断路器操动机构

(一)高压断路器操动机构的分类高压断路器依靠所配置的操动机构来完成合、分闸的操作。操动机构接受变配电所央控制室或远动主站的命令信息,使断路器进行合、分闸操作;接受继电保护的命令信息可使断路器自动跳闸切除故障;接受自动装置的命令信息可实现断路器自动重合闸或备用源自动投入断路器,保证重要负荷不中断供电。根据操动机构的任务,其一般由下列几部组成:(1)能量转换机构。它把执行操作的贮能变为机械能,按操动机构规定的目的产生机械运动。(2)联动机构。它把能量转换机构所转换的机械运动能用来促使断路器的动触头发生按操作目的规定的动作。这种机构多由四边形连杆机构、拐臂、拉杆等组成。(3)保持机构。它使操动机构完成的操作得以保持,不因瞬时命令信息的消失而不能完成规定目标的操作任务。这种机构多由动作灵活的机械卡销或掣子等组成。(4)释放机构。它接受操作命令信息,对保持机构进行反作用,即解除保持,从而使断路器合闸或跳闸弹簧等释放能量,使断路器完成合闸或分闸。它多由电磁线圈推动可动铁芯或顶杆,由可动铁芯或顶杆打动保持卡销或掣子使保持解除，或者由电磁阀启动合闸或分闸油路或气路来实现。高压断路器的操动机构按其合闸能量形式的不同来区分,有电磁操动机构,气压、液压操动机构和弹簧操动机构等,电磁操动机构将逐渐被淘汰,目前现场普遍使用的操动机构为弹簧操动机构。有的新型断路器已使用了弹簧操动储能、自由脱扣的模块化机械操动机构操动机构和极柱安装在一个金属壳体上,此金属壳体也是固定式断路器的安装壳体,这种操动机构是目前最先进的断路器操动机构。

(二)对操动机构的要求断路器的全部使命最终体现在完成合、分闸,接通或切除电路上,而合、分闸又是通过操动机构来实现的。因此,操动机构的性能好坏,对高压断路器工作性能和质量的好坏及可靠性起着极为重要的作用。对操动机构的主要要求如下:(1)合闸。操动机构在实际工作条件下,应考虑到能源的电压(CD)、液压(CY)等在一定范围内变化时,必须有足够的能力来带动断路器可靠地关合正常电路和切除短路故障电路。标志操动机构能力大小的主要指标是其输出的机械功,即操作功。(2)保持合闸。由于合闸过程中,合闸命令的持续时间很短而且操动机构的操作力也只在短时间内提供,因此操动机构中必须有保持合闸的部分,以保证在合闸稳定位置。(3)分闸。操动机构不仅要求电动(自动或遥控)分闸,在某种特殊情况下,应该可能在操动机构上进行手动分闸,而且要求断路器的分段速度与操作人员的动作快慢和下达命令的时间长短无关。(4)自由脱扣。自由脱扣的含义是:断路器合闸过程中如果操动机构又接到分闸命令则操动机构不应继续执行合闸命令而应立即分闸。(5)防跳跃。当断路器关合有短路故障电路时,无论操动机构有无自由脱扣,断路器都应自动分闸。此时若合闸命令还未解除(如转换开关的手柄或继电器还未复位),则断路器分闸后又将再次短路合闸,紧接着又会短路分闸。这样,有可能使断路器连续多次分、合短路电流,这一现象称为“跳跃”。防“跳跃”可以采用机械的或是电气的方法。上述的自由脱扣装置就是常用的防止“跳跃”的机械方法,不少操动机构中装设自由脱扣装置的目的主要就是为了防止“跳跃”。(6)复位。断路器分闸后,操动机构中的各个部件应能自动地回复到准备合闸的位置(7)连锁。为了保证操动机构的动作可靠,要求操动机构具有一定的联锁装置。常用的联锁装置有:分合闸位置联锁。保证断路器在合闸位置时,操动机构不能再进行合闸操作;断路器在分闸位置时,操动机构不能再进行分闸操作。低气(液)压与高气(液)压联锁。当气体或液体压力低于或高于额定值时，操动机构不能进行分、合闸操作,一般用压力接点控制。弹操动机构中的位置联锁。弹簧能不到规定要求时,操动机构不能进行分闸操作,一般用行程开关接点控制。(三)弹簧储能式操动机构的工作原理弹簧操动机构结构弹簧操动机构主要由储能机构、锁定机构、分闸弹簧、断路器主转轴、缓冲装置及控制装置组成。弹簧操动机构是利用强力弹簧瞬间释放的能量来完成断路器合闸操作的,一般多用电动机对弹簧拉伸储能,但也可手动储能。这种操动机构分、合闸所需电源功率很小,因此对直流电源的容量要求大大降低,同时还可以实现在没有操作电源的情况下，手动储能后带负荷进行合闸操作,适应性强,是目前现场使用最广泛的一种操动机构。

2.弹簧操动机构的工作原理弹簧操动机构配有交直流两用串激电动机,通过由棘轮、凸轮等组成的传动机构拉伸合闸弹簧储能。当弹簧拉伸到预定长度,行程开关动作,串接于电动机启动回路的常闭接点切断电动机电源,储能完毕。

当合闸线圈通电,闭锁合闸弹簧的掣子被释放,弹簧释放所储能量使断路器合闸,同时分闸弹簧也被储能,并利用连杆机构“死点”保持合闸状态。

在断路器合闸结束时,弹簧缩回原位,行程开关复位,常闭接点闭合接通电动机电源，电动机启动再次给弹簧储能,可供重合闸用,所以弹簧操动机构具有一次自动重合闸功能。

当跳闸线圈通电，“死点”被解除,断路器在分闸弹簧作用下,主转轴沿着合闸时转动的相反方向转动,带动断路器跳闸。

(四)液压操动机构液压操动机构是利用液压油作为动力传递的介质,来完成断路器的合闸和分闸的,它多用于电压等级较高的户外断路器中。目前使用的液压式操动机构有直接驱动式和储能式两种,一般采用储能式。CY3是一种简易型储能式液压操动机构,采用差动式工作缸，液压与连杆混合使用,其控制部分只用了一个主控制阀和两个分、合控制阀,元件少,结构简单,用于~kV等级的断路器。CY3液压操动机构由以下几部分组成:代(1)储能部分。由储压器油与电动机组成。储器是充有高压力气体(氮气)的容器,能量是以气体压缩能的形式储存的。当机构操作时。气体膨胀,释放出的能量经液压传递给工作缸并转变为机械能。(2)执行元件。执行元件为工作,它把能量转成机械能,推动断路器完成分、合闸操作。(3)控制元件。控制元件为各种阀门,用以实现分、合闸操作的控制、联锁和保护等要求。(4)辅助元件。辅助元件包括低压力油箱、连接管道与油过滤器、压力表、继电器等

液压操动机构的优点如下:

(1)体积小,操作力大,需要控制的能量小。液压操动机构的工作压力大,一般在20~30MPa,比气动操动机构的气体压力高几十倍。因此在不大的结构尺寸下就可以获得几吨或几十吨的操作力,而且控制比较方便,特别适宜用kV以上的高压和超高压断路器。

(2)操作平稳无噪声,相对气动和弹簧操动机构,这也是很大的优点。

(3)油具有润滑保护作用。

(4)容易实现自动控制和各种保护。

液压操动机构的缺点是结构比较复杂,零部件加工要求高,油系统的工作压力高,运行维修技术的要求很高。