CN104143486A - 断路器及其操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器及其操动机构，断路器的操动机构包括分别用于与对应各相分合闸杆传动连接的左、中和右闸杆传动结构，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆传动连接，所述中闸杆传动结构左右两侧分别布置有至少一个驱动电机，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应相间连杆或闸杆传动结构传动连接。本发明提供了一种能够降低驱动电机购置成本、同时提高各相闸杆传动结构间同期性的操动机构。

Description

断路器及其操动机构

技术领域

本发明涉及断路器领域，尤其涉及一种断路器及其操动机构。

背景技术

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，担负着控制和保护电路的双重任务，其性能的好坏是决定电力系统能否安全运行的重要因素之一。而高压断路器的全部功能都体现在动、静触头的分合动作上，动、静触头的分合动作是通过操动机构来实现的，操动机构是断路器的重要组成部分，是决定断路器性能的关键部件，其性能的好坏直接影响到断路器的技术性能，因此断路器的工作可靠性在很大程度上依赖于操动机构的动作可靠性。

由于断路器本身工作性质的要求使得其操动机构要求在毫秒内完成其操作过程，而这一套完全由机械零部件组成的体系去实现其实要求是很高的。从国际、国内断路器的故障统计数字来看，机械故障占大多数，高达总故障的70%，因此，在断路器向高电压、大容量、高可靠性发展的今天，为了满足电力系统对高可靠性的要求，有必要研究一种体积小、结构简单、且运动过程可控的操动机构，为此，电机式操动机构逐渐被广泛应用于断路器中。现有使用电机式操动机构的断路器结构如图1所示：包括三相并列设置的触头装配，各触头装配均包括静触头3和装有动触头4的分合闸杆10，分合闸杆由操动机构驱动，操动机构包括分别与各分合闸杆传动连接以驱动各分合闸杆往复运动的闸杆传动结构20，闸杆传动结构可以是拐臂或者曲轴，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆6传动连接，其中一个闸杆传动结构通过电机连杆7与一个驱动电机的动力输出端传动连接，驱动电机可以是伺服电机或者是输出角度可控的摆角电机。工作时驱动电机的动力由其中一个闸杆传动结构输入，并依次由相间连杆向后输送，从而使各闸杆传动结构分别带动对应动触头与静触头完成分合闸动作。现有的这种操动机构存在的问题在于：1、驱动电机的输出转矩无法适应126Kv以上电压等级的三相断路器，这是因为其使用的驱动电机的特殊性，随着电压等级的升高，所需驱动电机的输出扭矩越大，同时断路器的分合闸速度也需随之提高，对应要求驱动电机的转速也越快，这样就造成驱动电机的制造成本急剧增加；2、驱动电机距离各相闸杆传动结构的距离均不相同，离驱动电机越远的相，同期性越差，尤其是在敞开式断路器中，相与相之间，有明确的安全间距需求，传动行程越长，累积变形越大，使得这个缺点更加明显；3、驱动电机设置于整个操动机构的一端，造成电机连杆和各相间连杆所需承担的最大扭矩较大，比如说每相触头装配分合闸所需闸杆传动结构传递的扭矩为1M，那么驱动电机的输出动力应至少为3M，与驱动电机相连的电机连杆所需承担的最大扭矩也就至少为3M，第一、二相之间的相间连杆所需承担的最大扭矩至少为2M，第二、三相之间的相间连杆所需承担的最大扭矩为至少1M，各连杆的强度要求较高，各连杆均需具有较大的结构尺寸，不仅增加各连杆的制作成本，同时较大尺寸的连杆增加了传动系统的质量，这就增加了驱动电机的能耗，驱动电机所需的输出扭矩更大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低驱动电机购置成本、同时提高各相闸杆传动结构间同期性的操动机构；本发明的目的还在于提供一种使用该操动机构的断路器。

为了解决上述问题，本发明中操动机构的技术方案为：

断路器的操动机构，包括分别用于与对应各相分合闸杆传动连接的左、中和右闸杆传动结构，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆传动连接，所述中闸杆传动结构左右两侧分别布置有至少一个驱动电机，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应相间连杆或闸杆传动结构传动连接。

驱动电机的总个数为偶数，各驱动电机对称布置于中闸杆传动结构的左右两侧。

所述驱动电机共有两个，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应闸杆传动结构传动连接，各闸杆传动结构均为拐臂或曲轴，所述的电机传动结构包括与相间连杆同轴线设置的电机连杆，电机连杆的一端与所述拐臂或曲轴传动连接，另一端与对应驱动电机的动力输出轴同轴线传动连接。

本发明中断路器的技术方案为：

断路器，包括操动机构和三相左右间隔并列设置的触头装配，各触头装配均包括静触头和装有动触头的分合闸杆，操动机构包括分别与对应各相分合闸杆传动连接的左、中和右闸杆传动结构，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆传动连接，所述中闸杆传动结构左右两侧分别布置有至少一个驱动电机，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应相间连杆或闸杆传动结构传动连接。

驱动电机的总个数为偶数，各驱动电机对称布置于中闸杆传动结构的左右两侧。

所述驱动电机共有两个，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应闸杆传动结构传动连接，各闸杆传动结构均为拐臂或曲轴，所述的电机传动结构包括与相间连杆同轴线设置的电机连杆，电机连杆的一端与所述拐臂或曲轴传动连接，另一端与对应驱动电机的动力输出轴同轴线传动连接。

断路器还包括与所述各驱动电机控制连接以控制所述各驱动电机同步动作的控制器。

本发明的有益效果为：使用时至少两个驱动电机一起为整个操动机构提供动力，相比通过一个驱动电机为操动机构提供动力而言，降低了每台驱动电机所需的输出转距，各台小功率驱动电机的购置成本之和大大小于一台大功率驱动电机的购置成本；另外，各驱动电机布置于中闸杆传动结构的左右两侧，缩短了各相闸杆传动结构与对应驱动电机之间的传动距离，提高了各相闸杆传动结构的同期性；另外，每台驱动电机输出转矩的降低，也使得相间连杆所需承载的最大扭矩降低，这样就降低了相间连杆的结构尺寸和重量，减小了传动系统的转动惯量和摩擦阻力，从而降低了各驱动电机的能耗。

进一步的，各驱动电机对称布置于中闸杆传动结构的左右两侧，中闸杆传动结构距离其两侧驱动电机的传动距离相同，各驱动电机不会对中闸杆传动结构的左右两侧产生不同步的扭矩，既有效的保证了中闸杆传动结构不会因为受各驱动电机的“不同步撕扯”而损坏，又有效的保证了各驱动电机不会因为彼此之间的应力而影响使用寿命。

附图说明

图1是本发明中背景技术的结构示意图；

图2是本发明中断路器的一个实施例的结构示意图；

图3是图2中动、静触头分闸时的传动示意图，同时也是本发明中操动机构的一个实施例的使用状态图；

图4是图2中动、静触头合闸时的传动示意图；

图5是图2中电机连杆与左闸杆传动结构的配合示意图。

具体实施方式

断路器的实施例如图2~5所示：本实施例中断路器为敞开式断路器，包括操动机构和三相左右间隔并列设置的触头装配1，各触头装配均包括静触头3和装有动触头4的分合闸杆10，操动机构包括分别驱动对应各相分合闸杆往复运动的左闸杆传动结构、中闸杆传动结构和右闸杆传动结构，左、中、右闸杆传动结构均为曲轴8，相邻两个闸杆传动结构之间通过相间连杆6传动连接，操动机构还包括对称布置于中间闸杆传动结构左右两侧的两个驱动电机5，驱动电机为永磁伺服电机，其中一个驱动电机位于左闸杆传动结构的左侧，另一个驱动电机位于右闸杆传动结构的右侧，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应闸杆传动结构传动连接，电机传动结构包括与相间连杆同轴线设置的电机连杆7，电机连杆的一端与对应闸杆传动结构传动相连，另一端通过花键与对应驱动电机的动力输出轴同轴线传动连接。断路器还包括与所述两个驱动电机控制连接以控制所述两个驱动电机同步动作的控制器12，图中件11表示上位机，件13表示储能电容，件14表示电源，件2表示用于闸杆传动结构装配的盒体。

上位机用于开关的参数设置及状态信号的输出，针对不同断路器可以设置不同的输出参数，控制器用于同时控制两台驱动电机同步运动，储能电容为电机动作提供能量，并以脉宽调整方法调整电机的速度。工作时，两台驱动电机的动力由对应电机连杆分别传入左、右闸杆传动结构，然后经对应相间连杆传递给中闸杆传动结构，从而带动各相动、静触头分合闸。各闸杆传动结构采用曲轴，使得各驱动电机输出360度旋转动作即可实现动、静触头的分合闸，控制简单，操作方便；驱动电机的动力输出端通过电机连杆直接与对应闸杆传动结构传动连接，电机传动结构的结构简单，不仅方便制作，而且也有利于减少传动过程中的能耗；相比一个驱动电机而言，两台驱动电机的所需输出转矩均得到降低，大大减小了驱动电机的购置成本，同时也避免了因制造高参数的驱动电机，而导致的设备制造困难；各闸杆传动结构距离驱动电机的传动距离也均得到缩短，各闸杆传动结构的同期性大大增加；中闸杆传动结构距离两个驱动电机的传动行程相同，两个驱动电机的动力同时抵达中闸杆传动结构上，中闸杆传动结构不会因为驱动电机的动力不同步而受到“不同步撕扯”，保证了中闸杆传动结构的使用寿命，也有效的保护了各驱动电机不会受彼此间的作用力而损坏；假设每相触头装配分合闸所需闸杆传动结构传递的扭矩为1M，那么每个驱动电机的输出动力为1.5M，与各驱动电机相连的电机连杆所需承担的最大扭矩也就为1.5M，各相间连杆所需承担的最大扭矩降至0.5M，所以相间连杆只需满足0.5倍的动、静触头分合闸所需转距，相对一台驱动电机而言，各连杆所需的结构强度和尺寸大大降低，不仅有利于操动机构的小型化制作，而且传动系统重量的降低还能减小转动惯量和摩擦阻力，传动系统传动能耗的降低，进一步的减小了驱动电机的所需输出转矩，尤其是断路器的相与相之间，有明确的绝缘距离要求，使得这种降低转动惯量及传动阻力的优点更加明显。本发明中的操动机构还可以用于其它类型的断路器中。

在本断路器的其它实施例中：断路器还可以为126KV（或126KV以上）的高压断路器，此时各驱动电机的峰值扭矩达400N??m，角加速度达25000rad/s，转速达2500r/min，可在60ms内实现断路器的分、合过程中的匀加速启动、匀速运动与匀减速停止动作过程；各闸杆传动结构也可以为拐臂，此时各驱动电机通过带动电机连杆往复摆动来实现对应动、静触头的分、合闸；当然驱动电机可以为输出角度可控的摆角电机，驱动电机也可以不是永磁电机；电机传动结构也可以为齿轮传动结构；驱动电机也可以通过电机传动结构与对以相间连杆传动连接，此时电机传动结构可以是套装于对应相间连杆上的第一传动齿轮和连接于对应驱动电机动力输出端上的第二传动齿轮，第一、二传动齿轮啮合传动；驱动电机的总个数优选为偶数，中闸杆传动结构左右两侧的驱动电机数还可以是两个、三个或其它个数，中闸杆传动结构左右两侧的驱动电机数也可以不相同，各驱动电机也可以不对称布置。

操动机构的实施例如图2~5所示：操动机构的具体结构与上述各断路器实施例中所述的操动机构相同，在此不再详述。

Claims (7)

1.断路器的操动机构，包括分别用于与对应各相分合闸杆传动连接的左、中和右闸杆传动结构，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆传动连接，其特征在于：所述中闸杆传动结构左右两侧分别布置有至少一个驱动电机，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应相间连杆或闸杆传动结构传动连接。

2.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于：驱动电机的总个数为偶数，各驱动电机对称布置于中闸杆传动结构的左右两侧。

3.根据权利要求1或2所述的操动机构，其特征在于：所述驱动电机共有两个，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应闸杆传动结构传动连接，各闸杆传动结构均为拐臂或曲轴，所述的电机传动结构包括与相间连杆同轴线设置的电机连杆，电机连杆的一端与所述拐臂或曲轴传动连接，另一端与对应驱动电机的动力输出轴同轴线传动连接。

4.断路器，包括操动机构和三相左右间隔并列设置的触头装配，各触头装配均包括静触头和装有动触头的分合闸杆，操动机构包括分别与对应各相分合闸杆传动连接的左、中和右闸杆传动结构，相邻两个闸杆传动结构通过相间连杆传动连接，其特征在于：所述中闸杆传动结构左右两侧分别布置有至少一个驱动电机，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应相间连杆或闸杆传动结构传动连接。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于：驱动电机的总个数为偶数，各驱动电机对称布置于中闸杆传动结构的左右两侧。

6.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于：所述驱动电机共有两个，各驱动电机的动力输出端分别通过各自对应的电机传动结构与对应闸杆传动结构传动连接，各闸杆传动结构均为拐臂或曲轴，所述的电机传动结构包括与相间连杆同轴线设置的电机连杆，电机连杆的一端与所述拐臂或曲轴传动连接，另一端与对应驱动电机的动力输出轴同轴线传动连接。

7.根据权利要求4~6任意一项所述的断路器，其特征在于：断路器还包括与所述各驱动电机控制连接以控制所述各驱动电机同步动作的控制器。