一种断路器液压弹簧机构泄压控制系统及方法
西安西电开关电气有限公司的研究人员叶瑞、段继洲、查笑春、张永强、郝成云，在2016年第12期《电气技术》杂志上撰文指出，当变电站某条线路进行停电检修作业时，需要将相应间隔断路器已储满的能量泄掉，实现闭锁功能，从而防止断路器误动作。本文以液压弹簧操动机构的释压原理为理论基础，结合实际应用，介绍了一种断路器液压弹簧机构的远程泄压控制系统。
该系统通过安装在液压弹簧机构的电动推杆顶压液压阀，电动推杆运动到位后，液压弹簧机构开始泄压，释放储能弹簧能量。液压机构只有在电动推杆恢复后，才能通过储能电机开始储能。该系统可以在断路器分闸后控制液压弹簧机构自动泄能，有效防止了断路器误合事故的发生。本系统适用于无人值守变电站。
液压弹簧操动机构是由碟形弹簧作为储能部件，液压油为传动载体的高压断路器操动机构。液压弹簧操动机构进行储能操作时，需要通过对碟形弹簧压缩量的控制来保证机构具备分闸、合分闸、重合闸闭锁和额定压力四个等级的操作功，并提供对应的储能位置指示，显示机构所储的能量。
当液压弹簧操动机构在储能状态时、在未连接负载调试操作或连接负载检修操作时，都需要平稳地释放机构储存的能量，避免机构处于高压状态无法调试或发生误动造成危险。因此，需要一种储能控制系统来控制液压弹簧操动机构的储能及释压过程，并提供相应的位置反馈，从而起到控制及保护机构的作用。
本文介绍了一种断路器液压弹簧机构泄压控制系统，可远程控制液压弹簧机构泄压与储能，该系统可接收远程遥控脉冲指令和就地操作开关指令，通过电动推杆推动液压弹簧机构的泄压阀实现对液压机构泄压的控制。当高压开关需要停电检修时，在断路器分闸后控制液压弹簧机构自动泄能，为液压弹簧机构泄压提供了便捷的操作方式，防止发生断路器误合造成事故。
1 常规液压弹簧操动机构的释压原理
常规的液压弹簧操动机构的储能及释压过程由泄压阀及泄压手柄实现控制，泄压手柄为就地手动操作，不能远程操作，在需要释放机构能量时，须靠近机构，两人以上协作拆除机构罩或打开机构箱，才能手动完成泄压，操作不方便，且操作时由于液压弹簧机构结构较为复杂，可能会造成人为误动，有一定的危险性；对一些结构特殊的断路器来说更无法达到性能要求。
泄压手柄如果瞬间打开，由于机构泄压过快也会对机构产生不利影响，且手动操作难以保证泄压操作的规范性，可能带来不必要的损伤；除此之外，泄压手柄不具备保持泄压状态的功能，对某些断路器来说，无法达到一些特殊的性能要求，下图1为常规液压机构泄压系统组成示意图。
图1 常规液压机构泄压系统组成示意图
2 技术方案
2.1 系统组成
本文介绍了一种液压弹簧机构泄压控制系统，该系统组成部分如下图2所示。
图2 泄压系统组成示意图
该系统包括电气控制回路、限位开关、电动推杆，以及供电模块。电气控制回路的输入端连接有操作开关和外部脉冲遥控命令的电气接口，电气控制回路的输出端通过电动推杆与泄压阀连接；限位开关安装在液压弹簧操动机构上，用于获取液压弹簧操动机构的储能状态和泄压开关的分合位置；就地远方转换开关用于切换就地泄压操作和接收外部脉冲遥控命令。
2.2 机械结构设计
本泄压系统动力源是电动推杆，它通过安装在内部的齿轮传动机构和丝杆螺母传动机构将电机的旋转运动转化为往复直线运动且输出推力的DC24V电驱动装置，通过外部继电器搭建的电气回路控制电机正反转，进而实现推杆的伸出与收缩。电动推杆外形图见图3。
图3 电动推杆外形图
图4为泄压系统机械结构示意图，本系统机械结构包括电动推杆、电动推杆支架及连接泄压阀的连接杆机构，支架的一侧设置有销钉，安装时将销钉穿过销孔固定在液压弹簧机构底架上，支架另一侧与电动推杆连接，电动推杆的下端与泄压阀通过螺钉抵接；泄压时，电动推杆伸出，挤压泄压阀，泄压阀的阀口开启，开始泄压。储能时，电动推杆收缩，拉动泄压阀，泄压阀阀口关闭，同时储能电机启动开始储能。
图4 泄压系统机械结构示意图
2.3 电气控制原理
本文所述的泄压控制和储能控制，是以电气控制回路为控制核心，电气控制回路主要包括泄压系统控制回路、泄压系统指示回路、泄压系统电动推杆回路以及使用泄压系统的液压弹簧机构电机回路。
a）泄压系统控制回路
在泄压系统控制回路（图5）中，通过就地远方开关切换遥控操作或就地操作，油压储满时可进行泄压操作，油压泄至零位时可进行储能操作。操作时继电器线圈带电，继电器节点发生切换，改变电动推杆电机的电流方向，实现电动推杆的伸出和拉回。
图5 泄压系统控制回路图
b）泄压系统指示回路
在泄压系统指示回路（图6）中，红绿指示灯分别接收液压弹簧操动机构油压限位开关返回的储能状态和油压零位状态，红灯表示机构完成泄压，绿灯表示机构完成储能。
图6 泄压系统指示回路图
c）泄压系统电动推杆回路
在泄压系统电动推杆电机回路（图7）中，泄压操作时，泄压继电器常开节点闭合，电流从左流入，电动推杆电机正转，电动推杆伸出；储能时，储能继电器常开节点闭合，电流从右流入，电动推杆电机反转，电动推杆缩回。从而完成液压弹簧操动机构的泄压与储能过程。
图7 泄压系统电动推杆回路图
d）使用泄压系统的液压弹簧机构电机回路
在泄压系统液压机构储能电机回路（图8）中，在液压弹簧机构储能电机回路串联液压弹簧操动机构的未储能节点与泄压继电器常闭节点，当液压弹簧处于未储能状态且泄压控制回路未触发时，液压弹簧储能电机开始运作，液压弹簧开始储能；在液压弹簧能量储满或泄压控制回路触发的情况下，液压弹簧的储能电机不工作，以防电机长期空转影响寿命。
图8 使用泄压系统的液压弹簧机构电机回路图
3 采用泄压系统的液压弹簧机构的操作方法
本文描述的液压弹簧机构泄压控制系统在使用过程中，停电检修与送电投运需按照以下流程进行操作。
3.1 停电检修前的泄压操作
使用本系统时，可通过就地远方操作开关切换就地操作泄压开关或发送脉冲遥控命令。当泄压控制回路接收到泄压命令后，控制电动推杆顶推泄压阀开始泄压，同时切断断路器液压弹簧机构的储能电机电源回路；待油压泄至零位后，触发油压零位限位开关，返回泄压完成信号，油压零位红灯亮起，开始检修工作。图9为远程泄压操作流程图。
图9 远程泄压操作流程图
3.2 带电投运前的储能操作
使用本系统时，可通过就地远方操作开关切换就地操作泄压开关或发送脉冲遥控命令。储能控制回路接收到储能命令后，控制电动推杆反向拉拔泄压阀复位，同时接通断路器液压弹簧机构的储能电机电源回路，储能电机开始储能；待油压储满后，触发油压储满限位开关，切断储能电机电源回路，同时油压储满绿灯亮起，返回储能完成信号，开始相关带电投运工作。下图10为远程储能操作流程图。
图10 远程储能操作流程图
4 应用和试验
本文描述的远程泄压控制系统在断路器液压弹簧机构上进行试装，随断路器本体完成了型式试验，泄压系统均正常工作，对本系统的可靠性进行了验证。表1为进行的试验项目，图11为安装有远程泄压控制系统的液压弹簧断路器机构。
表1 型式试验项目
图11 使用远程泄压系统的液压弹簧断路器机构
5 结论
与现有技术相比，本文描述的泄压系统可以在断路器分闸后控制液压弹簧机构自动泄能，投运前控制断路器液压弹簧机构的自动储能，该系统通过安装在液压弹簧机构的电动推杆顶压液压阀来控制液压弹簧机构开始泄压，释放储能弹簧能量。
液压机构只有在电动推杆返回原位后，才能通过储能电机开始储能。通过该系统的应用，可以在断路器分闸后控制液压弹簧机构自动泄能，有效防止了断路器误合事故的发生。