CN100356492C - 储能式隔离开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能式隔离开关，尤其是一种剪刀式隔离开关。本发明利用弹簧储能的原理在储能弹簧箱中设置储能弹簧，需要隔离开关动作的时候释放弹簧，利用弹簧的能量操纵开关的动作，满足了电力开关快速启动的要求。

Description

储能式隔离开关
技术领域
本发明涉及一种储能式隔离开关。
背景技术
现有的隔离开关都是利用电机一类的动力装置直接带动绝缘转轴操作高压侧曲臂动作，从而通过曲臂实现分合闸动作。例如：阿尔斯通(中国)投资有限公司(ALSTOM)生产的123——550KV剪刀式隔离开关，就是这种结构。这种隔离开关由于采用的是电机直接驱动的方式，电机在启动开始的时候速度相对较慢，逐渐提高速度，而电力开关在分合闸的时候要求有较高的刚分速度。无论是电机直接驱动式还是其他形式的机械直接驱动式隔离开关都不可避免地存在以上缺陷。另外，这种剪刀式隔离开关的两个曲臂是通过直接啮合的两个齿轮同步相对旋转来实现曲臂的相对运动，由于两齿轮之间的间距太小，两曲臂的最大旋转角度为90°，两曲臂夹紧母线的时候在重力的作用下仍会有向两边张开的趋势，并且在曲臂顶端的动触头接触静触头的时候会向上冲击母线，长期使用也影响操作机构的机械寿命和稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的刚分速度、能够手动分合闸、合闸后触头不会自然松动的储能式隔离开关。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明所述的储能式隔离开关包括底座、固定安装在底座顶端的传动箱体、齿轮箱，传动箱体与齿轮箱之间连接有绝缘支柱和绝缘转轴，齿轮箱中安装有左齿轮、右齿轮，左齿轮、右齿轮分别连接左曲臂和右曲臂，绝缘转轴的下端与驱动装置传动连接，上端安装有伞齿轮并与齿轮箱中的左齿轮或右齿轮啮合，其特征在于：传动箱体包括与驱动装置传动连接的储能弹簧箱、双稳态换向器，储能弹簧箱中设置有支架，支架上通过轴承安装有横轴，横轴的一端固定安装储能制动盘，另一端固定安装弹簧内支撑盘，另有弹簧外支撑盘通过轴承套装在支架上，盘式弹簧一端固定在弹簧内支撑盘上，另一端固定在弹簧外支撑盘上；弹簧外支撑盘通过储能蜗轮蜗杆装置与驱动装置传动连接；横轴通过连轴器连接双稳态换向器的输入轴，双稳态换向器的输出轴通过换向蜗轮蜗杆装置与绝缘转轴传动连接。换向蜗杆上安装有分合闸制动盘。
左齿轮与右齿轮之间安装有过渡齿轮，过渡齿轮的数量为偶数个。
双稳态换向器的输入轴、输出轴、过渡轴通过轴承安装在箱体中，其中输入轴上固定安装有输入轴合闸齿轮和输入轴常啮合齿轮，输出轴上通过花键键槽机构滑动安装有输出轴双连齿轮，过渡轴上固定安装有过渡轴常啮合齿轮和过渡轴分闸齿轮，输入轴常啮合齿轮与过渡轴常啮合齿轮啮合，输出轴双连齿轮在输出轴上滑移的时候分别与输入轴合闸齿轮或过渡轴分闸齿轮啮合，输出轴双连齿轮上连接拨叉。
输出轴双连齿轮上连接的拨叉固定连接在拨叉杆上，拨叉杆与双稳态永磁机构传动连接，所述的双稳态永磁机构的外壳中设置有输出轴，输出轴穿过外壳两端的端盖外伸，其前端与拨叉杆连接，输出轴上固定有铁芯，铁芯的外侧设置有永磁体，永磁体与外壳固定连接，永磁体的两端各设置一组脉冲线圈，输出轴与外壳的接触部位套装有防磁轴套，防磁轴套周围的外壳上带有向内凸起的端盖磁靴，位于两脉冲线圈之间的外壳的中间部位带有向内凸起的外壳磁靴。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：
1、驱动曲臂动作的直接动力来自于储存在弹簧中的能量，由于弹簧的特性是刚被释放时能量最大，因此本发明满足了隔离开关刚分速度的要求。克服了电机直接驱动隔离开关刚分速度慢的缺点。
2、又由于储能弹簧动作后剩余弹力始终作用于绝缘转轴，所以合闸后触头能保持足够的压力，保证接触良好。
3、由于在齿轮箱中增加了过渡齿轮，拉大了左齿轮与右齿轮之间的距离，两曲臂旋转角度可扩展到120°左右，当曲臂转过垂直点后，上支点开始下降，与剪刀夹角缩小形成的上升作用基本抵消，所以在动触头接近静触头时，动触头由上下运动变为横向运动，避免了两触头接触时对母线的向上冲击；使隔离开关在机械稳定性方面明显提高。
4、合闸后，曲臂在剪刀重力的作用下，两曲臂有更加夹紧的趋势，有利于克服普通隔离开关合闸后触点容易松动的缺陷。
5、采用弹簧储能后，可以在驱动装置上安装手动储能手柄，当电机出现故障不能储能时，可用手动储能，分合闸速度不受影响。
6、当隔离开关表面覆冰时，可利用弹簧机构初始能量大的特点，反复操作冲击覆冰，从而有效实施覆冰后的分合闸动作，扩大该隔离开关的适用环境。这是电机直接驱动装置无法做到的。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图；
图2是储能弹簧箱的结构示意图；
图3是双稳态换向器的剖视图；
图4是双稳态永磁机构的结构示意图；
图5是动触头运动轨迹示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的储能式隔离开关包括底座1、固定安装在底座1顶端的传动箱体2和齿轮箱3，传动箱体2与齿轮箱3之间连接有绝缘支柱4和绝缘转轴6，齿轮箱3中安装有左齿轮31、右齿轮32，左齿轮31和右齿轮32分别连接左曲臂51和右曲臂52，左齿轮31与右齿轮32之间安装有2个过渡齿轮33。当然，根据需要过渡齿轮33的数量也可以是4个、6个或8个。由于在齿轮箱3中增加了过渡齿轮33，拉大了左齿轮31与右齿轮32之间的距离，两曲臂旋转角度可扩大到120°左右，当曲臂转过垂直点后，上支点开始下降，与剪刀夹角缩小形成的上升作用基本抵消，所以在动触头接近静触头时，动触头由上下运动变为横向运动，避免了两触头接触时对母线的向上冲击；动触头的运动轨迹图5所示，图中横轴X表示曲臂旋转角度，纵轴Y表示动触头的高度。另外，合闸后，曲臂在剪刀重力的作用下，两曲臂有更加夹紧的趋势，有利于克服普通隔离开关合闸后触点容易松动的缺陷。
绝缘转轴6的下端与传动箱体2传动连接，上端安装有伞齿轮并与齿轮箱3中的左齿轮31啮合。当然，根据需要绝缘转轴6上端的伞齿轮也可以与齿轮箱3中右齿轮32啮合。传动箱体2包括与驱动装置735传动连接的储能弹簧箱7、双稳态换向器8以及分合闸制动盘733。如图2所示，储能弹簧箱7中设置有支架71，支架71上通过轴承安装有横轴72，横轴72的一端固定安装储能制动盘73，储能制动盘73上带有盘式制动装置78；横轴72的另一端固定安装弹簧内支撑盘74，另有弹簧外支撑盘75通过轴承套装在支架71上，盘式弹簧76的一端固定在弹簧内支撑盘74上，另一端固定在弹簧外支撑盘75上；弹簧外支撑盘75通过储能蜗轮蜗杆装置77与驱动装置735传动连接；横轴72通过连轴器连接双稳态换向器8的输入轴81，双稳态换向器8的输出轴82通过连轴器连接转向蜗杆734，转向蜗杆734的一端固定安装分合闸制动盘733，分合闸制动盘733上带有盘式制动装置，转向蜗杆734的另一端与绝缘转轴6下端的蜗轮连接。
如图3所示，双稳态换向器8带有输入轴81、输出轴82、过渡轴83，该三轴通过轴承安装在箱体中，其中输入轴81上固定安装有输入轴合闸齿轮84和输入轴常啮合齿轮85，输出轴82上通过花键键槽机构滑动安装有输出轴双连齿轮86，过渡轴83上固定安装有过渡轴常啮合齿轮87和过渡轴分闸齿轮88，输入轴常啮合齿轮85与过渡轴常啮合齿轮87啮合，输出轴双连齿轮86在输出轴82上滑移的时候分别与输入轴合闸齿轮84或过渡轴分闸齿轮88啮合，输出轴双连齿轮86上连接拨叉89。由于隔离开关的工作要求不能出现空挡的中间状态，即输出轴双连齿轮86在任何时候必须与合闸齿轮84或过渡轴分闸齿轮88其中之一啮合，为了满足这一要求，除在齿轮的设计和安装上进行改进外(这些设计和改进是机械设计行业的常规，在此不再详细叙述)，配合采用本人发明的双稳态永磁机构(中国专利98220417.5)作为拨叉的操纵机构，彻底杜绝人工操作拨叉可能不到位的问题。
输出轴双连齿轮86上连接的拨叉89固定连接在拨叉杆90上，拨叉杆90与双稳态永磁机构传动连接，如图4所示的双稳态永磁机构的外壳101中设置有输出轴102，输出轴102穿过外壳101两端的端盖外伸，其前端与拨叉杆连接，输出轴102上固定有铁芯103，铁芯103的外侧设置有永磁体104，永磁体104与外壳101固定连接，永磁体104的两端各设置一组脉冲线圈105，输出轴102与外壳101的接触部位套装有防磁轴套1011，防磁轴套1011周围的外壳101上带有向内凸起的端盖磁靴，位于两脉冲线圈105之间的外壳101的中间部位带有向内凸起的外壳磁靴。
上述驱动装置735可以采用电动机配合蜗轮蜗杆减速器使用，该驱动装置为现有公知技术，在此不再详细叙述。
本发明所述的储能式隔离开关的工作原理如下：
驱动装置735通过弹簧储能蜗轮蜗杆装置77带动弹簧外支撑盘75旋转，而此时由于储能盘式制动器78将储能制动盘73卡死，横轴72和弹簧内支撑盘74不能转动，弹簧外支撑盘75旋转时将储能弹簧76拧紧待用。当需要左曲臂51和右曲臂52动作时，首先通过电器控制装置操纵双稳态换向器8到工作位置，然后操纵制动装置松开储能制动盘73和分合闸制动盘733，横轴72在弹簧76的作用下快速旋转，并通过双稳态换向器8驱动转向蜗杆734旋转，并最终带动绝缘转轴6旋转，绝缘转轴6旋转时带动齿轮箱3中的左齿轮31和右齿轮32相向旋转，从而使曲臂降低或升高，实现分合闸动作。曲臂动作到位时，电器控制装置启动刹车装置卡紧储能制动盘73和分合闸制动盘733，横轴72和转向蜗杆734、绝缘转轴6停止转动，分合闸动作结束。电器控制装置操纵驱动装置735重新启动，为储能弹簧储能，当储能到达设定值时驱动装置735停止工作，等待下一工作循环。
双稳态换向器8的作用是使横轴72单一方向的扭力通过换向作用到绝缘转轴6的时候产生两种不同的方向。
另外，由于双稳态换向器8的动力输出端与绝缘转轴6之间是通过蜗轮蜗杆连接的。因此，在工作时绝缘转轴6的旋转角度可以不超过360度，能够很方便地在绝缘转轴6的下端安装定位开关736，通过检测绝缘转轴6旋转的角度判断曲臂是否到位，为电器控制装置提供数据。
另外，可以在驱动装置735上安装手动储能手柄，当电机出现故障，不能储能时，可用手动储能，能保证分合闸速度不受影响。储能制动盘和分合闸制动盘能有效保证换向器8换向时隔离开关的分合闸状态和储能弹簧的状态暂不改变，使换向器可靠换向。
储能式隔离开关能有效改善分、合闸特性，实际应用时可设计成双剪刀式、中央断开式、垂直开启式、双侧断开式储能式隔离开关。

Claims (4)

1、储能式隔离开关，包括底座(1)、固定安装在底座(1)顶端的传动箱体(2)、齿轮箱(3)，传动箱体(2)与齿轮箱(3)之间连接有绝缘支柱(4)和绝缘转轴(6)，齿轮箱(3)中安装有左齿轮(31)、右齿轮(32)，左齿轮(31)、右齿轮(32)分别连接左曲臂(51)和右曲臂(52)，绝缘转轴(6)的下端与驱动装置(735)传动连接，上端安装有伞齿轮并与齿轮箱(3)中的左齿轮(31)或右齿轮(32)啮合，其特征在于：传动箱体(2)包括与驱动装置(735)传动连接的储能弹簧箱(7)、双稳态换向器(8)，储能弹簧箱(7)中设置有支架(71)，支架(71)上通过轴承安装有横轴(72)，横轴(72)的一端固定安装储能制动盘(73)，另一端固定安装弹簧内支撑盘(74)，另有弹簧外支撑盘(75)通过轴承套装在支架(71)上，盘式弹簧(76)一端固定在弹簧内支撑盘(74)上，另一端固定在弹簧外支撑盘(75)上；弹簧外支撑盘(75)通过储能蜗轮蜗杆装置(77)与驱动装置(735)传动连接；横轴(72)通过连轴器连接双稳态换向器(8)的输入轴(81)，双稳态换向器(8)的输出轴(82)通过换向蜗轮蜗杆装置(9)与绝缘转轴(6)传动连接。
2、根据权利要求1所述的储能式隔离开关，其特征在于：左齿轮(31)与右齿轮(32)之间安装有过渡齿轮(33)，过渡齿轮(33)的数量为偶数个。
3、根据权利要求1或2所述的储能式隔离开关，其特征在于：双稳态换向器(8)的输入轴(81)、输出轴(82)、过渡轴(83)通过轴承安装在箱体中，其中输入轴(81)上固定安装有输入轴合闸齿轮(84)和输入轴常啮合齿轮(85)，输出轴(82)上通过花键键槽机构滑动安装有输出轴双连齿轮(86)，过渡轴(83)上固定安装有过渡轴常啮合齿轮(87)和过渡轴分闸齿轮(88)，输入轴常啮合齿轮(85)与过渡轴常啮合齿轮(87)啮合，输出轴双连齿轮(86)在输出轴(82)上滑移的时候分别与输入轴合闸齿轮(84)或过渡轴分闸齿轮(88)啮合，输出轴双连齿轮(86)上连接拨叉(89)。
4、根据权利要求3所述的储能式隔离开关，其特征在于：输出轴双连齿轮(86)上连接的拨叉(89)固定连接在拨叉杆(90)上，拨叉杆(90)与双稳态永磁机构传动连接，所述的双稳态永磁机构的外壳(101)中设置有输出轴(102)，输出轴(102)穿过外壳(101)两端的端盖外伸，其前端与拨叉杆(90)连接，输出轴(102)上固定有铁芯(103)，铁芯(103)的外侧设置有永磁体(104)，永磁体(104)与外壳(101)固定连接，永磁体(104)的两端各设置一组脉冲线圈(105)，输出轴(102)与外壳(101)的接触部位套装有防磁轴套(1011)，防磁轴套(1011)周围的外壳(101)上带有向内凸起的端盖磁靴，位于两脉冲线圈(105)之间的外壳(101)的中间部位带有向内凸起的外壳磁靴。
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