，对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。目前传统断路器液压操动机构都是按单一空载分闸特性设计，即不管处于何种工作状态下开断，其空载分闸特性都相同，但实际运行中，发生严重故障的机率很小，极大多数操作都是一些正常条件的开断，如电网检修、电网调度、切除正常负荷等，上述情况下的开断可用低速实现，降低系统冲击，从而能够大大提高断路器的耐受性和可靠性。当前断路器液压操动机构只能实现断路器动作要求，不能实现对操动过程的调节和控制，无法达到良好的负载匹配性能。虽然断路器可采用电动机构实现断路器分合闸过程的调节和控制，但是由于电机大小和容量的限制而无法在高等级电压上得到应用，随着断路器向着高压大容量高可靠性方向的发展和断路器灭弧室本身智能化灭弧程度的提高，传统的操动机构无法满电力系统对更高质量产品的需求，因此有必要研究一种新型的液压操动机构及控制系统，以提高高压断路器分合闸特性和操作智能化控制监测水平。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明的目的提供一种高压断路器电液伺服操动机构。利用智能控制装置通过电流检测、电压检测等传感装置判断电力系统状和分合闸要求，选择理想的分合闸特性曲线并控制电液伺服液压系统严格按照理想特性曲线运动，实现断路器故障和状态在线监测，使断路器触头位置可控，速度可调，达到良好的负载性能匹配。

为了达到上述目的，本发明采用的的技术方案如下：

包括电液伺服液压系统和智能控制装置；其中

1)电液伺服液压系统：由油源部分和控制驱动部分组成，由油源部分提供的高压油分成三路，第一路与先导级伺服阀的P口连接，第二路与常开型二位二通液控球阀的P口连接，第三路与液压缸有杆腔、压力传感器和合闸插装阀A口连接；先导级伺服阀的B口、分闸插装阀的B口与油箱连接；先导级伺服阀A口、常开型二位二通液控球阀A口、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器与合闸插装阀C口连接；先导级伺服阀T口、节流阀P₂口、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器与分闸插装阀C口连接；合闸插装阀B口、节流阀P₁口、分闸插装阀A口、常开型二位二通液控球阀控制油路与液压缸无杆腔连接；伺服阀控制器分别与先导级伺服阀、先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器和智能控制装置的D/A电路模块电连接。

2)智能控制装置：由存储模块、DSP控制器、电源模块、CAN驱动器、D/A电路模块和CAN总线组成；的A/D与先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器、电流检测装置、电压检测装置、断路器触头位移传感器和压力传感器电连接；DSP控制器与存储模块、电源模块、CAN驱动器、D/A电路模块和开关量信号电连接；CAN驱动器DSP控制器、电源模块和CAN总线电连接。

所述的油源部分：其单向阀进油口与泵的出油口连接，单向阀出油口分别与溢流阀、蓄能器和压力表连接给控制驱动部分提供高压油；滤油器进油口与油箱连接，出油口与泵的进油口连接，电机与泵相连接。

智能控制装置通过压力传感器，电流检测装置，电压检测装置，先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器等实时监测液压系统，断路器及电网状态，当接到分合闸命令时根据当前监测值，选择存储在存储系统专家数据库中合理的分合闸特性曲线，进而控制伺服阀控制器使系统分合闸按照预计理想曲线实现分合闸功能。同时智能控制器把当前系统的状态数据存储在系统中，用户通过CAN总线通讯可以获得断路器当前及历史状态信息。

本发明具有的有益效果是：

本发明具有断路器触头位置和速度可控，操动机构响应速度快，控制精度高，分合闸负载匹配特性好和分合闸冲击小等优点，并能实时在线监测电网，断路器和液压系统的状态，实现断路器操作智能化控制。本发明解决了背景中的难题，也有利于提高断路器整体分合能力及电气、机械寿命和可靠性。

附图说明

图1是本发明的电液伺服操动机构液压系统和智能控制装置总图。

图2是本发明的智能控制装置部分电路原理图。

图中：1、蓄能器；2溢流阀；3、单向阀；4、泵；5电机；6、滤油器；7、油箱；8、断路器本体；9、压力传感器；10、液压缸；11、电压检测装置；12、断路器触头位移传感器；13、电流检测装置；14、智能控制装置；14.1、存储模块；14.2、TMS320LF2407A(DSP控制器)；14.3电源模块；14.4、PCA82C250T(CAN驱动器)；14.5、D/A电路模块；14.6、CAN总线；15、伺服阀控制器；16、分闸插装阀；17、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器；18、节流阀；19、先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器；20、先导级伺服阀；21、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器；22、合闸插装阀；23、常开型二位二通液控球阀；24、压力表；25、开关量信号。

具体实施方式

下面结合附图，通过对实施例的描述给出本发明的细节。

如图1所示，本发明包括电液伺服液压系统和智能控制装置；其中

1)电液伺服液压系统：由油源部分和控制驱动部分组成，由油源部分提供的高压油分成三路，第一路与先导级伺服阀20的P口连接，第二路与常开型二位二通液控球阀23的P口连接，第三路与液压缸10有杆腔、压力传感器9和合闸插装阀22的A口连接；先导级伺服阀20的B口、分闸插装阀16的B口与油箱连接；先导级伺服阀20的A口、常开型二位二通液控球阀的的A口、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器21与合闸插装阀22的C口连接；先导级伺服阀20的T口、节流阀18的P₂口、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器17与分闸插装阀16的C口连接；合闸插装阀22的B口、节流阀18的P₁口、分闸插装阀的16的A口、常开型二位二通液控球阀23的控制油路与液压缸10无杆腔连接；伺服阀控制器15分别与先导级伺服阀20、先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器19、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器21、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器17和智能控制装置14的D/A电路模块14.5电连接。

2)智能控制装置：由存储模块14.1、TMS320LF2407A(DSP控制器)14.2、电源模块14.3、CAN驱动器14.4、D/A电路模块14.5和CAN总线14.6组成；DSP控制器14.2的A/D与先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器19、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器21、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器17、电流检测装置13、电压检测装置11、断路器触头位移传感器12和压力传感器9电连接；DSP控制器14.2与存储模块14.1、电源模块14.3、CAN驱动器14.4、D/A电路模块14.5和开关量信号25电连接；CAN驱动器14.4与DSP控制器14.2、电源模块14.3和CAN总线14.6电连接。

所述的油源部分：其单向阀3的进油口与泵4的出油口连接，单向阀3出油口分别与溢流阀2、蓄能器1和压力表24连接给控制驱动部分提供高压油；滤油器6的进油口与油箱7连接，出油口与泵4的进油口连接，电机5泵4相连接。

本发明的工作原理如下：

如图1，图2所示，智能控制装置14的存储模块14.1预存正常检修开断、大电流短路故障开断、小电流短路故障开断、用户自定义开断四种分闸理想特性曲线和一种合闸理想特性曲线。TMS320LF2407A 14.2的A/D模块监测电网电流检测装置13，电压检测装置11和用户输入自定义信号判断系统分合闸方式，不同的故障和分断命令具有不同的电流电压特征信息和开关输入关系，智能控制装置14的TMS320LF2407A 14.2判断检测信号选择分闸或合闸理想特性曲线通过D/A电路输出作为断路器电液伺服液压系统的参考输入控制伺服阀控制器15，电液伺服液压系统根据输入指令完成液压系统位置闭环控制实现高压断路器分合闸动作。

智能控制装置14通过压力传感器9，先导伺服阀阀芯LVDT位移传感器19、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器17、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器21实时监测液压系统状态，并把电液伺服机构动作过程中压力和位移信号存储在以28F00B3芯片为核心组成的存储模块14.1中，可通过现场总线PCA82C250T(CAN驱动器)14.4，CAN总线14.6传输给用户，便于用户分析与维护电液伺服操动机构，及早发现处理电液伺服操动机构的故障。

伺服阀控制器15根据智能控制装置14给的参考输入信号和先导伺服阀阀芯LVDT位移传感器19、分闸控制插装阀阀芯LVDT位移传感器17、合闸控制插装阀阀芯LVDT位移传感器的位移反馈信号控制先导伺服阀20驱动器，进而完成先导级伺服阀20方向及阀芯开度大小控制，分闸插装阀16、合闸插装阀22阀开度大小的控制，从而实现断路器按理想特性曲线进行分合闸。

电液伺服液压系统工作过程中以蓄能器1中高压油作为油源，电机5泵4只在系统需要补油时才工作。系统工作有一定的范围，当系统工作油压降低到要求最小极限值时，油泵4电机5工作给蓄能器1补油，溢流阀2限制系统工作压力，压力表24显示系统工作压力。

当系统按一定理想特性曲线(预存在存储模块14.2中)进行分闸时，伺服阀控制器控制15给先导级伺服阀20驱动器一定控制正向电流，先导级伺服阀20阀芯换向，工作在右位，先导级伺服阀20的P口与T口相通，先导级伺服阀20的B口与A口相通，分闸插装阀16控制腔C高压油通过先导级伺服阀20的A口和B口回油箱，分闸插装阀16打开，同时油源部分蓄能器高压油通过先导级伺服阀20的P口和T口流入合闸插装阀22控制腔C，合闸插装阀22关闭，此时工作在常高压状态的工作缸10无杆腔高压油通过分闸插装阀16和节流阀18卸油，此时液压缸10带动断路器本体8实现分闸。与液压缸10无杆腔相连的常开型二位二通液控球阀23的控制腔油处于低压状态，常开型二位二通液控球阀23P口与A口油路相通，使合闸插装阀22始终处于关闭状态。智能控制装置14根据断路器理想的分闸特性曲线，在断路器触头处在不同位置时给伺服阀控制器15的指令电流大小不同，先导级伺服阀20阀芯打开开度也不同，液压缸10无杆腔泄油速度不同，作用在液压缸10上的合力不同，进而实现对断路器触头位置进行调节和控制。分闸完成后，先导级伺服阀20驱动器输入电流为0，先导级伺服阀20工作在中位，此时，由于液压缸10无杆腔处于低压状态，常开型二位二通液控球阀23的P口与A口始终相通，合闸插装阀22控制腔C与油源部分蓄能器1高压油相通，以保持合闸插装阀22处于关闭状态。分闸插装阀16控制腔C通过节流阀18与液压缸10无杆腔相通，处于低压状态，分闸控制阀16保持打开状态。当合闸控制插装阀22控制腔高压油因通过先导级伺服阀20滑阀阀芯泄漏，蓄能器高压油及时给合闸控制插装阀22控制腔补充，使合闸插装阀22在接到合闸命令前始终处于关闭状态。

当系统按一定理想特性曲线(预存在存储模块14.2中)进行合闸时，伺服阀控制器15给先导级伺服阀20驱动器一定控制反向电流，先导级伺服阀20阀芯换向，工作在左位，P口与A口相通，B口与T口相通。合闸插装阀22控制腔油通过先导级伺服阀20回油箱，合闸插装阀22打开，同时蓄能器1高压油通过先导级伺服阀20流入分闸插装阀16控制腔，分闸插装阀16关闭，此时蓄能器1高压油通过合闸控制插装阀22给工作缸10无杆腔充高压油，工作缸带动断路器本体实现合闸动作。与液压缸10无杆腔相连的常开型二位二通液控球阀23的控制腔油处于高压状态，常开型二位二通液控球阀23的P口与A口油路截止，使合闸插装阀22始终处于打卡状态。智能控制装置14根据断路器理想的合闸特性曲线，在断路器触头处在不同位置时给伺服阀控制器15的指令电流大小不同，先导级伺服阀20阀芯打开开度也不同，液压缸10无杆腔充油速度不同，作用在液压缸10上的合力不同，进而实现对断路器触头位置进行调节和控制。合闸完成后，先导级伺服阀20驱动器输入电流为0，先导级伺服阀工作在中位，此时，由于工作缸10无杆腔处于高压状态，常开型二位二通液控球阀23工作在下位，P口与A口始终不通，合闸插装阀22控制腔与蓄能器1高压油断开，以保持合闸控制插装阀22处于打开状态，使蓄能器1高压油始终与液压缸无杆腔和有杆腔相通，即使系统发生泄漏油压降低，液压缸10也不会发生动作，防止系统发生慢分动作。如果分闸插装阀16控制腔C高压油因通过先导级伺服阀20阀芯泄漏，蓄能器高压油通过工作缸10无杆腔和节流阀18及时给分闸插装阀16控制腔C补油，使分闸插装阀16在接到合闸命令前始终处于关闭状态，防止系统发生慢分。

Claims

1.一种高压断路器电液伺服操动机构，其特征在于包括电液伺服液压系统和智能控制装置；其中

1)电液伺服液压系统：由油源部分和控制驱动部分组成，由油源部分提供的高压油分成三路，第一路与先导级伺服阀(20)P口连接，第二路与常开型二位二通液控球阀(23)P口连接，第三路分别与液压缸(10)有杆腔、压力传感器(9)和合闸插装阀(22)A口连接；先导级伺服阀(20)B口、分闸插装阀(16)B口与油箱连接；先导级伺服阀(20)A口、常开型二位二通液控球阀(23)A口、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(21)与合闸插装阀(22)C口连接；先导级伺服阀(20)T口、节流阀(18)P₂口、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(17)与分闸插装阀(16)C口连接；合闸插装阀(22)B口、节流阀(18)P₁口、分闸插装阀(16)A口、常开型二位二通液控球阀(23)控制油路与液压缸(10)无杆腔连接；伺服阀控制器(15)分别与先导级伺服阀(20)、先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器(19)、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(21)、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(17)和智能控制装置(14)的D/A电路模块(14.5)电连接；

2)智能控制装置：由存储模块(14.1)、DSP控制器(14.2)、电源模块(14.3)、CAN驱动器(14.4)、D/A电路模块(14.5)和CAN总线(14.6)组成；DSP控制器(14.2)的A/D分别与先导级伺服阀阀芯LVDT位移传感器(19)、合闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(21)、分闸插装阀阀芯LVDT位移传感器(17)、电流检测装置(13)、电压检测装置(11)、断路器触头位移传感器(12)和压力传感器(9)电连接；DSP控制器(14.2)分别与存储模块(14.1)、电源模块(14.3)、CAN驱动器(14.4)、D/A电路模块(14.5)和开关量信号(25)电连接；CAN驱动器(14.4)分别与DSP控制器(14.2)、电源模块(14.3)和CAN总线(14.6)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器电液伺服操动机构，其特征在于：所述的油源部分：其单向阀(3)进油口与泵(4)的出油口连接，单向阀(3)出油口分别与溢流阀(2)、蓄能器(1)和压力表(24)连接给控制驱动部分提供高压油；滤油器(6)进油口与油箱(7)连接，出油口与泵(4)的进油口连接，电机(5)与泵(4)相连接。