高压断路器中的弹簧操动机构

高压断路器中的弹簧操动机构

刘唯2015.4

摘要：本文讨论了断路器操动机构的功能，总结并比对了目前主流弹簧操动机构的实现方式，也介绍了各种结构的优缺点。列举了断路器上弹簧机构的各种布局方式，从控制，安全，维护及发展的角度谈了个人看法。

关键词: 高压断路器弹簧操动机构

目录

0引言 (1)

1操动机构的种类 (1)

2弹簧操动机构的功能 (2)

3断路器弹簧操动机构结构 (3)

3.1储能结构的分类 (4)

3.1.1储能操作的能量只用于合闸过程4

3.1.2储能操作的能量分别用于合闸或分闸过程4 3.2储能到位离合及状态保持结构 (5)

3.3合闸驱动结构 (5)

3.3.1不具备自由脱扣的结构6

3.3.2具备自由脱扣功能的结构6 3.4合闸状态保持结构 (6)

3.4.1过冲复位保持结构6

3.4.2复位保持结构7

3.4.3就绪保持结构7 3.5储能电机的减速机构 (7)

3.5.1齿轮箱结构7

3.5.2蜗轮蜗杆结构7

3.5.3棘轮结构7 3.6弹簧机构的联锁装置 (8)

3.6.1硬联锁8

3.6.2软联锁8

3.6.3PF接点9 4断路器弹簧操动机构的布局 (9)

5断路器的控制与保护 (10)

6断路器操动机构的安全锁 (11)

7断路器弹簧操动机构的维护 (11)

8断路器弹簧操动机构的发展 (5)

0引言

笔者最近几年，接触了一些弹簧操动机构，有些认识，愿与大家分享。文中没有计算，没有公式，略显没有深度，请高手一笑而过。文中试图将千差万别的机械结构进行分类，会有遗漏，但终归是一次尝试。也试图将其优缺点做一比较，必不完全，但肯定会有些说法。有些机构，并不能完全理解其博大精深，不正之处，也还望请指正。请到新浪微博《高压断路器中的弹簧操动机构》交流贴留言。链接如下：/u/2437510622。原文下载请搜百度文库。

文中涉及到一些机构名称，如ABB公司的EL弹簧操动机构，以下简称EL机构，主要用于VD4断路器；Schneider公司的P2弹簧操动机构，以下简称P2机构，主要用于Evolis断路器和Masterpact断路器；Schneider公司的RI弹簧操动机构，以下简称RI机构，主要用于Ev12S断路器上；Schneider公司的RT弹簧操动机构，以下简称RT机构，主要用于Premset 开关柜上；Schneider公司的FK2-01弹簧操动机构，以下简称FK2机构，主要用于HVX断路器上；三菱的BH2弹簧操动机构，以下简称BH2机构，主要用于VPR 断路器上；天水长城开关厂的GSL01弹簧操动机构，以下简称GSL01机构，主要用于EVH1断路器；以下断路器上用的弹簧操动机构不知道名字，只能用断路器名字称呼，VS1断路器上的弹簧操动机构，以下简称VS1机构；厦门华电开关有限公司的VEP断路器上的机构，以下简称VEP机构；Siemens公司的Sion断路器上采用的机构，以下简称Sion机构；东芝公司的VK断路器上采用的机构，以下简称VK机构。还有一些国内有有影响的机构如CT14，CT17，CT19，CT20等弹簧机构。

1操动机构的种类

高压开关设备中的弹簧操动机构，相关标准中有明确的定义。

《GBT 2900.20 电工术语》中

按标准划分，这就是我们常说的气动机构，液压机构，弹簧机构。气动机构，液压机构因能提供很大的操作功，多使用在高压领域。弹簧操动更多地使用在中压领域。气动机构中的气体和弹簧操动机构中的弹簧都是储能元件，但液压机构中的液压并不是用来储存能量的，因为液体并不可压缩，不能用来储存能量。液压机构只是用液压原理来传递能量。储能元件还是可压缩的空气或弹簧。液压机构只是相对于以前的气动机构用四连杆等机械零件传递能量而言，其传递能量的方式有了新的变化。后来ABB在高压领域有了以弹簧作为储能元件，液压作为传动单元的操动机构，就又有了液压弹簧机构的说法。

在中压领域，还有电磁机构，永磁机构，和斥力机构等。

电磁机构的出现比较短暂，其结构比弹簧操动机构简单，其合闸保持与分闸动作原理都和弹簧操动机构类似。合闸能量通过电磁线圈提供，不需要储能过程。合闸电流较大，对电源要求较高，合闸时会引起直流屏电压下降。其实，也可以采用类似永磁机构的电源，采用大容量电容器放电，驱动合闸。相比永磁机构，永磁机构结构更简单，所以，电磁机构并没有太多发展。

近些年，人们将储存在电容器里的能量，通过电磁元件，克服永磁铁的保持吸力，或利用永磁铁的吸力，或利用储存在弹簧里的能量，转换为断路器动作所需要的能量，又产生了永磁机构。不论是单稳态永磁机构，还是双稳态永磁机构，也只是因为永磁铁是其中一个很有特色的主要元件，而得名永磁机构。

还有一种斥力机构，也有人称其为快速机构。动作原理是将储存在电容中的能量瞬间释放，形成大电流，利用电流之间的电动斥力，驱动断路器动作。也因为其动作快而得名快速机构。

高压开关设备可分为断路器，负荷开关，隔离开关，接地开关等。根据高压开关设备的不同，弹簧操动机构也可分为断路器机构，负荷开关机构和接地开关机构。2弹簧操动机构的功能

弹簧操动机构，应能可靠稳定地保持开关设备的合、分状态；应能满足开关设备合、分的速度要求；应能满足一些特殊的操作顺序（如不成功自动重合闸）；应能满足一定的联锁要求。用于断路器的弹簧操动机构最为复杂，其次是用于负荷开关的弹簧操动机构，最简单的是用于接地开关的弹簧操动机构。对于隔离开关，用户只关心合分两个位置的状态，所以一般没有储能元件，也只有人（手）力机构或电动机构。

《GBT 2900.20 电工术语》中

《GBT 2900.20 电工术语》中

自由脱扣功能，现在提的越来越少了。其本意是好的，是为了减小事故的影响，避免开关设备做短路关合及开断。但是，断路器在合闸过程中，动静触头之间距离减小，耐压强度降低，产生预击穿后，有电弧产生。此时分闸，这个电弧如何熄灭是个问题。所以，在《DL402-1999交流高压断路器订货技术条件》中有如下描述：

4.24 防跳装置anti-pumping device

在合闸操作中，只要引起合闸的操动机构仍保持在闭

合的位置，如果由于某种原因使开关分闸，也不能再

合的保护装置。(参照IEV 441-16-48 )

4.48 自由脱扣开关装置trip-free switching device

当合闸操作起始后需要立即转为分闸操作时，即使合

闸指令继续保持着，其动触头也能返回且保持在分闸

位置的开关装置。(IEV 441-16-31)

4.25 联锁装置interlocking device

使开关的操作取决于设备的一个或几个另外的部件的

位置或操作的装置。(IEV441-16-49)

5.7自动重合(闸)操作auto-reclosing operation

开关分后经预定时间自动再次合的操作顺序。

(IEV441-16-10)

5.8不成功自动重合(闸)操作unsuccessful

auto-reclosing operation

开关自动重合后，由于外界的原因，无任何有意延时

就立即自动分的操作顺序。

5.9 人（手）力操作(开关装置的) dependent manual

operation(of a switching device)

仅用人（手）力直接使开关操作，操作速度和力取决

于操作者的动作过程。(IEV441-16-13)

3.2 高压开关设备high-voltage switchgear

高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件，外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。

3.37 操动机构operating device

操作开关设备使之合、分的装置。

3.40 贮能操动机构stored energy operating device

用操作前贮存于机构内的能量使开关分、合的操动机构

注：这种操动机构可按财贮能方式分为弹簧式、重锤式、液压式、气压式等。