調節閥技術文檔

    某公司進口高壓斷路器在多年的運行中其液壓操動機構曾多次出現故障，使產品運行存在隱患。為此，需深入剖析故障產生的原因，從結構設計上采取措施提高其可靠性，保證產品安全運行。
    高壓斷路器是電力系統中最重要的一種電器設備，用于在電力系統正常運行或故障的情況下分、合各種性能的電流。高壓斷路器最主要的功用是開斷電力系統中的短路電流，由于開斷電流大，要求斷路器具有較高的分斷速度，這就要求操動機構能提供較大的操作功。同時，要求斷路器的固有分閘時間要短，以縮短斷路器的全開斷時間，提高電網運行的穩定性，這都需要通過操動機構來實現。液壓操動機構具有結構緊湊、尺寸小、操作功大、傳動快、時延小的特點，可以較好的滿足高壓斷路器的要求。 重慶普惠斯

1、高壓斷路器產品結構與工作原理

    高壓斷路器由三相滅弧室、殼體和操動機構組成，每相滅弧室分別安裝在充滿SF6氣體的殼體中，每相滅弧室與各自的液壓操動機構相連。圖1為某公司進口高壓斷路器液壓操動機構的液壓原理圖，每臺液壓機構由液壓缸1、電液調節閥2、低壓油箱3、油過濾器4、油泵5、電機6、逆止閥7、安全閥8、高壓放油閥9、儲壓器10、壓力表11、油壓開關12組成，其他還包括：分、合指示器和電器控制元件等。 copyright cqphs.com

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圖1 液壓原理圖

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    斷路器液壓操動機構屬于高速、大功率雙穩態電液驅動系統，操作時進行兩個穩態（即分閘、合閘狀態）的轉換。當接到控制室的分、合閘命令時，通過電液調節閥上的分、合閘電磁鐵使調節閥轉換至分閘或合閘位置。調節閥為二位三通閥，當調節閥處于合閘位置時，見圖1a，液壓缸的下部通過調節閥與高壓系統相通，由于活塞下部的作用面積大于上部的作用面積，液壓缸內的活塞桿在活塞下部高壓油的作用下向上運動，帶動斷路器的滅弧室完成合閘動作。當調節閥處于分閘位置時，見圖1b，液壓缸的下部通過調節閥與低壓油箱相通，液壓缸內的活塞桿在活塞上部高壓油的作用下向下運動，帶動斷路器的滅弧室完成分閘動作。由上述過程可知，電液調節閥為保證液壓操動機構可靠動作的核心元件。 cqphs.com

    圖2為某公司進口斷路器液壓機構中電液調節閥的結構圖，該電液調節閥由分閘電磁鐵1、復位彈簧2、閥套3、閥體4、閥桿5、閥套6、合閘電磁鐵7等零部件組成。調節閥有3個油口，分別為：T口、Z口和P口，其中T口與低壓油箱連通，Z口與液壓缸下部連通，P口與液壓系統的高壓連通，調節閥結構比較簡單，內部閥桿由電磁鐵直接推動，其動作過程如下：

分閘動作：

    如圖2a，電液調節閥處于合閘狀態，分閘命令發出，分閘電磁鐵1帶電吸合，電磁鐵動鐵芯推動閥桿5向右運動，關閉右側閥口，打開左側閥口，使調節閥的Z口與T口連通，見圖2b，分閘命令結束后，由于閥桿的截面尺寸S1＞S2，閥桿受到向右的液壓作用力為p（S1－S2），使閥桿可靠的保持在分閘位置。

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圖2 調節閥結構圖

合閘動作：

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    如圖2b，電液調節閥處于分閘狀態，合閘命令發出，合閘電磁鐵7帶電吸合，電磁鐵動鐵芯推動閥桿5向左運動，關閉左側閥口，打開右側閥口，使調節閥的Z口與P口連通，見圖2a，合閘命令結束后，由于閥桿的截面尺寸S1＜S3，閥桿受到向左的液壓作用力為p（S3－S1），使閥桿可靠的保持在合閘位置。 重慶普惠斯閥門

該調節閥的特點是：閥桿采用滑閥與錐閥相結合的結構形式，利用差動閥的工作原理，使閥桿左右兩端分別與大氣相通，反力小，動作快；同時，利用錐閥的結構特點，閥口密封性能好。 重慶普惠斯閥門

2、 調節閥存在的問題與原因分析

    斷路器對操動機構的主要要求，除應滿足斷路器對分、合閘速度，分、合閘時間以及分、合閘同期性的要求外，還應保證分、合閘動作穩定可靠，在分閘或合閘動作結束后要能可靠的保持在分閘或合閘位置。上述進口斷路器在多年的運行中，其液壓操動機構曾多次出現故障，主要現象是動作時間變長、操動機構拒動、動作過程中液壓系統壓力降為0等，用戶對其可靠性存有較大疑問，要求查找分析故障原因，盡快解決問題。 重慶普惠斯閥門

    對存在問題的液壓操動機構進行檢查和操作試驗可以發現，液壓機構頻繁操作時動作正常，在長期放置后，偶有動作時間長的現象，對操作試驗得到的機械特性曲線進行對比分析，可以發現電磁鐵動作時間較長，說明電磁調節閥存在問題。檢查調節閥內閥桿運動的摩擦力，頻繁動作時未發現明顯異常，長期放置后，摩擦力有明顯變化。對調節閥解體檢查，除發現少量細微雜質外，零部件尺寸、形位公差及粗糙度未超出圖紙要求。 內容來自cqphs.com

    對圖2所示調節閥結構進行分析，總結出該調節閥存在如下問題：

1. 調節閥二端閥套3和閥套6的內孔各有一部分長期處于空氣中，潤滑條件不好，長期放置后，易使閥桿的摩擦力變大，運動時間會變長，一旦運動幾次后，潤滑條件變好，閥桿運動變為正常。另外，閥套3和閥套6的內孔長期處于空氣中，易進入灰塵、出現銹蝕，對產品的可靠性帶來不利影響；
2. 對閥套3和閥套6的閥口形狀進行分析，可以看出閥口形狀過于尖銳，多次分、合閘操作后，閥口在閥桿上圓錐面的撞擊下，易發生微量變形，而錐閥前部為圓柱形的滑閥結構，其與閥套孔的配合間隙小，可能會出現滑閥部分與閥口相互刮蹭現象，嚴重的情況下可能會造成閥桿被卡滯，出現閥桿運動變慢或卡滯拒動現象，如閥桿運動不到位、閥口關閉不嚴，會造成液壓系統壓力因泄漏而降為0的現象；
3. 為減小電磁鐵功率和尺寸，縮短調節閥動作時間，需減小閥桿受到的液壓作用力，所以閥桿上的面積尺寸S1、S2、S3相差很小，頻繁操作后，閥口密封線可能會變寬，尺寸變化使閥桿啟動時的作用力發生變化，影響調節閥動作的可靠性和穩定性；
4. 由于復位彈簧2的存在，如斷路器運行中液壓系統某部位密封失效，液壓系統壓力降為0，或產品調試過程中人為泄壓后，閥桿會被復位彈簧推向右端，調節閥會由合閘位置轉換至分閘位置，這樣在液壓系統重新建立壓力時，由于壓力是逐漸升高的，液壓缸會帶動斷路器緩慢分閘，造成嚴重的事故，這在斷路器運行時是不允許的。

3、改進方案

    根據上述分析，原進口電液調節閥在結構設計上存在一些問題。液壓系統中的閥類零件是比較精密的零件，如果在原調節閥基礎上再采取提高零部件加工精度、提高閥口的熱處理硬度、提高裝配質量、提高液壓系統清潔度要求等改進措施，不僅不經濟，也很難從根本上解決問題。要解決進口電液調節閥的動作可靠性和穩定性問題，需要從結構上進行設計改進，研制新的電液調節閥來進行更換，新設計的電液調節閥需保證斷路器機械特性及安裝尺寸不變，要保證互換性。

    根據進口調節閥的結構特點，新研制的調節閥采用二級閥的設計方案，結構見圖3。主要由分閘電磁鐵1、分閘先導閥2、主閥桿3、閥套4、合閘電磁5、合閘先導閥6、閥套7、閥座8、保持裝置9等零件組成。圖中主閥的通徑尺寸與原調節閥相同，主閥桿由電磁先導閥進行控制并采用液壓驅動，其動作過程如下： cqphs.com

分閘動作： 重慶普惠斯

    如圖3a，電液調節閥處于合閘狀態，分閘命令發出，分閘電磁鐵1帶電吸合，動鐵芯通過杠桿推動分閘先導閥內的閥針，閥針頂開球閥，分閘先導閥2開啟，主閥桿3右端的高壓油經分閘先導閥泄壓至主閥的低壓腔T口，由于主閥桿截面尺寸S1＞（S2－S4），主閥桿受到向右的作用力p［S1－（S2－S4）］，主閥桿在左側高壓油的作用下向右運動，關閉右側閥口，打開左側閥口，使調節閥的Z口與T口連通，見圖3b。分閘命令結束后，主閥桿右端通過閥套上的自保持小孔與Z口和T口的低壓相通，閥桿受到向右的作用力為p［S1－（S3－S4）］，使閥桿可靠的保持在分閘位置。

合閘動作： 重慶普惠斯閥門

     如圖3b，電液調節閥處于分閘狀態，合閘命令發出，合閘電磁鐵5帶電吸合，動鐵芯通過杠桿推動合閘先導閥內的閥針，閥針頂開球閥，合閘先導閥6開啟，高壓油經合閘先導閥進入至主閥桿的右端，由于主閥桿尺寸S3＞S1，閥桿受到向左的作用力p（S3－S1），主閥桿在右側高壓油的作用下向左運動，關閉左側閥口，打開右側閥口，使調節閥的Z口與P口連通，見圖3a。合閘命令結束后，主閥桿右端通過閥套上的自保持小孔與Z口和P口的高壓相通，閥桿受到向左的作用力為p（S2－S1），使閥桿可靠的保持在合閘位置。

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圖3 改進后的調節閥結構圖

    調節閥中增加了保持裝置（9），當調節閥在分閘位置液壓系統壓力為0時，主閥桿右端的菱形結構在保持裝置的作用下能可靠的保持在分閘位置，調節閥在合閘位置液壓系統壓力為0時，主閥桿右端的菱形結構在保持裝置的作用下也能可靠的保持在合閘位置，可靠的避免了液壓系統失壓后再建立壓力時液壓機構出現慢合或慢分的可能。

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新結構電液調節閥的優點如下： 重慶普惠斯

1. 采用二級閥結構，主閥閥桿整體置于液壓油中，潤滑條件好，使主閥桿的動作穩定可靠；
2. 閥桿尺寸S1、S2、S3、S4相差較大，閥桿受到的液壓作用力大，動作可靠性高。另外，主閥閥桿由液壓力推動，所需電磁先導閥的通徑及流量較小，電磁鐵的功率較小，外形尺寸也較��；
3. 左、右2個閥套上的閥口形狀由較尖銳的直角改為鈍角形狀，見圖4，可減小閥口在錐閥撞擊下產生的變形量，可靠性高。
4. 主閥桿右端增加的緩沖活塞結構，可使主閥桿在分閘運動的末段，降低運動速度，減輕錐閥對閥口的撞擊。主閥桿中間段的槽形結構，見圖4，也有利于減小閥口的撞擊和磨損［12］；
5. 在液壓系統壓力降為0時，主閥桿右端新增加的菱形結構在彈簧及頂帽的作用下能可靠的保持在分閘位置或合閘位置，避免液壓系統失壓后再建壓時液壓機構出現慢分或慢合的可能。

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圖4 閥口結構圖

4、改進后的試驗與測試結果

    改進后的電液調節閥配斷路器及其液壓機構進行了測試，并進行了機械耐久操作試驗，其可靠性和穩定性達到了設計要求。圖5為改進前、后的電液調節閥配斷路器及其液壓機構進行測試的結果對比，由圖中曲線可以看出，改進前、后電液調節閥中電磁鐵的功率大小不一樣，改進前電磁鐵線圈中的電流（曲線1）和改進后電磁鐵線圈中的電流（曲線2）大小也不一樣，而從電磁鐵帶電到斷路器（液壓缸）動作結束的時間基本相同，改進前、后斷路器（液壓缸）的機械行程特性曲線（曲線3和曲線4）基本重合，這說明改進前、后斷路器的分、合閘時間和分、合閘速度基本相同，也說明改進前、后的電液調節閥動作時間和流量基本相同，滿足了斷路器對液壓操動機構的要求。 本文來自重慶普惠斯閥門

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圖5 機械特性曲線對比 copyright cqphs.com