第2章 智能电器的一次设备

弹簧储能后，并不需要立刻将能量释放使用， 因此需要一套机构将弹簧的位能储存起来。

维持储能

弹簧操动机构


维持储能的机构由掣子15,杠杆16和凸轮12 组成。 弹簧储能结束时，连接在棘轮8转轴上的凸 轮12刚转动到图中位置，凸轮12上的销子支 撑在杠杆16上，而杠杆又被掣子15上的小滚 轮h挡住，无法向逆时针方向转动，因此可 以维持凸轮12在图中位置，将弹簧的位能储 存起来。

低液（气）压与高液（气）压连锁。


弹簧操动机构中的位置连锁。

典型操动机构简介

电磁操动机构（CD） 弹簧操动机构（CT） 液压操动机构（CY）
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。 外形

工作原理（视频）
电磁操动机构（CD）


优点是结构简单，工作可靠，制造成本 较低 缺点是合闸线圈消耗的功率太大
内容
传统断路器操动机构的工作特 点和控制要求


教材中，把除永磁操动机构外的其他操动机 构称为传统的操动机构。 断路器有不同工作原理的操动机构
电压等级
断路器对操动机构的要求
准备合闸前的分闸位置
合闸过程中
断路器对操动机构的要求

合闸结束后，滚轮11落在鞍架7上。
合闸动作结束（铁心未落下）
合闸位置
断路器对操动机构的要求

以后，合闸命令虽已解除，合闸线圈不再通 电，铁心顶杆即使落下，但由于鞍架7将滚 轮11托住，因而能使断路器继续保持在合 闸位置。

操作平稳无噪声，相对于气体机构和弹簧机 构这也是很大的优点。
液压操动机构

油具有润滑、保护作用 容易实现自动控制及过载保护
断路器智能化的目标和内容

断路器智能化的目标


通过智能化的检测、保护和控制方法，全面 提高断路器本身的控制和保护特性。（智能 监控器） 通过其操作的智能控制提高断路器自身的机 械、电气寿命，从而全面改善工作性能。
液压操动机构

分闸

当阀门转到与低压力 的油箱连通时，活塞 向右移动，使断路器 分闸。
液压操动机构

优点

体积小，操作功大，需要的控制能量小。


液压机构的工作压力高，在相同的储压器容积下， 储能密度比气体机构高，在不大的结构尺寸下就 可以产生几吨或几十吨的操作力。 控制方便 多用于110千伏以上的高压、超高压断路器。
弹簧操动机构

合闸与维持合闸


合闸时，让合闸电磁铁通电，电磁力作用在 掣子15的转轴上，使小滚轮h向上运动，不 再挡住杠杆16向逆时针方向转动。 因而凸轮上的销子也不再被杠杆16挡住，在 合闸弹簧作用下，凸轮12向着逆时针方向转 动，撞击拐臂11，带动操动机构的输出轴14 转动，完成断路器的合闸操作。
弹簧操动机构

弹簧储能



弹簧储能部分主要有合闸弹簧6，电动机2， 皮带轮1，链条3，偏心轮4，棘爪7与棘轮8 组成。 储能时，起动电动机2，通过皮带轮1与链条 3减速后带动偏心轮4转动。 偏心轮4转动又推动三角架abc绕b点摆动， 带动棘爪7推动棘轮8反时针方向转动。
弹簧操动机构


棘轮8转动又带动连杆ef使合闸弹簧拉长， 当连杆ef转过最高点某一角度后，弹簧储能 结束。 这时通过连锁接点，将电动机的电源切除。

接到分闸命令后，分闸 电磁铁线圈12通电，铁 心9向上运动，使C点向 上运动，轴销O3向右 移动，于是滚轮11从鞍 架7上落下，操动机构 主轴O1在断路器分断 弹簧作用下，向着反时 针方向转动，完成断路 器的分闸操作。
分闸过程
断路器对操动机构的要求

自由脱扣


含义：在断路器合闸过程中，如操动机构又 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。 对具有自由脱扣的操动机构，不管触头关合 到什么位置，也不管合闸命令是否解除，只 要接到分闸命令，断路器即能立刻分闸。
断路器对操动机构的要求


操动机构必须具有防“跳跃”的能力，使得 断路器关合短路而又自动分闸后，即使合闸 命令尚未解除，断路器也不会再次合闸。 防“跳跃”可以采用机械的或电子的方法。
断路器对操动机构的要求

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。 对于手动操动机构，允许通过简单的操作后 回复到准备合闸位置。 操动机构中还需装设一些复位用的零部件。
断路器对操动机构的要求

合闸


电网正常工作时，用操动机构使断路器关合工作 电流是比较容易的。 还应该具有关合短路电流的能力。

电动力：
F 1.0210 cI
8


C——回路系数，与导体尺寸及布置有关，数值在几十 至几百之间 Imax——短路电流最大值（安培） 短路时，电流可达几万安培，电动力可达几百公斤力
弹簧操动机构

电磁操动机构的出力特性与真空断路器的反力 特性能很好匹配。

合闸过程中，随着动铁心的运动、空气隙减小，吸 力增大，动静铁心吸喝时可产生很大的吸力。

弹簧操动机构是依靠弹簧储能的释放使断路器 合闸的。

弹簧释放能量时总是开始出力大，以后逐渐减小。 这与真空断路器的反力特性正好相反。


操作的定义：动触头从一个位置到另一 个位置的转换。 传统开关电器的分、合闸操作具有单一 的运动特性。


不论何种工作条件，开关电器的运动特性均 不可调。 没有考虑到操作现场的具体运行状况，不但 不利于提高开关电器的寿命和可靠性，也不 利于提高电网运行的质量和稳定性。
智能操作


智能操作的定义：动触头从一个位置到 另一个位置的自适应控制的转换。 改变开关电器单一的分、合闸操动特性， 有针对性地根据开关电器运行电气参数 和负载条件，调整电器的运动特性。
内容
概述

操动机构的地位对于高压断路器而言尤为重要。 操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压断 路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。


断路器的动态性能与所采用的操动技术有很大关系。 国际大电网会组织对高压断路器及其操动机构的可 靠性进行了两次世界范围的调查。 调查表明，断路器的大多数故障属于机械性质，主 要涉及操动机构，高达总故障的70.3%。

标志操动机构合闸能力大小的一项主要指标是机构 输出的机械工（操作功）

10千伏断路器需要的操作功约为几十公斤*米 110千伏断路器则需要几百公斤*米
断路器对操动机构的要求

保持合闸


合闸命令的持续时间很短，而且操动机构的操作功 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，用以保证在合闸命令和操作功消失后使 断路器保持在合闸位置。 以电磁操动机构为例，接到合闸命令后，合闸线圈 通电，电磁铁铁心顶杆10向上运动，通过连杆1、 2、3推动操动机构的主轴O1顺时针方向转动，再 通过传动机构与提升机构带动断路器关合电路。



减少电器运行时的触头材料损耗和能量消耗 提高开关电器的寿命和可靠性 提高电网运行的稳定性和质量
智能操作




开关电器的智能操作是智能电器最重要 的特性。 智能操动机构是智能电器完成智能操作 的核心部件。 目前的“瓶颈”问题正是操动机构智能 化问题。 涉及的非线性、多学科交织的复杂性是 操动机构智能化的进程中，困扰人们的 主要障碍。
弹簧操动机构

优点

不需要大功率的直流电源。 电动机功率小，交直流两用，可以交流操作。 结构比较复杂 零件数量多，加工要求高 出力特性与断路器负载特性配合较差，与其他类型 相比较，需要较大的能量。

缺点


适用于中、小型断路器
弹簧操动机构


真空断路器的触头行 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，就需要很 大的驱动力来压缩触 头弹簧以获得足够的 触头压力。 因此真空断路器的反 力特性在触头接触瞬 间有一大幅度的正向 跳跃。12kv，10kN
断路器对操动机构的要求

分闸



为满足灭弧性能的要求，断路器应具有一定 的分断速度，使分断时间尽可能缩短，以减 少短路故障存在的时间。 操动机构不仅能够自动分闸，在某些特殊情 况下，应该可能在操动机构上进行手动分闸。 断路器的分断速度与操作人员的动作快慢和 下达命令的时间长短无关。
断路器对操动机构的要求
断路器对操动机构的要求

连锁

分合闸位置连锁。


保证断路器在合闸位置时，操动机构不能进行合 闸操作。 分闸位置时，操动机构不能进行分闸操作。 当液体或气体压力低于或高于规定值时，具有这 种连锁装置的操动机构不能进行分合闸操作。 弹簧储能不到规定要求时，具有这种连锁装置的 操动机构不能进行分合闸操作。
断路器对操动机构的要求

当操动机构接到分闸 命令后，即使合闸命 令尚未解除，铁心顶 杆 10仍在向上运动， 但在连杆4、5、6的 作用下，分闸电磁铁 的铁心9向上运动时， 就能使断路器立即分 闸。
自由脱扣
断路器对操动机构的要求

防跳跃



当断路器关合短路故障电路时，断路器将自 动分闸。此时若合闸命令还未解除，则断路 器分闸后又将再次短路合闸，紧接着又会短 路分闸。 断路器连续多次合分短路电流，这一现象称 为“跳跃”。 出现“跳跃”现象时，断路器将无谓地连续 多次合分短路电流，造成触头严重烧伤，甚 至爆炸。