1、高压断路器操动机构1、机构介绍高压SF6断路器的操动机构包括弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。操动机构是高压断路器的重要组成部分，它由以下几部分组成：储能单元控制单元力传递单元各种机构特点比较 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/碟簧/压缩性流体/非压缩性流体适用的电压等级40.5KV252KV126KV550KV126KV-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，自调整能力大反应，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
2、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2、操动机构弹簧操动机构气动操动机构液压操动机构2.1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。2.1.1弹簧操动机构原理介绍分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。储能电机
3、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。运行时分合闸弹簧均处于压缩状态，分闸弹簧的释放与合闸弹簧没有关系，可满足O-0.3 sec-CO-180 sec-CO操作循环。2.1.2弹簧操动机构动作原理 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。2.1.2弹簧操动机构动作原理分闸操作分闸操作（图1、2）分闸信号使分闸线圈带电并使分闸撞杆撞击分
4、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。2.1.2弹簧操动机构动作原理 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的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。2.1.2弹簧操动机构动作原理合闸操作合闸操作（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
5、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，分闸触发器和分闸保持掣子将轴销A锁住，开关保持在合闸位置。2.1.2弹簧操动机构动作原理合闸弹簧储能过程合闸弹簧储能过程 图3所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧释放（分闸弹簧已储能）。断路器合闸操作后，与棘轮相连的凸轮板使限位开关闭合，磁力开关带电，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
6、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切断电动机回路。合闸弹簧储能过程结束。2.1.2弹簧操动机构动作原理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”回路来实现。下图介绍了机械防跳装置的原理，其动作过程如下:2.1.2弹簧操动机构动作原理机械防跳原理 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。当合闸电磁铁被合闸信号
7、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。合闸触发器以逆时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子顺时针方向旋转，释放棘轮上的轴销。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。滚轮推动脱扣器的回转面，使其进一步转动。从而，脱扣器使脱扣杆顺时针转动(见图b)，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c).断路器合闸结束，合闸信号消失电磁铁复位(见图d).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，
8、断路器不能重复合闸操作(见图e)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a状态，为下次合闸操作作好了准备。分类不正常现象估计主要原因调查事项及对策分合动作的异常1.不能电气合闸1.1 电源不良检查控制电压U80%Ue1.2 电气控制系统不良控制线断线,端子松,合闸线圈故障,辅助开关接点故障1.3 SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力1.4弹簧未储能故障电机回路电源故障，检查回路电压U85%Ue电机过流或储能过时报警电机或机械系统故障1.5 其它手动关合合闸电磁铁,合闸,检查电磁铁间隙2.不能电气分闸2.1电源不良检查控制
9、电压U60%Ue2.2电气控制系统不良控制线断线,端子松,分闸线圈故障,辅助开关接点故障2.3 SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力2.4其它手动关合分闸电磁铁,分闸,检查电磁铁间隙SF6气压异常3.SF6气体压力下降 漏气补气至额定压力,参考充气作业要领,查找漏气点,消除漏点弹簧机构的断路器在运行中的故障处理2.2气动操作机构气动操动机构是一种以压缩空气做动力进行分闸操作，辅以合闸弹簧作为合闸储能元件的操动机构。所以该机构确切应为气动-弹簧操动机构。压缩空气靠断路器自备的压缩机进行储能，分闸过程中通过气缸活塞给合闸弹簧进行储能，同时经过机械传递单元使触头完成分闸操作，并经过锁扣
10、系统使合闸弹簧保持在储能状态。合闸时，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完成合闸操作。2.2.1气动操动机构原理介绍分闸操作靠压缩空气做动力，控制压缩空气的阀系统为一级阀结构。合闸弹簧为螺旋压缩弹簧。运行时分闸所需的压缩空气通过控制阀封闭在储气罐中，而合闸弹簧处于释放状态。这样分，合闸各有一独立的系统，可满足O-0.3sec-CO-180sec-CO操作循环。2.2.2气动操作机构组成气动-弹簧操动机构的组成 气动-弹簧操动机构见图4。气动-弹簧操动机构是由活塞和气缸组成的驱动机构，还包括控制压缩空气的控制阀，由电信号操纵的合闸和分闸电磁铁、以及合闸弹簧，缓冲器，分闸保持掣
11、子、脱扣器等其它零部件。图 42.2.3气动操作机构动作过程 分闸动作过程 分闸动作过程 图4所示状态为开关处于合闸位置，由控制阀内弹簧在连板上产生的顺时针方向的力矩被掣子在连板上产生的逆时针方向的力矩抵消，使控制阀不能动作，控制阀将压缩空气封闭在储气罐中，使压缩空气罐内的空气不能通过产品在合闸弹簧作用下保持合闸位置。图 5图 62.2.3气动操作机构动作过程 分闸操作（1）分闸操作（图4，5，6）a.分闸信号使分闸电磁铁通电 b.分闸电磁铁的动铁芯向下运动,撞击掣子。掣子由两个连杆和三根短轴组成,白色轴连接着两个连杆，两根黑色轴将两个连杆分别连在机架上。掣子右侧的连杆在铁芯的撞击下顺时针旋转
12、，左侧的连杆反时针旋转，因而连板和掣子的约束被释放。c.连板顺时针转动，使控制阀在其内部弹簧力的作用下打开。2.2.3气动操作机构动作过程 分闸操作（2）d.压缩空气罐内的压缩空气进入气缸。e.压缩空气推动活塞向下与活塞相连的动触头被带动，断路器分闸。f.在分闸操作的最后阶段，连板被与活塞相连的凸轮下压，使控制阀又回到合闸位置状态。气缸内的空气通过排气口排出。最后轴“A被分闸保持掣子锁住，断路器分闸操作完成。在分闸操作时，合闸弹簧由活塞作功储能。2.2.3气动操作机构动作过程合闸操作过程合闸操作过程 图6所示状态为开关处于分闸位置。在分闸位置，断路器是由通过连接在机架上的分闸保持掣子在机械上锁
13、住。分闸保持掣子受到由合闸弹簧力产生的反时针方向的力矩作用，此时其又与脱扣器和自身轴销构成“死点”结构产生顺时针方向力矩，保持产品的分闸状态。触头合闸需要的功是从合闸弹簧取得的。当轴“A”3被释放，活塞由合闸弹簧驱动向上经传动系统使动触头闭合。2.2.3气动操作机构动作过程合闸操作 合闸操作：a.合闸信号使合闸电磁铁通电。b.合闸电磁铁的铁芯向下撞击脱扣器 c.脱扣器和分闸保持掣子之间的“死点状态解除 d.分闸保持掣反时针转动，轴“A”从分闸保持掣于的约束中释放。e.活塞和动触头由合闸弹簧驱动向上完成合闸。2.2.3气动操作机构动作过程重合闸重合闸操作：断路器的重合闸操作是依靠断路器分闸后，其
14、气动机构的传动系统与控制回路能迅速地恢复到准合闸状态，然后在重合闸继电器的控制下断路器再次合闸。如果短路故障已经解除，则重合闸成功，断路器继续正常运行，如果短路故障尚来解除，则关合后立即(但不小于40ms)分闸，进行一次不成功的重合闸操作。分类异常现象估计主要原因调查事项及对策 合闸 动作 的异 常 分闸 动作 的异 常1.不能电气合闸1.1 电源不良检查控制电压U80%Ue1.2 电气控制系统不良控制线断线,端子松,合闸线圈故障,辅助开关接点故障1.3 空气或SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力1.4 其它手动关合合闸电磁铁,合闸,检查电磁铁间隙2.不能电气分闸2.1电源不良检
15、查控制电压U60%Ue2.2电气控制系统不良控制线断线,端子松,分闸线圈故障,辅助开关接点故障2.3空气或SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力2.4其它手动关合分闸电磁铁,分闸,检查电磁铁间隙气压系统异常3.空气压力下降3.1 漏气查找漏气原因,消除漏点3.2 空压机停止运转检查电机电源,电机控制回路气动机构的断路器在运行中故障的简单处理2.3液压操作机构 液压机构主要包含合分控制的驱动单元、油泵以及蓄能器。根据储能器的不同可以分为液压氮气操动机构和液压弹簧操动机构。液压碟簧操动机构的工作原理:当贮能电机接通时，油泵将低压油箱的油压入高压油腔，三组相同结构的贮能活塞在液压的作用下
16、，向下压缩碟簧而贮能。液压弹簧储能机构液压氮气储能机构图8（a）未贮能，分闸状态 图8（b）已贮能，分闸状态1低压油箱 2油位指示器 3工作活塞杆 4高压油腔 5贮能活塞 6支撑环 7碟簧 8辅助开关 9注油孔 10合闸节流阀11合闸电磁阀 12分闸电磁阀 13分闸节流阀 14排油阀 15贮能电机16柱塞油泵 17泄压阀 18行程开关图8（c）已贮能，合闸状态 2.3.1液压操作机构动作过程合闸操作 当合闸电磁阀线圈带电时，合闸电磁阀动作，高压油进入换向阀的上部，在差动力的作用下，换向阀芯向下运动，切断了工作活塞下部原来与低压油箱连通的油路，而与储能活塞上部的高压油路接通。这样，工作活塞在差动
17、力的作用下，快速向上运动，带动断路器合闸。A1:换向轴的左端面积,A2:换向轴的右端面积,A3:换向活塞杆右端的面积,面积关系:A3 A2(分闸)，A1 +A2 A3(合闸)合闸操作差压工作原理：施加压力的面积:A:A1 1，A A2 2 和 A A3 3，A A1 1+A+A2 2 A A3 3合闸后，由于差压原理，工作活塞和换向活塞均处于合闸闭锁状态P Z T P Z T A1A3A2合闸前级阀换向阀合闸调速分闸调速2.3.1液压操作机构动作过程分闸操作 当分闸电磁阀线圈带电时，分闸电磁阀动作，换向阀上部的高油压腔与低压油箱导通而失压，换向阀芯立即向上运动，切断了原来与工作活塞下部相连通的
18、高压油路，而使工作活塞下部与低压油箱连通失压。工作活塞在上部高压油的作用下，迅速向下运动，带动断路器分闸。A1A3P Z TA2分闸操作 差压工作原理：施加压力的面积:A2 和 A3，A3 A22.3.2液压操作机构动态分析工作原理简化示意（以液压碟簧机构为例）图示位置为分闸位置且碟簧已图示位置为分闸位置且碟簧已贮能，换向阀将油缸下端高压贮能，换向阀将油缸下端高压通道封闭、低压回油通道接通。通道封闭、低压回油通道接通。准备合闸准备合闸 图示位置为分闸图示位置为分闸位置且碟簧已贮能，位置且碟簧已贮能，换向阀在电磁阀作换向阀在电磁阀作用下换向将油缸下用下换向将油缸下端高压通道接通、端高压通道接通、
19、低压回油通道封闭。低压回油通道封闭。合闸过程合闸过程 图示位置为正在合图示位置为正在合闸的过程，油缸上下端闸的过程，油缸上下端均为高压油、由于截面均为高压油、由于截面差产生了压力差，在压差产生了压力差，在压力差的作用下，油缸活力差的作用下，油缸活塞带动断路器合闸。塞带动断路器合闸。合闸位置合闸位置 图示位置为合闸已完图示位置为合闸已完成，处于合闸保持状态。成，处于合闸保持状态。油缸上下端均为高压油、油缸上下端均为高压油、由于截面差产生了压力差，由于截面差产生了压力差，在压力差的作用下，油缸在压力差的作用下，油缸活塞使断路器可靠地保持活塞使断路器可靠地保持在合闸位置。在合闸位置。准备分闸准备分闸
20、 图示位置为合闸状图示位置为合闸状态准备分闸的过程，接态准备分闸的过程，接到分闸命令电磁阀使换到分闸命令电磁阀使换向阀换向，封闭油缸下向阀换向，封闭油缸下端的高压通道、接通油端的高压通道、接通油缸下端的回油通道，在缸下端的回油通道，在油缸活塞上端高压油的油缸活塞上端高压油的作用下，油缸活塞开始作用下，油缸活塞开始带动断路器进行分闸。带动断路器进行分闸。分闸完成及贮能分闸完成及贮能 图示位置为正在分闸的过图示位置为正在分闸的过程，换向阀封闭油缸下端的高程，换向阀封闭油缸下端的高压通道、接通油缸下端的回油压通道、接通油缸下端的回油通道，在油缸活塞上端高压油通道，在油缸活塞上端高压油的作用下，分闸到
21、底后使断路的作用下，分闸到底后使断路器可靠地保持在分闸位置。因器可靠地保持在分闸位置。因为分（合）闸过程消耗能量，为分（合）闸过程消耗能量，所以每次动作油泵都要重新启所以每次动作油泵都要重新启动补充能量。动补充能量。2.3.2我站OM-3型液压操作机构 我站断路器液压机构型号为OM-3，其工作原理与上述类型基本相同；正常情况下，在合闸位置靠活塞上下两端油压差（均为高压油）维持在合闸状态，所以为了防止在高压油迅速泄漏的情况下造成断路器慢分，加装机械防慢分装置；3.断路器的定期检查 分为一般性检查和大修性检查。一般性检查是指仅对操作机构箱及机构、空气压缩机系统进行的维护和对损坏的零部件进行更换。一
22、般性检查可在运行现场进行。大修性检查是指对于操作机构操作次数超过3000次应对操作机构进行彻底检修。对于开断能力为63kA的断路器，切断该短路电流16次后应该进行大修，更换弧触头。运行应注意中的几个问题（1）弹簧操作机构润滑脂（在运行了六年后，一些润滑脂需重新涂敷）机构行程的检查和凸轮间隙的确认 电磁铁间隙的检查和调整 对于气动操作机构还必须定期更换密封阀，进行机构箱的密封检查，防潮检查，压缩机油位检查和定期排水等工作。运行应注意中的几个问题（2）油泵频繁打压的具体原因有：（1）储压筒活塞杆漏油。（2）高压油路漏油。（3）微动开关的停泵、起泵距离不合格。（4）放油阀密封不良。（5）液压油内有杂质。（6）氮气损失。
