第五节-高压断路器的操动机构.

《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操作机构《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构教学内容本节教学内容一、操动系统概述二、电磁操动机构三、弹簧操动机构四、液压操动机构五、气动操动机构六、新型操动机构首页《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述1、操动机构的作用（1）合闸操作（2）保持合闸（3）分闸操作（4）防跳跃和自由脱扣（5）复位（6）闭锁有足够的合闸力，不仅在正常情况下能可靠关合断路器，而且在关合有短路故障的线路时，操动机构也能克服短路电动力的阻碍使断路器可靠合闸。可靠地将断路器保持在合闸位置，不会由于电动力及机械振动等原因引起触头分离。不仅能根据需要接受自动或遥控指令使断路器快速电动分闸，而且在紧急情况下可在操动机构上进行手动分闸，要求分闸速度快，分闸时间短。“跳跃”现象：是指断路器在关合有预伏短路故障的线路时，继电保护装置会快速动作，指令操动机构立即自动分闸，这时若合闸命令尚未解除，断路器会再次合闸于故障线路，如此反复会造成断路器多次合分短路电流，使触头严重烧伤，甚至引起断路器爆炸事故。自由脱扣：是指操动机构在合闸过程中接到分闸命令时，机构将不再执行合闸命令而立即分闸，这样就避免了跳跃。分闸后能自动恢复到准备合闸的位置例如：分、合闸位置闭锁；高、低气压（液压）闭锁；弹簧操动机构中合闸弹簧的位置闭锁操动机构：独立于断路器本体以外的对断路器进行操作的机械操动装置。其主要任务是将其他形式的能量转换成机械能，使断路器准确地进行分、合闸操作。（一）操动系统：包括操动机构、传动机构、提升机构，缓冲装置和二次控制回路等几个部分。操动机构的基本构成：操作能源系统、分闸与合闸控制系统、传动系统及辅助装置四个部分。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述2、操动机构的种类（1）手动操动机构（2）电磁操动机构（3）弹簧操动机构（4）液压操动机构（5）气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。以气体储能，以高压油推动活塞进行分、合闸操作的机构。用于110kV及以上电压等级的断路器，特别是超高压断路器以压缩空气推动活塞进行分、合闸操作的机构，或者仅以压缩空气进行单一的分、合操作，而以储能弹簧进行对应的合、分操作的机构。用于220kV及以下电压等级的断路器，特别适宜于压缩空气断路器或有空压设备的地方。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。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述12345操动机构用汉语拼音首位字母C表示操动方式的拼音首位字母：S—手动，D－电磁，J－电动机，T－弹簧，Q－气动，Y－液压，Z－重锤设计系列顺序号其他标志，如G－改进型，X－操动机构带箱子特征数字,一般电磁、液压、弹簧、手动等机构以其能保证的最大合闸力矩为特征数字；气动机构以其活塞直径（mm）为特征数字例如：CD2为电磁式操动机构，设计序号为2；CY3为液压操动机构，设计序号为3。3、操动机构的型号《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述（二）传动系统是操动机构的做功元件与动触头之间相互联系的纽带，通过传递能量和改变运动方向使高压断路器完成分、合闸的操作。1.传动系统的作用和组成传动系统的组成：主要由传动元件、提升机构、和传动机构三部分组成。传动元件由连杆机构或液压、气动传动机构等构成，通过传动机构与断路器的提升杆相连。传动机构是连接操动机构与提升机构的中间环节，起改变运动方向，增加行程并向断路器传递能量的作用。操提升机构是带动断路器动触头按一定轨迹运动的机构，它将传动机构的运动变为动触头的直线或近似直线运动，使断路器分、合闸，所以也叫变直机构。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述2.传动系统的分类（1）机械传动方式。（2）压缩空气传动方式。（3）液压传动方式。（4）气压机械混合传动方式。（5）液压机械混合传动方式。有杠杆、连杆机构、凸轮、齿轮等传动方式，其中以连杆机构使用最广泛。用于高压空气断路器及气动机构用于液压操动机构中用于压缩空气断路器和少油断路器用于少油及SF6断路器中《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述3.连杆机构连杆机构的常用类型：（1）四连杆机构（2）摇杆滑块机构（3）准确椭圆机构（4）近似椭圆机构（5）五连杆机构（6）连杆式脱扣机构1）折杆式脱扣机构2）锁钩式脱扣机构3）滚轮锁扣式脱扣机构由三根活动连杆和一根固定连杆共组成，O1与O2为固定轴销，A、B为可动轴销，连杆AB、AOl、BO2为能往复摆动或转动可动的连杆，O1O2可视为一根固定连杆。其中连杆AOl、BO2常称为拐臂，简称为臂，连杆AB简称为杆。是四连杆机构的一种变形，常用作变直机构。O为固定轴销，它没有从动臂，但有导向装置。当臂OA绕O摇动时，轴销B和滑块在导轨中作直线滑动。O为固定轴，且AB=AC=AO。C点在导轨内作直线运动，BC是连杆，B端限制在直线导轨里滑动。当滑块C在导轨中运动时，推动A点绕O旋转，这时B点作经过轴O的直线运动，而BC杆上除了A、B、C三点的其他任意点均作椭圆运动，故称准确椭圆直线机构。将C点改在绕O2摆动的摇杆端点上，这时若摇杆O2C摆动不大，则C点轨迹为近似直线，B点的轨迹也变为近似直线，而BC杆上除A点以外其他点的运动变为近似椭圆。有两个拐臂和两个连杆。其特点是主动臂与从动臂间没有确定的运动特点，即主动臂转过某一角度时，从动臂转过的角度可大可小，五连杆机构不能作传动机构，可在操作中用来实现自由脱扣。折杆式脱扣机构由连杆4、5、6组成。当操动机构接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力F2推动C点向上运动脱离死区后，断路器在分闸弹簧作用下自动分闸。断路器在合闸位置时，分闸力产生的力矩M作用在连杆2上，由于锁钩l的阻挡，连杆2不能被力矩M推动，因而可使断路器维持在合闸位置。断路器接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力F推动销钩反时针方向运动，当销钩抬起一定距离后，连杆2在力矩M的作用下，使断路器分闸。断路器在合闸位置时，滚轮1被锁扣锁住，使断路器保持在合闸位置。当操动机构接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力F推动锁扣2向顺时针方向转动。转出死区后，滚轮才能向顺时针方向转动，断路器分闸。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构一、操动系统概述（三）缓冲装置1.缓冲装置的作用吸收冲击力，减少撞击，避免零部件变形，改变速度特性2.缓冲装置的类型油缓冲器弹簧缓冲器气体缓冲器橡皮缓冲器1－油缸；2－活塞；3－撞杆；4－返回弹簧5－端盖1－弹簧；2－导杆；3－底座；4－撞杆油缓冲器一般用作分闸缓冲器，当高速运动的部件撞击到缓冲器活塞上的撞杆后，使油流受阻，对活塞底部产生压力，阻碍活塞向下运动，形成对运动部件的缓冲。弹簧缓冲器多用作合闸缓冲器，利用运动部件撞击并压缩弹簧来吸收运动部件的动能而产生缓冲，其制动力与弹簧的压缩行程成正比。多用于压缩空气断路器及SF6断路器中，原理与油缓冲器类似。一般用在缓冲能量不大的地方。在受到运动部件的撞击后，其动能消耗到压缩橡皮上，产生缓冲。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构二、电磁操动机构（CDl7型）1.结构和特点电磁操动机构由作功元件（电磁系统）、连板系统、合闸维持、脱扣装置和缓冲系统等几部分组成。CDl7型电磁操动机构是专为ZN28－12型真空断路器设计的操动机构。采用平面五连杆机构，半轴脱扣，具备自由脱扣功能，脱扣功率小。机构左侧装有辅助开关，右侧装有分闸电磁铁，机构下部为合闸电磁铁。合闸电磁铁下部由铸铁座和调整缓冲垫组成，座上装有合闸手柄供检修手动合闸用，橡胶调整缓冲垫不仅可起铁心缓冲作用，并可用于调整铁心顶杆与轮之间隙，以调整合闸速度。2.动作原理1—顶杆；2—滚轮；3—环；4—支架；5—连杆；6－输出轴；7—半轴；8—扣板；9—连板（a）分闸状态；（b）合闸过程；（c）合闸到顶点位置；（d）合闸状态；（e）分闸过程；（f）自由脱扣状态《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构三、弹簧操动机构（CT20－1XP型）1.结构和特点结构：合闸储能部分、传动部分、控制部分特点：（1）成套性强，性能稳定，运行可靠。（2）不需大功率的储能源，可手动储能。（3）适用于各种场合。（4）动作时间快，缩短合闸时间。（5）结构复杂，机械工艺高，合闸冲击力大，要有缓冲装置。2.动作原理（1）储能：利用电动机对合闸弹簧储能，并由合闸掣子保持。（2）合闸：在断路器合闸操作时，利用合闸弹簧释放的能量操动断路器合闸，与此同时，对分闸弹簧储能，并由分闸掣子保持；（3）分闸：断路器分闸操作时，利用分闸弹簧释放的能量操动断路器分闸。（a）合闸位置（合闸弹簧储能状态）；（b）分闸位置（合闸弹簧储能状态）；（c）合闸位置（合闸弹簧释放状态）l－凸轮；2－分闸弹簧；3－棘轮；4－棘轮轴；5－合闸弹簧；6－储能保持掣子；7－合闸掣子；8－合闸电磁铁；9－掣子；10－分闸电磁铁；11－铁心；12－分闸掣子；13—合闸保持掣子；14、18－拐臂；15－拐臂轴；16－棘爪；17－棘爪轴；18－拐臂《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器第五节高压断路器的操动机构四、液压操动机构1.结构和特点2.液压操动机构的工作原理3.液压操动机构的闭锁防护功能（1）油泵超时运转闭锁功能。（2）防慢分闭锁功能。1）电气闭锁。2）慢分阀。3）机械法。（3）油压低闭锁功能。液压机构：利用高压压缩气体（氮气）作为能源，液压油作为传递能量的媒介，注入带有活塞的工作缸，推动活塞作功，使断路器进行合闸和分闸的机构。主要结构：储能元件、控制元件、操动（执行）元件、辅助元件、电气元件。优点：输出功率大，时延小、动作快，负载特性配合好，噪声小，速度易调整，可靠性高，维修方便等。缺点：加工工艺要求高，如果制造或装配不良，容易渗漏油，速度特性易受环境温度的影响。液压操动机构采用差动原理，利用同一工作压力的高压油作用在活塞两侧的不同截面上产生作用力差，从而使活塞运动来驱动断路器进行分合闸操作。一般在分闸侧常充有高压油，而在合闸侧则由阀系统进行控制，只有在合闸操作及合闸位置时才充入高压油，在分闸位置时与低压油箱连通。机械能是储存在储压筒内，储压筒储存能量的方式：①利用氮气来储存能量。②弹簧储能方式。《发电厂变电站电气设备》第六章高压开关电器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5.集成化液压操动机构6.弹簧贮能液压机构特点：1）氮气贮能改弹簧贮能；高压区集中，结构紧凑；2）机械方法操作溢油阀；可靠的静密封减少环境污染；3）机械位置指示清晰，工作活塞及弹簧贮能状态外部可观；4）输出功率大，噪声小，维修方便；5）安装方法简单，维护工作量小。机构主要由机构箱、储压筒、阀系统、工作缸、油泵、控制板等组成。l、4、6、8、9、11、2l、25、26－管道；2－过滤油；3－油泵；5、17－逆止阀；7－储压筒；l0－管接头；12－一级控制阀；l3－工作缸；14－活塞；15－一级启动阀；16－泄油孔；18－二级启动阀；19－二级阀钢球；20、24－排油孔；22－分闸阀钢球；23－保持阀；27－合闸电磁铁；28－分闸电磁铁；29－电触点压力表；30－微动开关；31－辅助开关；32－高压放油阀集成化液压操动机构是为满足断路器需要操动机构提供较小操作功率而设计的，它不仅体积缩小，且实现了功能元件的模块化。1—工作缸；2－活塞；3－换向阀