电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构
第五节 高压断路器的操动机构
度特性易受环境温度的影响。
2）慢分阀。
闸位置时与低压油箱连通。
机械能是储存在储压筒
3）机械法。
内，储压筒储存能量的方式：
（3）油压低闭锁功能。
①利用氮气来储存能量。 ② 弹簧储能方式。
第五节 高压断路器的操动机构 四、液压操动机构
4.CY型液压操动机构
《发电厂变电站电气设备》 第六章 高压开关电器
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《发电厂变电站电气设备》 第六章 高压开关电器
2、操动机构的种类
（1）手动操动机构
直接用人力关合断路器的机构，用于12kV及以下短路容 量很小的地方
（2）电磁操动机构
靠直流螺管电磁铁产生的电磁力进行合闸，以储能弹簧 分闸的机构。用于110kV及以下的断路器。
（3）弹簧操动机构
以储能弹簧为动力对断路器进行分、合闸操作的机构。 用于220kV及以下电压等级的断路器。
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第五节 高压断路器的操动机构 一、操动系统概述
（mm）为特征数字
第五节 高压断路器的操动机构 一、操动系统概述
《发电厂变电站电气设备》 第六章 高压开关电器
变电所高压开关的检修与维护的调研报告
专科毕业调研报告关于变电所高压开关的检修与维护的调研报告学习中心（函授站）：石家庄教学中心专业：电气化铁道技术姓名：学号：远程与继续教育学院2018年 3 月 26 日关于变电所高压开关的检修与维护的调研报告关于变电所高压开关的检修与维护的调研报告一、问题提出变电所35/6kV变电所内的35面6kV高压开关柜为无锡市江南开关厂生产的XYN1-10型开关柜，于1997年安装使用，目前存在以下问题：1、该型开关柜在柜门打开时不能断电，无法起到安全保护作用，不具备国家标准GB3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》规定的“五防”功能（“五防”指：1、防止带负荷合闸。
2、防止带接地线合闸。
3、防止误入带电间隔。
4、防止带电挂接地线。
5、防止带负荷拉刀闸。
），不能满足国家煤矿安全监察局2013年下发的《煤矿机电安全质量标准化》要求。
2、该型开关柜本体小车操作机构使用时间长，磨损老化严重，致使部分开关柜已不能正常分合闸。
3、开关柜厂家早已淘汰该系列开关柜，柜中本体厂家早已停产，零配件无处购买，造成矿井供电安全隐患。
二、调研方向1、具有“五防”功能的6kV高压开关柜，并采用新型永磁式操作机构高压真空断路器。
2、开关柜有防越级跳闸功能和0.2级计量系统的微机综合保护器，具备远程通讯和集中控制功能，能实现矿井供电系统综合自动化控制。
三、调研时间2017年6月26日—6月27日四、调研地点无锡军工智能电气股份有限公司五、调研人员XXX、XXX、乔XX六、调研具体情况（一）生产厂家简介无锡军工智能电气股份有限公司创建于1992年，主要从事高低压配电装置及系列防爆配电装置的研发、生产及销售，是一家具有自主研发能力的高科技型企业，也是江苏省近年来重点发展培育的高新技术企业。
无锡军工智能电气股份有限公司注册资本6550万元，矿用准入资格证齐备，管理机构健全，并且拥有多个全资子公司和多个驻外办事机构。
弹簧操动机构与永磁操动机构的比较
弹簧操动机构与永磁操动机构的比较弹簧操动机构与永磁操动机构的比较3.1 动作原理和结构真空断路器永磁机构原理图见图1，弹簧机构见图2。
目前用于中压断路器操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。
电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用，这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求：一是开距小（8-25mm）,二是在合闸位置需要大的操动力（2000-4000N/相）。
然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点，磁路电感L在合闸过程中变化较大，产生反电动势，从而抑制了合闸线圈电流的增大，而且这种抑制作用随着合闸速度增加而增强。
相比之下，弹簧操动机构采用于手动或小功率交流电动机储能，其分合闸速度不受电源电压波动影响，相当稳定，能够获得较高的分合闸速度，能实现快速自动重合闸操作，在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。
然而弹簧操动机也存在以下缺点：完全依靠机械传动，零部件数量多，一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。
另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部位，在长期运行过程中，这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。
近年来，一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构（简称永磁机构）备受关注。
和传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性。
3.2 操动机构与真空断路器的配合3.2.1 力－行程特性多年来，真空断路器一直在努力追求着一种完美操动的机构：结构简单，寿命长，可靠性高，可以用小功率交流电源操作，出力特性与真空断路器的反力特性很好地匹配，能给出稍低的合闸速度和较高的分闸速度的操作机构。
真空断路器触头行程很小，合闸过程中在触头接触前只需要很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要较大的驱动力，来压缩触头弹簧以获的足够的触头压力。
高压开关柜断路器(电磁、弹簧、永磁)操作机构工作原理、优缺点与选型计算方法
高压开关柜断路器（电磁、弹簧、永磁）操作机构工作原理、优缺点与选型计算方法（一）、电磁操作机构结构。
⑴、电磁操作机构原理：电磁操作机构结构比较简单，机械组成部件数量约120个，它是利用通过合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁芯，撞击合闸连杆机构进行合闸的，其合闸能量的大小完全取决于合闸电流的大小，因此需要很大的合闸电流。
⑵、电磁操作机构的优点主要有：①、结构比较简单，工作比较可靠，加工要求不是很高，制造容易，生产成本较低；②、可实现遥控操作和自动重合闸；③、有较好的合、分闸速度特性。
⑶、电磁操作机构的缺点主要有：①、合闸电流大，合闸线圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作电源；②、合闸电流大，一般的辅助开关、继电器触点不能满足要求，必须配专门的直流接触器，利用直流接触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流，从而控制合、分闸线圈动作；③、操作机构动作速度低，触头的压力小，容易引起触头跳动，合闸时间长，电源电压变动对合闸速度影响大；④、耗费材料多，机构笨重；⑤、户外变电所断路器的本体和操作机构一般都组装在一起，这种一体式的断路器一般只具备电动合、电动分和手动分的功能，而不具备手动合的功能，当操作机构箱出现故障而使断路器拒绝电动时，就必须停电进行处理。
（二）、弹簧操作机构。
⑴、弹簧操作机构结构：①、弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成，零部件数量较多，约200个，利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。
②、弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现，而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制，因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量而与电磁力的大小无关，不需太大的合、分闸电流。
⑵、弹簧操作机构的优点主要有：①、合与分闸电流不大，不需要大功率的操作电源；②、既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作；③、合与分闸动作速度快，不受电源电压变动的影响，且能快速自动重合闸；④、储能电机功率小，可交直流两用；⑤、弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配，并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构，选用不同的储能弹簧即可，性价比优。
管理资料永磁操动机构汇编
研发永磁操动机构的意义
与电磁操动机构和弹簧操动机构相比，永磁操动机构具有如下优 点： ? 结构简单，运动部件少，机械可靠性大大提高。（国际大电网会 议组织的国际调查表明，机械故障高达总故障的70. 3%，如果包 括辅助电器和控制回路的故障，则为89.4％ ） ? 采用永磁作为保持力，不会产生传统机构的操作失误，方便实现 免维护运行。 ? 输出特性和真空断路器的开关机械特性相匹配，能够达到良好的 速度特性。 ? 传动机构十分简单，由分合闸线圈的励磁电流产生的磁场直接驱 动动铁芯，动铁芯又直接和主轴相连。由于动作部件少，具有更 好的可控性， ? 为断路器实现智能控制打下了基础。
? ABB公司的VM1型开关的机构即采用此种结构。
双线圈永磁机构的结构简图 1、驱动杆 2、工作气隙I 3、合闸线圈 4、永磁体 5、动铁芯 6、静铁芯 7、分闸线圈 8、工作气隙II
双线圈式永磁操动机构
? 当断路器处于合闸位置时，如图(a)所示，永久磁铁利用动、静铁 芯及工作气隙I提供的低磁阻抗通道将动铁芯保持在合闸位置。当 机构接到分闸命令时，分闸线圈7通电。分闸线圈在工作气隙I产 生的磁感应强度的方向与永磁材料所产生的磁感应强度的方向相 反。当分闸线圈的电流达到某一值时，使动铁芯在工作气隙 II处 产生的向下的吸力大于在工作气隙 I处向上的吸力时，动铁芯开始 向下运动，并且随着位移的增加，工作气隙II的磁阻逐渐减小， 磁感应强度越来越大，动铁芯向下呈加速运动。当动铁芯运动至 超过运动行程一半以后，如图 (b)所示，永磁体在工作气隙II处产 生的磁感应强度大于在工作气隙I处的磁感应强度，于是进一步加 速了动铁芯的运动速度，直到分闸到位，如图 (c)所示。当切断 分闸线圈中的电流后，动铁芯在永磁体的单独作用下将自动保持 在分闸位置上。
真空断路器的操动机构详解-民熔
真空断路器的操动机构-民熔真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。
适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。
一、真空断路器的操动机构操动机构是真空断路器的驱动装置，主要有电磁操动机构与弹簧操动机构。
1 真空断路器对操动机构的要求(1)机构的输出特性尽量与真空断路器的反力特性相匹配。
(2)要有足够的合闸输出功;保证真空断路器具有关合短路故障电流的能力。
(3)合闸后，即使在事故状态下也能稳定地保持合闸(即令开关具有动稳定性)。
(4)要保证在85%～110%合;同操作电压下能正常合闸;在65%～120%分闸电压下能正常分闸，而在30%额定操作电压下不得分闸。
(5)可以电动或手动操作。
(6)电磁机构应具有自由脱扣的功能。
2 真空断路器合闸的反力特性反力特性是指合闸过程中，从断路器的驱动端看进去，需要克服的各种阻力(包括弹簧的反作用力、摩擦力。
电动力和惯性力等)与行程的关系曲线。
反力特性告诉我们，操动机构为断路器提供的合闸功，必须大于用于克服各种阻力所做的功，断路器方能完成合闸动作。
3 真空断路器的电磁操动机构由于电磁操动机构螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求，所以在真空断路器的发展初期主要是配用电磁操动机构。
此外电磁机构具有构造简单、使用简便、造价低廉等优点，是目前配电系统各类断路器的主要配用机构，运行部门不但十分熟悉而且积累了很多使用维护的宝贵经验。
4 真空断路器的弹簧操动机构弹簧操动机构可交、直流操作，操作电流很小，一般仅为1.5～3A，即便采用直流操作时所需的直流蓄电装置容量也小。
它可手动储能合闸、分闸，并且具有过流脱扣功能。
在一般的终端配电室可以取消直流蓄电装置而节省投资。
国外一般中压等级的断路器大多配用弹簧操动机构。
中压真空断路器操动机构分类及特点
从而可靠 『生降低。
工作 时 主要 的零 部件 只有 —个 铁 心 ，而且 它 与相 关部 件之 间 的运 动摩
２ 永磁 操动 机 构
擦极小 ，适合频繁 的操作 ；具有 良好的力 一行程特性 ，非常接近真空断
永磁操动机构是一种新型的断路器操动机构。它利用电磁铁操动 ， 路器的要求 。但永磁栅胸在社会推广度不高 ，尚需经受市场的考验 ，需
大，增力效果明显 。合分闸半轴都采用平面半轴锁闩，在分 闸脱扣系统 式 。单稳态的合闸锁扣靠永久磁铁 ，分闸锁扣靠弹簧 ，结构特点是合闸
中采用两级减力机构，使脱扣力可以较小，与分 闸电磁铁力相匹配。 能源来 自电源 ，合闸的同时给分闸弹簧储能 ，故采用脱扣的方式进行分
弹簧操动机构的优点是只需要小功率的操作电源。电机功率小，同 闸。但是，单线圈式机构所需的合闸能量较大，合闸保持力也随之加大，
而成 的 组合 机构 ，所 有 的连 杆均 采用 对称 铰 接 ，考 虑 到真 空断 路器 的 负 为单稳态结构。双稳态结构又有对称式（双线圈 ）和非对称式（单线圈 ）。
载特点 ，使四连杆行驶在断路器的超行程阶段接近死区 ，机械利益增 双稳态结构的分 、合闸锁扣靠永久磁铁 ，不管是双线 圈式还是单线圈
成一体 ，机构本身并没有单独的型号 ，例如 ＺＡ６３Ａ型，ＶＤ４型，３ＡＨ型
真 空断 路器 。
— 体式减少了中间的传动环节，使结构变得简单 紧凑 ，降低了能耗
和噪声 。这种机构一经装配完毕后可以免调试 ，模块化程度较高，其广
泛应用于中低压成套电气行业 ，一般 由真空断路器厂家一起生产。配装
式弹簧机构由国内的指定厂家生产 （西永华 ，汉 中华燕 ），通过机构
箱 ，对接装置悬挂于横梁之下 ，配用敞开式 中压断路器 ，目前使用最多
操动机构的发展及各阶段的特点
操动机构的发展及各阶段的特点交操动机构是衡量真空断路器性能优劣的重要方面之一，影响真空断路器可靠性的主要原因就是操动机构的机械特性。
根据操动机构的发展可分为以下几类：3.1 手动操动机构（CS）靠手动直接合闸的操动机构称为手动操动机构，它主要用来操动电压等级低、额定开断电流很小的断路器。
除工矿企业用户外，电力部门中手动机构已很少采用。
手动操动机构结构简单、不要求配备复杂的辅助设备及操动电源，缺点是不能自动重合闸，只能就地操作，不够安全。
因此，手动操动机构已几乎被手力储能的弹簧操动机构所代替。
3.2 电磁操动机构（CD）靠电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构。
配合国产ZN28-12型产品发展的有CD17型机构，结构上也采用与真空灭弧室前后布置的方式。
电磁操动机构的优点是机构简单、工作可靠、制造成本低，缺点是合闸线圈消耗的功率太大，需要备价格昂贵的蓄电池、合闸电流较大、结构比较笨重、动作时间较长，市场占有量逐渐减少。
3.3 弹簧操动机构（CT）弹簧操动机构是利用储能的弹簧为动力使开关实现合闸动作。
它可采用人力或小功率、直流电机来驱动，因而合闸功基本不受外界因素〔如电源电压、气源气压、液压源液压〕的影响，既能够获得较高的合闸速度，又能够实现快速自动重复合闸操作；另外，与电磁操动机构相比，弹簧操动机构成本低，价格便宜，是真空断路器中最常用的一种操动机构，其厂家也比较多，在不断的完善和改进中。
典型的有CT17、CT19机构，与之相配备使用的有ZN28-17、VS1、VG 1.一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。
另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部位，在长期运行过程中，这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。
主要存在着以下缺点:1) 断路器拒动，即给断路器发出操作信号而不合闸或分闸；2) 合不上闸或合上后即分断；3) 事故时继电保护动作、断路器分不下来；4) 烧坏合闸线圈。
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真空断路器的操动机构主要有三种类型：电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。
电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。
同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。
其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。
电磁操动机构出现最早，但目前用量趋于减少。
弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作。
其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。
其缺点是机械零件多（达160多个），零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。
弹簧机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。
目前弹簧操动机构技术已经成熟，因此用量较大。
永磁机构是一种全新的操动机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。
其优势是结构简单、零件数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置。
永磁机构分为两种类型：单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。
永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题。
目前其用量还不大。
真空断路器主要结构:真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧
室、电磁或弹簧操动机构、支架及其结构图他部件
断路器采用三相支柱式结构，具有开断性能稳定可靠、无燃烧和爆炸危险、免维修、体积小、重量轻和使用寿命长等特点。
断路器采用全封闭结构，密封性能好，有助于提高防潮、防凝露性能，特别适用于严寒或潮湿地区使用。
三相支柱及电流互感器采用进口户外环氧树脂固体绝缘，或采用户内环氧树脂外包有机硅橡胶固体绝缘；具有耐高低温、耐紫外线、耐老化等特点。
操动机构采用小型化弹簧操动机构，储能电机功率小，分合闸能耗低；机构传动采用直动传输方式，零部件数量少，可靠性高。
操动机构置于密封的机构箱内，解决了操动机构锈蚀的问题，提高了机构的可靠性。
断路器的分、合闸操作可采用手动或电动操作及远方遥控操作。
可与智能控制器配套实现配电自动化，也可以与重合控制器配合组成自动重合器、分段器。
断路器可以装设二相或三相电流互感器，供过电流或短路保护用，也可以给智能控制器提供电流采集信号；根据用户要求可加装计量用电流互感器。
断路器可外带三相联动的隔离开关，在隔离开关分闸状态下有明显可见断口，并具备与断路器本体之间的防误联锁装置，只有在隔离刀完全合闸或完全分闸时才可操作断路器。
可连装避雷器支柱绝缘子，维护方便。
外型尺寸图
断路器工作原理
灭弧原理
ZW32—12型户外柱上高压交流真空断路器采用真空灭弧室，以真空作为灭弧和绝缘介质，具有优异的熄弧和绝缘能力。
当动、静触头在操动机构作用下带电分闸时，在触头间将会产生真空电弧，同时，由于触头的特殊结构，在触头的间隙中也会产生适当的纵向磁场，促
使真空电弧保持为扩散型，并使电弧均匀地分布在触头表面燃烧，维持低的电弧电压，在电流自然过零时，残留的离子、电子和金属蒸汽在微秒数量级的时间内就可复合或凝聚在触头表面和罩上，灭弧室断口的介质绝缘强度很快被恢复，从而电弧被熄灭达到分断的目的。
由于采用纵向磁场控制真空电弧，所以本真空断路器具有强劲而稳定的开端电流能力。
操动机构动作原理
合闸及重合闸过程：
储能时拉动储能手柄或电机转动，使储能轴旋转并带动挂簧拐臂转动，合闸弹簧被逐渐拉长，使机构储能，当弹簧过中后由合闸掣子保持，使机构处于准备合闸状态. 进行合闸操作时，拉动合闸拉环或给合闸线圈施加电压，使合闸半轴逆时针旋转，解除储能保持，合闸弹簧释放能量，促使凸轮旋转并带动输出拐臂和三相主轴，同时分闸弹簧被储能。
合闸将完成时，分闸掣子扣住半轴，使断路器处于合闸状态。
机构在合闸状态下，当再次操作储能系统时，合闸弹簧又一次被拉长，弹簧过中后仍由合闸掣子保持储能状态。
机构在合闸已储能状态下，即处于重合闸准备状态，可实现“分─ 0.3s─合分”一次重合闸操作。
分闸及过电流脱扣过程
断路器合闸后，拉动手动分闸拉环或给分闸线圈施加电压，使分闸半轴逆时针旋转，分闸掣子解扣，断路器分闸。
同样当过流线圈通过的电流达到5A时，过电流脱扣器动作，使分闸掣子解扣，断路器分闸。
运输、验收及贮存
运输
运输时必须整台开关装入封闭的包装箱内加以固定，运输过程中不得翻转、倾斜，需采取防震措施。
验收
用户收到柱上断路器后应进行如下工作：
检查包装是否损坏。
对照产品装箱单检查文件是否齐全；附件及备件是否齐全。
检查柱上断路器铭牌上的技术参数、产品合格证是否符合订货要求。
贮存
本柱上断路器应存放在干燥、通风、防潮、防震及防有害气体侵袭的室内，长期存放应定期检查环境是否符合要求。
装箱、开箱和保管应在干燥的室内进行。
安装、使用及维护
断路器可以单杆架设，也可双杆架设。
本柱上断路器因其特殊的设计结构确保用户在使用中长期免维护，只需每隔三年左右进行一次工频耐压试验。
用户不得随意更换使用与原型号规格不一致的电器元件。
操作人员应初步了解机构的性能及安装调整、维护知识，对运行中的问题应予以记录，必要时可通知制造厂家。
开关在合闸联锁状态时，严禁过度施力拉动手动合闸拉环，以免造成
元件损伤。
断路器投入运行前，应仔细核对各操作元件的额定电压、额定电流与实际情况是否相符，并用机构所具有的合分闸方式进行操作，以检查各项指标是否正确。
订货须知
用户订货时需说明
产品的型号、名称、数量及额定值
电流互感器变比，支数，准确级
机构类型：手动／电动
壳体类型：普通、达克罗、不锈钢
是否加装隔离开关
控制器：可根据我们提供的控制器进行选择，亦可根据需要提出特殊。