CN100454467C - 特高压断路器永磁闭锁液压操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压断路器的液压操作机构，具体说是一种特高压断路器永磁闭锁液压操作机构。在具有差动式液压缸的操作机构中增设永磁闭锁装置和液压换向阀的控制机构。本发明采用永磁闭锁装置使断路器在完成操作后保持闭锁状态，能保证油压系统失压时机构状态稳定不变，能有效解决慢分、慢合问题，避免由此而产生断路器的爆炸。

Description

特高压断路器永磁闭锁液压操作机构

技术领域

本发明涉及一种高压断路器的液压操作机构，具体说是一种特高压断路器永磁闭锁液压操作机构。

背景技术

高压断路器由于工作电压高，通过电流大，通常需要专用的液压操作机构作为动力。高压断路器的液压操作机构根据操作方式的不同又可以分为直接驱动式和储能式两种，直接驱动式液压操作机构由电动机与油泵产生的高压力油，直接推动活塞。常用于速度不高、操作功率不大的场合。特高压断路器由于要求速度高、操作功率大，通常都是用储能式液压操作机构。储能式液压操作机构由储能部分、执行元件、控制元件及其他辅助元件构成，储能部分储存有高压力气体，通过气体膨胀释放出的能量经液压油传递给工作缸并转换成机械能。储能部分的能量来自于电动机带动油泵向储压器中压油，提高储压器的压力。由于储能过程的时间约为几分钟，而机构一次操作的时间大约只有零点几秒，因此储能用的电动机功率只有实际操作功率的千分之几，大大减轻了对电源容量的要求。这是储能式液压操作机构的主要优点。但是，高压断路器的特性要求在操作完成以后，到下一次操作之前保持可靠的闭锁状态，而储能式液压操作机构在操作完成后的闭锁也是靠油的压力来完成的，一旦液压装置失压，断路器必然会处于极不稳定的浮动状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，以永磁闭锁装置使断路器在完成操作后保持闭锁状态，提高刚分、刚合速度，提高产品运行的可靠性。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明所述的特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，包括液压缸、由液压缸驱动的动力轴，所述的液压缸为差动式液压缸，液压缸的有杆腔油道口通过油管与主储压器连通，液压缸的无杆腔油道口通过主换向阀连接主储压器，主换向阀的一个通道两边分别通过管道连接液压缸的无杆腔油道口和主储压器，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸的无杆腔油道口和油箱，油箱的出油口通过液压泵和单向阀与主储压器连通；动力轴通过销轴连接有闭锁机构，所述的闭锁机构包括闭锁外壳、安装在闭锁外壳中的闭锁铁芯、环绕闭锁铁芯设置在闭锁外壳中的闭锁永磁体，闭锁永磁体固定安装在闭锁外壳的内壁上，其磁极与闭锁铁芯的轴线垂直设置，闭锁铁芯的两端带有闭锁驱动轴，闭锁驱动轴穿过两侧闭锁端盖，其中一端的闭锁驱动轴通过销轴和杠杆与动力轴连接。

主换向阀为旋转换向阀，主换向阀的驱动轴上带有拐臂，拐臂的另一端与控制机构的输出轴铰接，所述的控制机构的底板上固定设置有大支撑板和小支撑板，平行设置的大支撑板和小支撑板上可转动地插装有传动轴，另有与大支撑板和小支撑板平行的输出轴插装在底板上，输出轴的一端固定带有端帽，偏心轮固定安装在传动轴上，位于输出轴的一侧、端帽的下方，大支撑板上带有开口槽，固定安装在偏心轮上的弹簧柱穿过开口槽与手动分闸弹簧的一端连接，手动分闸弹簧的另一端挂在大支撑板上的弹簧挂点上；输出轴的下端带有永磁驱动机构，所述的永磁驱动机构包括驱动机构外壳、安装在驱动机构外壳中的驱动机构铁芯、环绕驱动机构铁芯设置在驱动机构外壳中的驱动机构永磁体，驱动机构永磁体固定安装在驱动机构外壳的内壁上，其磁极与驱动机构铁芯的轴线垂直设置，驱动机构永磁体两端与驱动机构外壳的驱动机构端盖之间安装驱动机构电磁线圈，驱动机构铁芯固定安装在输出轴上，输出轴穿过驱动机构外壳两侧的驱动机构端盖。

主换向阀也可以是滑动换向阀，主换向阀的驱动轴上传动连接有控制机构，所述的控制机构的底板上固定设置有大支撑板和小支撑板，平行设置的大支撑板和小支撑板上可转动地插装有传动轴，另有与大支撑板和小支撑板平行的输出轴插装在底板上，输出轴的一端固定带有端帽，偏心轮固定安装在传动轴上，位于输出轴的一侧、端帽的下方，大支撑板上带有开口槽，固定安装在偏心轮上的弹簧柱穿过开口槽与手动分闸弹簧的一端连接，手动分闸弹簧的另一端挂在大支撑板上的弹簧挂点上；输出轴的下端带有永磁驱动机构，所述的永磁驱动机构包括驱动机构外壳、安装在驱动机构外壳中的驱动机构铁芯、环绕驱动机构铁芯设置在驱动机构外壳中的驱动机构永磁体，驱动机构永磁体固定安装在驱动机构外壳的内壁上，其磁极与驱动机构铁芯的轴线垂直设置，驱动机构永磁体两端与驱动机构外壳的驱动机构端盖之间安装驱动机构电磁线圈，驱动机构铁芯固定安装在输出轴上，输出轴穿过驱动机构外壳两侧的驱动机构端盖。

液压缸的有杆腔油道口与主储压器之间的油路上连接有备用转换阀，该备用转换阀为旋转换向阀，备用转换阀的一个通道两边分别通过管道连接液压缸的有杆腔油道口和主储压器，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸的有杆腔油道口和备用储压器，还有一个通道串接在主储压器与主换向阀之间，备用转换阀的旋转轴上带有手动转换机构。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明以永磁闭锁装置使断路器在完成操作后保持闭锁状态，能保证油压系统失压时机构状态稳定不变，能有效解决慢分、慢合问题，避免由此而产生断路器的爆炸。

2、启动速度快，能显著提高刚分、刚合速度；

3、紧急状态时或电气跳闸失灵时，可用手动直接跳闸，且跳闸速度不变；

4、当主液压系统故障或失压时，能满足一次快速跳闸；

5、由于功能完备、可靠性高，所以能够满足特高压、大容量断路器的分、合闸要求。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是主换向阀控制机构的剖视图；

图3是主换向阀控制机构的左视图；

图4是备用转换阀的手动转换机构的初始状态结构示意图；

图5是备用转换阀的手动转换机构的分闸状态结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的特高压断路器永磁闭锁液压操作机构包括液压缸1、由液压缸1驱动的动力轴2，所述的液压缸1为差动式液压缸，液压缸1的有杆腔油道口通过油管与主储压器3连通，液压缸1的无杆腔油道口通过主换向阀4连接主储压器3，主换向阀4的一个通道两边分别通过管道连接液压缸1的无杆腔油道口和主储压器3，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸1的无杆腔油道口和油箱5，油箱5的出油口通过液压泵8和单向阀9与主储压器3连通；动力轴2通过销轴连接有闭锁机构。液压缸1的有杆腔油道口与主储压器3之间的油路上还连接有备用转换阀10，该备用转换阀10为旋转换向阀，备用转换阀10的一个通道两边分别通过管道连接液压缸1的有杆腔油道口和主储压器3，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸1的有杆腔油道口和备用储压器11，还有一个通道串接在主储压器3与主换向阀4之间，备用转换阀10的旋转轴101上带有手动转换机构。

本发明采用两个储压器提供动力能源，正常工作时，液压泵8通过单向阀9、91分别向主储压器3和备用储压器11压油，使两个储压器都保持一定的压力。但此时，备用储压器11与液压缸1的有杆腔油道口之间的通道被备用转换阀10关闭。液压油只能由主储压器3经过备用转换阀10内的通道进入液压缸1的有杆腔。断路器分、合闸依靠主储压器3供油。

断路器合闸时，操纵主换向阀4，使液压缸1的无杆腔油道口和主储压器3之间的通道打开，同时关闭液压缸1的无杆腔油道口与油箱5之间的通道。这样，液压缸1两侧的压力相同，但由于活塞两侧受压面积不等，无杆腔一侧受压面积大，因而活塞向有杆腔一侧移动，带动动力轴2轴向移动，断路器合闸。

断路器分闸时，操纵主换向阀4，使液压缸1的无杆腔油道口和主储压器3之间的通道关闭，同时打开液压缸1的无杆腔油道口与油箱5之间的通道。这样，液压缸1的无杆腔通过油箱5泻压，而有杆腔仍然维持高压，因而活塞向无杆腔一侧移动，带动动力轴2轴向移动，断路器分闸。

当主储压器3供油系统发生故障或失压时，压力控制器31发出报警信号，此时，主液压系统的分、合闸功能已完全丧失。当工作人员确认急需分闸时，可以操纵手动转换机构将备用转换阀10切换到备用储压器11。此时，备用转换阀10同时切断液压缸1与主储压器3之间的两个通道，同时接通液压缸1有杆腔油道口与备用储压器11之间的通道，由于液压缸1无杆腔油道口已失压，活塞带动动力轴2快速向分闸方向移动，实现主液压系统故障时完成一次应急分闸的目的。

如图4、图5所示，为了防止备用转换阀10转换不到位，实现快速双稳态转换，备用转换阀10的旋转轴101上的手动转换机构包括固定安装在旋转轴101上的齿轮102、与齿轮102啮合的驱动齿轮103，驱动齿轮103上的弹簧挂点上连接拉簧105，拉簧105的另一端挂在手柄上，手柄安装在驱动齿轮103的转轴104上。利用弹簧过死点原理，手柄左右转动的时候拉动驱动齿轮103左右摆动，通过与其啮合的齿轮102带动旋转轴101左右旋转，改变备用转换阀10的工作状态。

闭锁机构的作用是使动力轴2操作到位后、在下一次操作之前保持闭锁状态。如图1所示，闭锁机构6包括圆桶状的闭锁外壳61、安装在闭锁外壳61中的圆柱体闭锁铁芯62、环绕闭锁铁芯62设置在闭锁外壳61中的闭锁永磁体63，闭锁永磁体63固定安装在闭锁外壳61的内壁上，其磁极与闭锁铁芯62的轴线垂直设置，闭锁铁芯62的两端带有闭锁驱动轴64，闭锁驱动轴64穿过两侧闭锁端盖，其中一端的闭锁驱动轴64通过销轴和杠杆21与动力轴2连接。

闭锁铁芯62在闭锁永磁体63的磁力作用下具有位于闭锁外壳61的一端，当闭锁铁芯62移动时必须要克服闭锁永磁体63的磁力，而一旦闭锁铁芯62移动到闭锁永磁体63的中间位置并越过中点以后，磁力就会推动闭锁铁芯62向另一侧移动，直到吸附在闭锁端盖上。断路器操作完成后，即使液压缸1中的压力发生变化，只要这种变化不足以克服闭锁永磁体63的磁力就可以保证断路器的闭锁。另一方面，在断路器的操作过程中，当动力轴2移动的时候带动闭锁铁芯62移动越过磁力平衡点以后，闭锁永磁体63的磁力作用会加快动力轴2移动的速度，有助于提高刚分刚合速度。

主换向阀4的作用是通过油路的转换实现分、合闸操作，可以选用旋转换向阀，也可以选用滑动换向阀，但考虑到可靠性的因素，优先选择旋转换向阀。此时，主换向阀4的驱动轴41上带有拐臂，拐臂的另一端与控制机构的输出轴72铰接。如图2、图3所示，所述的控制机构7的底板上固定设置有大支撑板76和小支撑板77，平行设置的大支撑板76和小支撑板77上可转动地插装有传动轴78，传动轴78的一端安装有手柄。偏心轮714固定安装在传动轴78上，位于大支撑板76和小支撑板77之间，另有与大支撑板76和小支撑板77平行的输出轴72插装在底板上，输出轴72的一端固定带有端帽79，端帽79通过连接销铰接在输出轴72上。大支撑板76上带有开口槽，偏心轮78上固定安装有弹簧柱，该弹簧柱穿过开口槽连接在手动分闸弹簧710的一端，手动分闸弹簧710的另一端挂在大支撑板76上的弹簧挂点上。偏心轮714上的弹簧挂柱和大支撑板76上的弹簧挂点应分别位于传动轴78轴心两端，并且在初始位置的时候略微越过弹簧“死点”，而偏心轮714的最低点与底板相抵使其不能继续转动。而在需要动作的的时候只要施加一个外力使偏心轮714反向转过弹簧“死点”，弹簧的拉力就会使其转动并最终利用偏心轮的边缘顶起端帽，拉动输出轴移动。由于端帽79通过连接销铰接在输出轴72上，偏心轮714顶起端帽79的时候，端帽79可以略微摆动，减轻两者之间的摩擦，提高机件的使用寿命；输出轴72的下端带有永磁驱动机构，所述的永磁驱动机构包括驱动机构外壳73、安装在驱动机构外壳73中的驱动机构铁芯74、环绕驱动机构铁芯74设置在驱动机构外壳73中的驱动机构永磁体75，驱动机构永磁体75固定安装在驱动机构外壳73的内壁上，其磁极与驱动机构铁芯74的轴线垂直设置，驱动机构永磁体75两端与驱动机构外壳73的驱动机构端盖之间安装驱动机构电磁线圈751，驱动机构铁芯74固定安装在输出轴72上，输出轴72穿过驱动机构外壳73两侧的驱动机构端盖。

下面以结合附图2、3为例详细介绍本控制机构7使用方法。在机构正常工作的时候，手动分闸装置不起作用，手动分闸弹簧710利用过“死点”原理将传动轴78锁定，使其不能任意转动，此时控制机构7依靠驱动机构电磁线圈751中的磁力实现动作，改变驱动机构电磁线圈751中的电流方向，使驱动机构铁芯74克服驱动机构永磁体75的磁力向驱动机构外壳73的另一侧移动，带动输出轴72轴向移动，输出轴72移动时通过拐臂的作用将主换向阀4的驱动轴41转过90度。当驱动机构电磁线圈751或电气控制系统发生故障，不能实现分闸的时候，只要搬动传动轴78上的手柄，使传动轴78转动一定角度，手动分闸弹簧710的挂点越过“死点”(弹簧固定挂点与传动轴78的轴心连线的延长线)以后，在手动分闸弹簧710的拉力作用下，偏心轮714快速转动推动端帽79和输出轴72迅速移动，使主换向阀4快速向分闸方向转动，达到快速手动分闸的目的。驱动机构电磁线圈751工作正常后，再次利用电磁线圈合闸时，端帽79压迫偏心轮714向分闸相反方向转动，并由偏心轮714上的弹簧挂点拉动弹簧，当偏心轮714上的弹簧挂点转过“死点”时，偏心轮714在弹簧拉力作用下转过一个稳定角，到达稳定点并实现弹簧储能，为下次手动分闸做好准备。偏心轮714到达稳定点后，由于稳定角的作用，在正常电动分合闸时手动分闸装置不动作。且动作后，手动分闸弹簧不会对永磁吸力形成反作用力，能保证主换向阀4工作状态稳定。

偏心轮714的设置使动力臂与阻力臂之比随偏心轮714的旋转角度而变化。手动分闸开始时，力臂之比很大，施加较小的动力就能使输出轴72克服永磁体的阻力，使输出轴72向分闸方向运动。随着偏心轮714旋转角度的加大，力臂之比也逐渐减小，使输出轴72的运动速度在手动力和手动分闸弹簧力的共同作用下不断加快，从而达到快速分闸的目的。由于手柄转过一定角度后，主要依靠手动分闸弹簧710的力进行分闸，从而避免了人为因素的不稳定性对分闸速度的影响。偏心轮714的形状决定了输出轴72移动速度的变化情况，实际使用时可以根据需要设计成圆形、椭圆形或其他非线性曲线。

主换向阀4也可以采用滑动换向阀。此时只要直接将主换向阀4的驱动轴41与控制机构7的输出轴72连接即可。

Claims (4)

1、特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，包括液压缸(1)、由液压缸(1)驱动的动力轴(2)，其特征在于：所述的液压缸(1)为差动式液压缸，液压缸(1)的有杆腔油道口通过油管与主储压器(3)连通，液压缸(1)的无杆腔油道口通过主换向阀(4)连接主储压器(3)，主换向阀(4)的一个通道两边分别通过管道连接液压缸(1)的无杆腔油道口和主储压器(3)，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸(1)的无杆腔油道口和油箱(5)，油箱(5)的出油口通过液压泵(8)和单向阀(9)与主储压器(3)连通；动力轴(2)通过销轴连接有闭锁机构(6)，所述的闭锁机构(6)包括闭锁外壳(61)、安装在闭锁外壳(61)中的闭锁铁芯(62)、环绕闭锁铁芯(62)设置在闭锁外壳(61)中的闭锁永磁体(63)，闭锁永磁体(63)固定安装在闭锁外壳(61)的内壁上，其磁极与闭锁铁芯(62)的轴线垂直设置，闭锁铁芯(62)的两端带有闭锁驱动轴(64)，闭锁驱动轴(64)穿过两侧闭锁端盖，其中一端的闭锁驱动轴(64)通过销轴和杠杆(21)与动力轴(2)连接。

2、根据权利要求1所述的特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，其特征在于：主换向阀(4)为旋转换向阀，主换向阀(4)的驱动轴(41)上带有拐臂，拐臂的另一端与控制机构的输出轴(72)铰接，所述的控制机构(7)的底板(71)上固定设置有大支撑板(76)和小支撑板(77)，平行设置的大支撑板(76)和小支撑板(77)上可转动地插装有传动轴(78)，另有与大支撑板(76)和小支撑板(77)平行的输出轴(72)插装在底板上，输出轴(72)的一端固定带有端帽(79)，偏心轮(714)固定安装在传动轴(78)上，位于输出轴(72)的一侧、端帽(79)的下方，大支撑板(76)上带有开口槽，固定安装在偏心轮(714)上的弹簧柱(715)穿过开口槽与手动分闸弹簧(710)的一端连接，手动分闸弹簧(710)的另一端挂在大支撑板(96)上的弹簧挂点上；输出轴(72)的下端带有永磁驱动机构，所述的永磁驱动机构包括驱动机构外壳(73)、安装在驱动机构外壳(73)中的驱动机构铁芯(74)、环绕驱动机构铁芯(74)设置在驱动机构外壳(73)中的驱动机构永磁体(75)，驱动机构永磁体(75)固定安装在驱动机构外壳(73)的内壁上，其磁极与驱动机构铁芯(74)的轴线垂直设置，驱动机构永磁体(75)两端与驱动机构外壳(73)的驱动机构端盖之间安装驱动机构电磁线圈(751)，驱动机构铁芯(74)固定安装在输出轴(72)上，输出轴(72)穿过驱动机构外壳(73)两侧的驱动机构端盖。

3、根据权利要求1所述的特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，其特征在于：主换向阀(4)为滑动换向阀，主换向阀(4)的驱动轴上传动连接有控制机构(7)，所述的控制机构(7)的底板(71)上固定设置有大支撑板(76)和小支撑板(77)，平行设置的大支撑板(76)和小支撑板(77)上可转动地插装有传动轴(78)，另有与大支撑板(76)和小支撑板(77)平行的输出轴(72)插装在底板上，输出轴(72)的一端固定带有端帽(79)，偏心轮(714)固定安装在传动轴(78)上，位于输出轴(72)的一侧、端帽(79)的下方，大支撑板(76)上带有开口槽，固定安装在偏心轮(714)上的弹簧柱(715)穿过开口槽与手动分闸弹簧(710)的一端连接，于动分闸弹簧(710)的另一端挂在大支撑板(96)上的弹簧挂点上；输出轴(72)的下端带有永磁驱动机构，所述的永磁驱动机构包括驱动机构外壳(73)、安装在驱动机构外壳(73)中的驱动机构铁芯(74)、环绕驱动机构铁芯(74)设置在驱动机构外壳(73)中的驱动机构永磁体(75)，驱动机构永磁体(75)固定安装在驱动机构外壳(73)的内壁上，其磁极与驱动机构铁芯(74)的轴线垂直设置，驱动机构永磁体(75)两端与驱动机构外壳(73)的驱动机构端盖之间安装驱动机构电磁线圈(751)，驱动机构铁芯(74)固定安装在输出轴(72)上，输出轴(72)穿过驱动机构外壳(73)两侧的驱动机构端盖。

4、根据权利要求1或2所述的特高压断路器永磁闭锁液压操作机构，其特征在于：液压缸(1)的有杆腔油道口与主储压器(3)之间的油路上连接有备用转换阀(10)，该备用转换阀(10)为旋转换向阀，备用转换阀(10)的一个通道两边分别通过管道连接液压缸(1)的有杆腔油道口和主储压器(3)，另一个通道的两边分别通过管道连接液压缸(1)的有杆腔油道口和备用储压器(11)，还有一个通道串接在主储压器(3)与主换向阀(4)之间，备用转换阀(10)的旋转轴(101)上带有手动转换机构。

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