CN101419883A - 一种高压电力开关智能操作机构及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压电力开关智能操作机构，在固定板(1)上安装下盖(60)、轴套(84)，在合闸线圈(50)的外部设置外铁套(51)，内部设置螺旋铁心(52)，上部设有上盖(55)，下部与下盖(60)相接触，底部通过导线(87)与取能电路III相连接；螺旋铁心(52)内部设置铁心(57)，铁心(57)上段内部设置螺纹孔(85)，下段内部设置内孔(56)；下部为螺杆的铁心顶杆(61)穿过上盖(55)并与螺纹孔(85)相配合，螺杆的底端与调节重锤(59)相配合；铁心顶杆(61)的上端设置孔(79)，孔(79)内设置滚轮(62)；合闸拐臂(63)的一端设置可使滚轮(62)滑动的滑动槽(66)，另一端与轴套(84)上的输出轴(67)固定相连；合闸拐臂(63)的反面设置跳闸装置。该种机构跳合闸速度快，耗电量小、可靠性高，结构简单且成本低。

Description

一种高压电力开关智能操作机构及应用

技术领域

本发明涉及一种电力系统操作机构，尤其是涉及一种高压电力开关智能操作机构。

背景技术

申请人在申请号为200720032521.0及2008200287374的两份申请中公开了一种电子电磁式智能开关，但相应的该种智能开关的操作机构没有涉及，经深研究后设计出更适合于电子电磁式智能开关的高速低电耗智能操作机构。同时，现有技术中的操作机构主要是电磁机构及弹簧机构两种方式，该两种机构均存在一定的问题：电磁机构合闸时需要的电流大；而弹簧机构结构复杂，制造成本大且维护工作量大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高压电力开关智能操作机构，该种智能操作机构结构简单，操作电流小，跳、合速度快，可靠性高、维护简单，制造成本低且同时能应用于其他高压电力开关。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高压电力开关智能操作机构，包括固定板1，所述固定板1上固定安装下盖60、轴套84、跳闸连接杆导轨76、合闸铁心顶杆导轨77、固定铁心安装板40、弹性活锁扣80及锁扣盒42，合闸线圈50的外部设置外铁套51，内部设置用尖顶的凸字形铁条绕成的且每圈铁心间设有窄空气隙54的螺旋铁心52，上部设有上盖55，下部与所述下盖60相接触，底部通过导线87与取能电路III相连接；所述螺旋铁心52下部与下盖60间设置空气间隙53并通过螺旋铁心支撑78来支撑；螺旋铁心52内部设置顶部圆周带有凸出斜角58的铁心57，所述铁心57上段内部设置螺纹孔85，下段内部设置内孔56；下部为螺杆的铁心顶杆61穿过上盖55并与螺纹孔85相配合，螺杆的底端与调节重锤59及压簧(69)相配合；所述铁心顶杆61的上端设置孔79，孔79内设置滚轮62；合闸拐臂63的一端设置可使所述滚轮62滑动的滑动槽66，另一端与安装在所述轴套84上的输出轴67固定相连；所述合闸拐臂63的反面设置跳闸装置，所述跳闸装置包括跳闸拐臂68，跳闸拐臂68通过连杆72与永久磁铁73连接，所述永久磁铁73的下部设置安装在所述固定铁心安装板40上的固定铁心75，固定铁心75的外部设置跳闸线圈74及铁外套83，所述跳闸线圈74的底部通过导线88与电流互感器二次回路II；所述跳闸拐臂68末端设置弹性活锁扣80，弹性活锁扣80后部设置安装在锁扣盒42内部的压簧81；穿过锁扣盒42设置与压簧81相配合的调节螺钉82。

上述方案中，螺旋铁心52的形状为锥形或圆形，与其配合的铁心57的形状相应的也为锥形或圆形。

在上述方案中，为了扩大磁路面积，所述上盖55设置向下锥台86，锥台86内部设置锥孔36，相应的铁心57、铁心顶杆61与其相配合的面均设置为锥面，铁心57并设置气孔89。

另外，所述铁心顶杆61的材料为抗磁材料。

上述方案中，所述跳闸装置的另一种方案是在跳闸拐臂68的下边设置插入锁扣盒104内并与弹簧95相接触的弹性活锁扣94，锁扣盒104的后部固定杠杆103，定位止钉99及带有支点98的支杆安装在固定板1上；杠杆103的后端设置拉簧96，拉簧96后部设置调节螺钉97，调节螺钉97通过螺钉固定板140固定在固定板1上；所述跳闸拐臂68的末端附近设置内部带有铁心101的跳闸线圈100，所述跳闸线圈100通过铁外壳102安装在固定板1上。

上述方案中，所述电流互感器二次回路II包括顺序相连接的同电位电流互感器6、组成全整流的二极管105，提供直流操作电源的电阻107、稳压管108和电容器109以及提供保护跳闸线圈113的电位器106、触发定时器110、单稳定时器111和三极管112。

上述方案中，所述取能电路III包括顺序相连接的电力线115、取能绝缘导线117、保险管118、氧化锌压敏电阻119后分为并联的两路：一路通过氧化锌压敏电阻139接地，另一路包括提供给蓄电池126或电容器127电源且顺序相连接的二极管122，由标准电压发生器123、电压比较器124和三极管125或晶闸管130组成的取能控制回路，电源直接供合闸线圈131、跳闸线圈132、定时电路接点133、定时电路接点134，电阻135、电容136、稳压管137及提供保护、遥控、自动装置的操作电源138。

本发明高压电力开关智能操作机构具有以下有益效果：

1，与现有各种机构比较，比电磁机构合闸电流要小很多，比弹簧机构要简单的多，单次操作耗电量小，没有气动、液动机构所需的附属设备，可靠性高、跳、合闸速度特别快；

2，可广泛用于其他高压电力开关及直流电源较困难的场所；

3、结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明高压电力开关智能操作机构的安装示意图；

图2为本发明高压电力开关智能操作机构的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是螺旋铁心52与铁心57其相配合的锥形结构示意图；

图5是合闸线圈50与螺旋铁心52的结构示意图；

图6是上盖55、铁心57及铁心顶杆61相配合的一种结构示意图；

图7是跳闸装置的另一种方案的结构示意图；

图8是电流互感器二次回路II接线图；

图9是高压电力线取能电路III原理图；

图10是较高电力线取能电路III原理图；

图11是取能电路III应用接线图。

图中：I为操作机构箱，II为电流互感器二次回路，III为取能电路，1为固定板，2为静触头，4为动触头，5为电源线，6为电流互感器，30为传动轴，31为传动拐臂，32为驱动拐臂，33为绝缘子拐臂，40为固定铁心安装板，42为弹簧盒，50为合闸线圈，51为外铁套，52为螺旋铁心，53为空气隙，54为窄空气隙，55为上盖，56为内孔，57为铁心，58凸出斜角，59为调节重锤，60为下盖，61为铁心顶杆，62为滚轮，63为合闸拐臂，66为滑动槽，67为输出轴，，68为跳闸拐臂，69为压簧，70为滑动槽，71为滚轮，72为连杆，73为永久磁铁，74为跳闸线圈，75为固定铁心，76为跳闸连接杆导轨，77为合闸铁心顶杆导轨，78为螺旋铁心支撑，79为孔，80为弹性活锁扣，81为压簧，82为调节螺丝，83为铁外套，84为轴外套，85为螺纹孔，86为锥台，87、88为导线，89为气孔，94为弹性活锁扣，95为压簧，96为拉簧，97为调节螺丝，98为支点，99为定位止钉，100为跳闸线圈，101为铁心，102为铁外壳，103为杠杆，104为锁扣盒，105为二极管，106为电位器，107为电阻，108为稳压管，109为电容器，110为定时器，111为单稳定时器，112为三极管，113为跳闸线圈，115为电力线，116为绝缘子，117为取能绝缘导线，118为保险管，119为氧化锌压敏电阻，122为二极管，123为标准电压发生器，124为电压比较器，125为三极管，126为蓄电池，127为电容器，130为晶闸管，131为合闸线圈，132为跳闸线圈，133、134为定时电路接点，135为电阻，136为电容，137为稳压管，138为保护、遥控、自动等装置，139为氧化锌压敏电阻，140为螺丝固定板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明高压电力开关智能操作机构及应用进行详述：

由图1，操作机构箱I内的输出轴67伸出到机构箱背面，经过驱动拐臂32驱动传动轴30的传动拐臂31，传动轴30的传动拐臂31再驱动开关动触头绝缘子拐臂33完成开关的开、合工作。

图2及图3中，合闸线圈50在线圈外部设置外铁套51，线圈内部设置用尖顶的凸字形铁条绕成的螺旋铁心52，每圈铁心间用抗磁材料支撑并留有窄空气隙54，形成磁通阻力，迫使其通过铁心57使其产生向上拉力，螺旋铁心52下部也留有一段空气隙53，同样对磁通形成阻力，迫使磁通通过设置在螺旋铁心52内部的铁心57，铁心57顶部园周凸出斜角58，中部直径较小，下部一小段直径变大，下面内部作有较内孔56，作为调节重锤59空间及设置压簧69等之用，这个压簧69对铁心57可有缓冲、启动功能，铁心57上部有铁心顶杆61用抗磁材料作成，以免与上盖55形成磁通路；铁心顶杆61上端带有较大孔79，空内穿滚轮62，通过滚轮62与合闸拐臂63在滑动槽66中始终滑动相连，合闸拐臂63与输出轴67固定相连，合闸拐臂63作有滚轮滑动槽66，用滚轮62使铁心顶杆61和合闸拐臂63在跳合闸过程中始终相连；铁心顶杆61两侧装有合闸铁心顶杆导轨77，以保证铁心顶杆运动轨迹正确，合闸拐臂63的反面跳闸拐臂68通过连接杆72连接一永久磁铁73，连杆72外部套有外套，外套外设有跳闸铁心导轨76，以保证永久磁铁73运动轨迹，下部设置一位置固定的固定铁心75，固定铁心75安装在固定铁心安装板40上，固定铁心75外套跳闸线圈74，跳闸拐臂68末端设置弹性活锁扣80，锁扣后部装有压簧81，压簧装在弹簧盒42内，后部设有调节螺丝82，以调节弹簧力量，当开关合闸过程中动、静触头接近时，永久磁铁73便和下面固定铁心75产生引力帮助合闸，当跳闸时跳闸线圈74通以产生和永久磁铁73极性相反的电流，使永久磁铁73与固定铁心75间产生很大的斥力，这个力和电流是同时产生的，没有其它开关机构的机械动作时延，又加之作用力直接加在跳闸拐臂68上，所以速度极快，是其他开关无法达到的，此力和铁心57的重力共同作用下打开跳闸弹性活锁扣80使开关跳闸。

由图4，螺旋铁心52及与其相配合的铁心57均为圆锥形，其工作原理与上述图1中基本相同。

图5是截面为顶端尖的凸字形铁条绕成的螺旋铁心52的结构示意图，螺旋形是为了拉力的连续稳定，每圈铁心间有窄空气隙54，以阻止磁力线使其不易通过，而迫使其通过铁心57，对铁心57形成向上的拉力，下部也设有一段空气隙，同样是为了对磁力形成阻力迫使磁力通过铁心57。为了防止受力铁心变形，螺旋铁心52的每圈间用抗磁材料支撑。

图6是上盖55及铁心57的另一种结构示意图，盖55设置向下锥台86，锥台86内部设置锥孔36，相应的铁心57、铁心顶杆61与其相配合的面均设置为锥面，铁心57并设置气孔89。这可充分利用内部空间，并增加了磁力作用的面积，其工作原理与前方案基本相同，示图是表示机构是在合闸状态的。

图7是跳闸装置的另一种方案的结构示意图，在跳闸拐臂68末端设置跳闸线圈100和跳闸铁心101，其结构可和前述合闸线圈50和铁心57的结构相似，以利用其电流小力量大的优点，直接推动跳闸拐臂68，另一边设置弹性活锁扣94，锁扣后部设有压簧95，在连接锁扣的杠杆103中间有支点98，支点前端有定位止钉99，支点98另一端设置拉簧96；后部有调节螺丝97，以调节跳闸电流，当跳闸拐臂68运动到和弹性活锁扣94相接触时锁扣被推远，到拐臂刚过弹性活锁扣94时，锁扣依靠压簧95推力推出锁扣锁住拐臂68。当跳闸时，跳闸线圈100通电，铁心101受到推力，此推力大于扛杆另一端拉簧96拉力时，杠杆翻转，大故障电流时静触头拐臂和动触头4导电杆间的作用力即可直接推开锁扣，使锁扣翻转开关跳闸，这样可加快跳闸速度，并提高可靠性，当小故障电流时，跳闸线圈100通以电流而实现跳闸。由于本开关机构的两种锁扣都是活锁扣，所以机构的智能作用是通过与本人研制的电子电磁式智能开关静触头2的特殊结构来共同实现的。

由于本机构具有高速低电耗智能化的特点，因此提供了可利用下述方式作为操作电源的有利条件，解决了一些场所特别是配电线路直流电源无法解决的问题。

图8是提供保护电源的电流互感器二次回路II接线图，电流互感器6二次侧加强绝缘，这样二次线便可直接引入机构箱内，二极管105组成全整流，经电阻107、稳压管108、电容器109提供定时器110、单稳定时器111、三极管112及跳闸线圈113直流操作电源，当线路刚投运有大故障电流时，因电流互感器二次侧还来不及充电，这时依靠静触头拐臂与动触头4导电杆间窄间隙产生的斥力，使开关跳闸，当运行中时因电流互感器6二次已经充电，这时电位器106直接提供单稳定时器111信号，导通三极管112也使开关跳闸，起到了双重保护和智能功能作用；当小故障电流时，因有一定时延，所以不论线路刚投运还是运行中，在电位器106发出信号触发定时器110、单稳定时器111、三极管112后，电源都可保证开关跳闸。

图9是高压电力线取能电路III原理图，通过电源线115，和设置在电源线115下面的取能绝缘导线117的耦合电容抽取电流，保险管118是为了保证安全，利用氧化锌压敏电阻119具有很准确的导通电压的特性来确定需要的导通电压以抽取电能，这样当蓄电池126或电容器127电压足够时氧化锌压敏电阻119分布电压小于导通电压而截止，充电电流中断，反之氧化锌压敏电阻119分布电压超过导通电压时则导通，氧化锌压敏电阻119后并接二极管122和为防雷和保安用的接地的氧化锌压敏电阻139。在年光照日较长的地区，也可利用太阳能电池板取能。

图10是较高电力线取能电路III原理图，其原理与图2相同，只是取能绝缘导线117可架设在离带电导线较远的杆塔附近即可，为了取能电流较大，可适当加大电源线115和取能绝缘导线117截面。

图11为取能电路III应用接线图，二极管122是为了只通过正向电流而设置的，标准电压发生器123、电压比较器124是当蓄电池或电容器电压变化时，提供三极管125，或晶闸管130的导通电压的，当蓄电池或电容器电压低时则三极管125或晶闸管130导通充电，反之则仃止，所取电源直接供合闸线圈131、跳闸线圈132作为直流操作电源，定时电路133、134接点，是来自保护和电子电磁式智能开关智能回路的断电接点，再经电阻135、电容器136、稳压管137提供保护、遥控、自动装置等138操作电源

以下对本发明高压电力开关智能操作机构的原理及动作过程作进一步详述：

本操作机构因去除了其他电磁机构构造上电能严重浪费的缺点，而采取了特殊的结构使电路更加科学合理，所以电流减少近二十倍；现有的弹簧机构是用电机小功率长时间使弹簧蓄能再经过复杂的转换而达到合闸的，转换过程无功消耗很大，而本操作机构没有复杂的转换而使电磁作用力直接加于合闸拐臂63，电能利用率很高，所以电耗自然很小。由于本操作机构在合闸过程中动、静触头接近时没有强力弹簧的反力制动，和铁心57运动中磁路空气隙愈来愈短引力不断加大，及永久磁铁73产生引力也不断加大而加速合闸，所以合闸速度很快；在跳闸时因永久磁铁73直接作用于跳闸拐臂68，而免除了其他机构经过复杂的机械转换再作用于跳闸拐臂68的时间延长，再加之永久磁铁73的作用力和电流是同时产生的，没有时延，所以跳闸速度极快；在跳闸时因跳闸电流是和永久磁铁的极性反向的，所以跳闸电流特别小，很适于本人研制的电子电磁式智能开关和操作电源困难的环境。由于本机构跳闸锁扣不同于其他机构的死锁扣而是活锁扣，所以配合智能操作很方便。

以下对操作机构动作过程加以叙述：当开关合闸时合闸线圈50通电，铁心57的铁心顶杆61便推动合闸拐臂63向上运动，由于空气隙愈来愈短，铁心57带动合闸拐臂63向上运动不断加速，当动触头4接近静触头2时，由于跳闸拐臂68连带的永久磁铁73接近下面的固定铁心75，两者引力加大，合闸速度更快，这正符合动、静触头接近接触时要快的要求，当线路存在大故障电流时，动触头4运动至离静触头2放电距离时，动、静触头间产生电弧，电弧电流通过引弧触头线圈，由于线圈匝数较多，动、静触头间便产生很大推力，使动触头4不能前进，当故障电流较小时，动触头4虽能缓慢前进，此时灭弧室也同时开始灭弧，在这同时通过本人研制的电子电磁式智能开关的智能回路的合闸线圈50通电时间和保护动作时间已到而断电，当开关合上在运行中发生较大故障电流时，在静触头拐臂与动触头4导电杆间便产生很大推力，由于弹性跳闸活锁扣80、94为活锁扣，此推力大于跳闸拐臂68侧永久磁铁73的引力或拉簧96的制动力时，由于铁心顶杆61始终和合闸拐臂63相连，在跳闸拐臂68反力和铁心57的重力共同作用下开关便立即开始跳闸动作，加之动触头4脱离引弧触头3后，引弧触头线圈通电，推力大大加强，而永久磁铁73因远离其下面的固定铁心75而引力减弱，如此时保护也动作跳闸线圈74通电，加上永久磁铁73反磁力的推力，跳闸速度更快，可以看出如果即使保护未动作，开关也可跳开，这样实际等于可靠性提高了一倍，当断开小电流时，跳闸线圈74通电产生和永久磁铁73反向的磁力，此力和铁心57的重力共同作用下使开关跳闸，由于本高速低电耗智能操作机构合闸、跳闸电流很小，所以特别适宜配合本人研制的电子电磁式智能开关使用，如用于户外大故障电流靠故障电流的力量就可跳闸，小故障电流时只要用电流互感器6的二次电流或利用电容器取能即可跳闸。

Claims (7)

1.一种高压电力开关智能操作机构，包括固定板(1)，所述固定板(1)上固定安装下盖(60)、轴套(84)、跳闸连接杆导轨(76)、合闸铁心顶杆导轨(77)、固定铁心安装板(40)、弹性活锁扣(80)及锁扣盒(42)，合闸线圈(50)的外部设置外铁套(51)，内部设置用尖顶的凸字形铁条绕成的且每圈铁心间设有窄空气隙(54)的螺旋铁心(52)，上部设有上盖(55)，下部与所述下盖(60)相接触，底部通过导线(87)与取能电路III相连接；所述螺旋铁心(52)下部与下盖(60)间设置空气间隙(53)并通过螺旋铁心支撑78来支撑；螺旋铁心(52)内部设置顶部圆周带有凸出斜角(58)的铁心(57)，所述铁心(57)上段内部设置螺纹孔(85)，下段内部设置内孔(56)；下部为螺杆的铁心顶杆(61)穿过上盖(55)并与螺纹孔(85)相配合，螺杆的底端与调节重锤(59)压簧(69)相配合；所述铁心顶杆(61)的上端设置孔(79)，孔(79)内设置滚轮(62)；合闸拐臂(63)的一端设置可使所述滚轮(62)滑动的滑动槽(66)，另一端与安装在所述轴套(84)上的输出轴(67)固定相连；所述合闸拐臂(63)的反面设置跳闸装置，所述跳闸装置包括跳闸拐臂(68)，跳闸拐臂(68)通过连杆(72)与永久磁铁(73)连接，所述永久磁铁(73)的下部设置安装在所述固定铁心安装板(40)上的固定铁心(75)，固定铁心(75)的外部设置跳闸线圈(74)及铁外套(83)，所述跳闸线圈(74)的底部通过导线(88)与电流互感器二次回路II；所述跳闸拐臂(68)末端设置弹性活锁扣(80)，弹性活锁扣(80)后部设置安装在锁扣盒(42)内部的压簧(81)；穿过锁扣盒(42)设置与压簧(81)相配合的调节螺钉(82)。

2.根据权利要求1所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述螺旋铁心(52)的形状为锥形或圆形，与其配合的铁心(57)的形状相应的也为锥形或圆形。

3.根据权利要求1所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述上盖(55)设置向下锥台(86)，锥台(86)内部设置锥孔(36)，相应的铁心(57)、铁心顶杆(61)与其相配合的面均设置为锥面，铁心(57)并设置气孔(89)。

4.根据权利要求1或是所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述铁心顶杆(61)的材料为抗磁材料。

5.根据权利要求1所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述跳闸装置的另一种方案是在跳闸拐臂(68)的下边设置插入锁扣盒(104)内并与弹簧(95)相接触的弹性活锁扣(94)，锁扣盒(104)的下部固定杠杆(103)，定位止钉(99)及带有支点(98)的支杆安装在固定板1上；杠杆(103)的下端设置拉簧(96)，拉簧(96)后部设置调节螺钉(97)，调节螺钉(97)通过螺钉固定板(140)固定在固定板(1)上；所述跳闸拐臂(68)的末端附近设置内部带有铁心(101)的跳闸线圈(100)，所述跳闸线圈(100)通过铁外壳(102)安装在固定板(1)上。

6.根据权利要求1所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述电流互感器二次回路II包括顺序相连接的同电位电流互感器(6)、组成全整流的二极管(105)，提供直流操作电源的电阻(107)、稳压管(108)和电容器(109)以及提供保护跳闸线圈(113)的电位器(106)、触发定时器(110)、单稳定时器(111)和三极管(112)。

7.根据权利要求1所述的高压电力开关智能操作机构，其特征在于，所述取能电路III包括顺序相连接的电力线(115)、取能绝缘导线(117)、保险管(118)、氧化锌压敏电阻(119)后分为并联的两路：一路通过氧化锌压敏电阻(139)接地，另一路包括提供给蓄电池(126)或电容器(127)电源且顺序相连接的二极管(122)，由标准电压发生器(123)、电压比较器(124)和三极管(125)或晶闸管(130)组成的取能控制回路，电源直接供合闸线圈(131)、跳闸线圈(132)、定时电路接点(133)、定时电路接点(134)，电阻(135)、电容(136)、稳压管(137)及提供保护、遥控、自动装置的操作电源(138)。

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