隆国兵高级技师第一期技术创新

1、断路器弹簧操作机构弹簧弹力监测器项 目：弹簧操作机构弹簧弹力监测器设计、研制关键词：断路器机构簧弹弹力监测研制人： 隆国兵时 间：2013年10月一、 概述：随着电网技术的发展，高压断路器已由油断器时代进入sf6断路器时代，而弹簧操作机构成为sf6断路器的首选操机构型式。弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构，具有动作速度快、合闸电流小、体积小重量轻、运行稳定、维护量小等优异性能。目前系统中35kv及以上的断路器，弹簧机构占有最大比例，从邵阳电网统计，35kv及以上弹簧机构断路器占有率为90.14%。由于分合闸弹簧长期处工作状态，弹簧容易疲劳、断裂，从而不能满足分（合）闸速度的要

2、求，引起电网事故。目前唯一的检测手段是停电进行机械特性试验，通过测量分（合）闸速度、比对分（合）闸波形来判断弹簧是否存在缺陷。而这种手段也存在两个缺陷：一是需要停电，检测周期长，按照输变电设备状态检修试验规程，110kv断路器基准试验周期为3年，35kv断路器基准周期为4年。二是分（合）闸速度的检测比较复杂，需要收集各个厂家各种型号断路器的速度定义。 在日常的运行中无法判断它是否疲劳，既使它完全不能满足分、合闸速度的要求，在运行操作中都无法判断出来；然弹簧机构在弹簧力完全不能满足分合闸速度要求时，只要向断路器发出一个分、合闸命令，断路器分、合闸电磁铁芯励磁动作即可进行分合闸。随着运行年限的增加

3、，日渐暴露出了一些缺陷，如弹簧疲劳合闸不到位，断路器拒动，弹簧断裂等现象。在断路器弹簧疲劳或弹簧失效后，断路器动触头运动速度过慢或触头不能运动，将严重影响电网的安全稳定运行。由于弹簧疲劳引起分（合）闸的故障如下图： （图1）未储能合闸不到位正面 （图2）合闸不到位不能分闸 （图3）未储能合闸不到位背面 （图4）未储能合闸到位背面二、 机构簧弹弹力检测器的原理机构簧弹弹力监测器采用的是液压原理，压强就是物体所受压力的大小与受力面积的比，压强p=f（压力）/s（受力面积），当弹簧拉伸或压缩时弹力增大，而受力面积不变，压强随着压力增大而增大，既压力表上的数字随弹簧压力的增大。根据胡克定律f=kx（其

4、中f为弹簧弹力，k为弹簧劲度系数，x为弹簧压缩或拉伸长度），弹簧压缩或拉伸的长度越大，其产生的力越大。再根据p=f/s=kx/s，在压力监测装置受力面积固定不变的条件下，弹簧产生的弹力越大则压强越大，可以通过压力监测装置上的液压压力表来监测实时压力。通过计算可得出弹簧在当前状态下的弹力，然后通过与标准件在同等压缩（拉伸）量下的弹力对比，即可知道弹簧是否疲劳，是否满足高压断路器分合闸速度要求。 三、 结构特点及安装使用：1、结构特点：1.1结构简单，断路器弹簧机构弹簧弹力监测器由液压传感器、压力连接管、耐振压力表等三个组件组成。1.2 成本低廉，成批生产成本大约在1500元左右。1.3体积小，3

5、5kv及以上断路器机构箱内都能够轻松安装。1.4 使用可靠，现场安装好后，能直观地反映出断路器弹簧手动（电动）储能、释放等过程中的压力变化，对断路器的机械特性无影响。1.5免维护，监测器采用o型圈进行密封，最高耐受压强可达20 mpa，经过设计，监测器内部压强均在10 mpa以下，经过连续30天的压力测试未出现漏液现象。 2、安装使用方法（以gl312断路器合闸弹簧为例）：2.1 将断路器机构弹簧释能2.2 测量合（分）闸弹簧的预压长度，并做好记录2.3取出合（分）闸弹簧2.4 将传感器和连接管连接好2.5 将传感器穿入合（分）闸弹簧储能拉杆，同时将合（分）闸弹簧也穿入储能拉杆。2.6 对传感

6、器施加手工压力（用手压弹簧即可），直到连接管另一端出油，证明已将管内空气排出，将压力表和连接管另一端连接，并将压力表固定。2.7 将合（分）闸弹簧压紧到原记录的预压长度。2.8 记录好压力表的初始值。2.9 手动储能，观察压力表的变化情况，记录好储能到位后的压力值。2.10 进行多次分合试验，观察储能压力和初始压力无变化，安装完成。安装示意图如下：gl312断路器合闸储能弹簧弹力监测器安装位置图合闸弹簧未储能时压力初始值合闸弹簧储能完毕后压力值gl312断路器分闸储能弹簧弹力监测器安装位置图分闸弹簧在分闸时压力初始值分闸弹簧在合闸时压力初始值四、 运维要求及判断方法：安装好之后，应记录好未储能初始值和储能压力值，日常巡视中进行比对，一般弹簧疲劳是一个缓慢过程，当压力降低则说明弹簧出现疲劳；如果压力出现突然变化，则说明弹簧有可能断裂。各个厂家、各个型号断路器的弹簧压力，反馈到该装置上的具体值，需要进一步经过大量测试验证，目前只能采用相对比较法进行判别。五、 应用及推广前景不同型号的断路器弹簧机构，根据弹簧的大小及储能方式，制作相同型状、不同尺寸的传感器，可适用于35-550kv弹簧机构断路器。10kv断路器由于机构空间小无法安装使用。如果采用带信号节点的压力表，可直接将压力信号传