最新高压断路器的操动机构-讲义

精品文档 精品文档 高压断路器的操动机构

操动机构是高压断路器的重要组成部分，它由储能单元、控制单元、和力传递单元组成。高压SF6断路器的操动机构有多种型式，如弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。 根据灭弧室承受的电压等级和开断电流的差异，SF6产品选用弹簧机构、气动机构或液压机构。弹簧机构、气动机构、液压机构各自的特点比较见表1。 表1 机构类型 比较项目 弹簧机构 气动—弹簧机构 液压机构

储能与传动介质 螺旋压缩弹簧/机械 压缩空气/弹簧 压缩性流体/机械 氮气/液压油 压缩性流体/非压缩

性流体

适用的电压等级 40.5KV—252KV 126KV—550KV 126KV-550KV

出力特性 硬特性，反应快，自调整能力小 软特性，反应慢，有一定自调整能力 硬特性，反应快，自调整能力大

对反力，阻力特性 反应敏感，速度特性受影响大 反应较敏感，速度特性在一定程度上受影响 反应不敏感，速度特性基本不受影响

环境适应性 强，操作噪音小 较差，操作噪音大 强，操作噪音小

人工维护量 最小 较小 小

相对优缺点 无漏油、漏气可能；体积小，重量轻 稍有泄露不影响环境；空气中水分难以滤除，易造成锈蚀 制造过程稍有疏忽容易造成渗漏，尤其是外渗漏；存在漏油、漏液可能 精品文档 精品文档 一．弹簧操动机构

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。弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。 弹簧操动机构结构简单，可靠性高，分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。储能电机给合闸弹簧储能，合闸时合闸弹簧的能量一部分用来合闸，另一部分用来给分闸弹簧储能。合闸弹簧一释放，储能电机立刻给其储能，储能时间不超过15s（储能电机采用交直流两用电机）。运行时分合闸弹簧均处于压缩状态，而分闸弹簧的释放有一独立的系统，与合闸弹簧没有关系。这样设计的弹簧操动机构具有高度的可靠性和稳定性，既可满足O-0.3 sec -CO-180 sec -CO操作循环，又可满足CO-15sec-CO操作循环，机械稳定性试验达10000次。 1.1 CT20弹簧操动机构动作原理 CT20型弹簧操动机构（图1、图2、图3）利用电动机给合闸弹簧储能，断路器在合闸弹簧的作用下合闸，同时使分闸弹簧储能。储存在分闸弹簧的能量使断路器分闸。 1.1.1 分闸动作过程 图1所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧已储能（同时分闸弹簧也已储能完毕）。此时储能的分闸弹簧使主拐臂受到偏向分闸位置的力，但在分闸触发器和分闸保持掣子的作用下将其锁住，开关保持在合闸位置。 精品文档 精品文档 分闸操作（图1、2） 分闸信号使分闸线圈带电并使分闸撞杆撞击分闸触发器，分闸触发器以顺时针方向旋转并释放分闸保持掣子，分闸保持掣子也以顺时针方向旋转释放主拐臂上的轴销A，分闸弹簧力使主拐臂逆时针旋转，断路器分闸。 1.1.2 合闸操作过程 图2所示状态为开关处于分闸位置，此时合闸弹簧为储能（分闸弹簧已释放）状态，凸轮通过凸轮轴与棘轮相连，棘轮受到已储能的合闸弹簧力的作用存在顺时针方向的力矩，但合闸触发器和合闸弹簧储能保持掣子精品文档 精品文档 的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。

合闸操作（图2、3） 合闸信号使合闸线圈带电，并使合闸撞杆撞击合闸触发器。合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的轴销B。合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。并同时压缩分闸弹簧，使分闸弹簧储能。当主拐臂转到行程末端时，分闸触发器和合闸保持掣子将轴销A锁住，开关保持在合闸位置。 1.1.3 合闸弹簧储能过程 图3所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧释放（分闸弹簧已精品文档 精品文档 储能）。断路器合闸操作后，与棘轮相连的凸轮板使限位开关33HB闭合，磁力开关88M带电，接通电动机回路，使储能电机启动，通过一对锥齿轮传动至与一对棘爪相连的偏心轮上，偏心轮的转动使这一对棘爪交替蹬踏棘轮，使棘轮逆时针转动，带动合闸弹簧储能，合闸弹簧储能到位后由合闸弹簧储能保持掣子将其锁定。同时凸轮板使限位开关33HB切断电动机回路。合闸弹簧储能过程结束。 精品文档

精品文档 1.2 机械防跳原理

图4 机械防跳原理 断路器防跳性能可以通过两个方面实现的：第一是操动机构本身实现机械防跳，第二是在操动机构的合闸回路中设置的“防跳”线路来实现。图4介绍了机械防跳装置的原理，其动作过程如下: 1）. 图a所示状态为开关处于分闸位置，此时合闸弹簧为储能（分闸弹簧已释放）状态，凸轮通过凸轮轴与棘轮相连，棘轮受到已储能的合闸弹簧力的作用存在顺时针方向的力矩，但合闸触发器和合闸弹簧储能保持掣子的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。 2）. 当合闸电磁铁被合闸信号励磁时，铁心杆带动合闸撞杆先压下防跳销钉后撞击合闸触发器。．合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹 精品文档 精品文档 簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的轴销B。合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。 3）．滚轮推动脱扣器的回转面，使其进一步逆时针转动。从而，脱扣器使脱扣杆顺时针转动(见图4b)，从防跳销钉上滑脱，而防跳销钉使脱扣杆保持倾斜状态(见图4c). 4）.断路器合闸结束，合闸信号消失电磁铁复位(见图4d). 5) .如果断路器此时得到了意外的分闸信号开始分闸， 在分闸 在这一过程中，只要合闸信号一直保持，脱扣杆由于防跳销钉的作用始终是倾斜的，从而铁心杆便不能撞击脱扣器，因此，断路器不能重复合闸操作(见图4e)实现防跳功能。 当合闸信号解除时，合闸电磁铁失磁，铁心杆通过电磁铁内弹簧返回，则铁心杆和脱扣杆均处于图4a状态，为下次合闸操作作好了准备。 1.3弹簧操作机构的组成 弹簧操作机构主要由箱体、二次控制部分、机构芯架组成。 1.3.1) 箱体 主要是将二次控制部分、机构芯架部分保护在相对封闭的空间,箱体防护等级为IP54。 1.3.2) 二次控制部分 操动机构箱内，带有完善的二次控制和保护回路，如储能电机的过载，超时等保护信号，就地、远方操作选择，自带防跳回路及SF6气体密度监测系统。 精品文档 精品文档 1.3.3) 机构芯架 主要构成： 凸轮轴装配—分闸机构装配—合闸机构装配—合闸弹簧装配—分闸弹簧装配—操作机构总装。 1.3.3.1凸轮轴装配 凸轮轴装配由棘轮装配、微动开关装配和离合器等构成，完成合闸弹簧储能的功能，通过微动开关实现对储能电机的控制。 1.3.3.2 分闸机构装配 分闸机构装配由分闸电磁铁、拐臂、分闸掣子装配构成。完成合闸位置的保持和接受分闸命令进行分闸操作。 1.3.3.3合闸机构装配 合闸机构装配由合闸电磁铁、防跳装置、合闸储能保持掣子装配等构成。完成合闸弹簧储能后保持和接受合闸命令进行合闸操作。 1.3.3.4合闸弹簧装配 合闸弹簧装配包括合闸弹簧筒，拉杆，合闸弹簧等。 1.3.3.5分闸弹簧装配 分闸弹簧装配包括分闸弹簧，油缓冲器装配等 1.4 弹簧机构的技术参数 1.4.1机构的参数见表2 表2 1 弹簧机构活塞杆行程 0.00.30.100 mm

2 拐臂滚子和机构凸轮之间间隙 1.4±0.3 断路器处于分闸状精品文档 精品文档 3 合闸弹簧定位螺母与定位杆距离 12.0～47.0 态合闸弹簧已储能。见图8

4 合闸电磁铁行程C 5.0～5.5 断路器处于分闸状态。见图9 触发器与脱扣器间隙D 2.0～2.5

C－D 3.0～3.5 触发器与防跳杆间隙E 1.0～2.5

5 分闸电磁铁行程F 2.8～3.2 断路器处于合闸状态 。见图10 触发器与脱扣器间隙G 0.8～1.2 F－G 1.6～2.4

1.4.2控制回路与辅助回路参数 控制回路与辅助回路参数见表3

控制回路与辅助回路参数 表 3 序号 项目 单位 数据 备注 1 分、合闸线圈控制电压 V DC220 DC 110 2 分闸线圈电流 A 2 5.8 3 合闸线圈电流 A 2 3.3

4 电机电源电压 V DC110/220 AC220 按订货合同 5 电机功率 W 300 精品文档 精品文档 6 电机转速 r.p.m 750 7 电机电流 A 5.5 2.7 8 加热器 电压 V 220 功率 W 100

1.4.3 SF6气体压力参数 SF6气体压力参数随所配的产品，表4以LW25-126为例 表 4 （20℃） 序号 项目 单位 数据 1 额定充气压力 MPa 0.50 0.40* 2 补气报警压力 MPa 0.45±0.03 0.35±0.03

3 断路器闭锁压力 MPa 0.40±0.03 0.30±0.03

注：带*0.40为低温使用开断电流31.5kA