CN105513848B - 用于断路器的弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明用于断路器的弹簧操动机构涉及高压开关领域。其目的是为了提供一种分合闸时间短、机械性能稳定可靠、能量损失小、体积小的用于断路器的弹簧操动机构。本发明用于断路器的弹簧操动机构包括第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上集成有储能系统、合闸及合闸控制系统、分闸及分闸控制系统。储能系统包括储能轴、储能齿轮、辅助凸轮、第一储能拐臂、第二储能拐臂、电机、链条和储能弹簧组件；分闸及分闸控制系统包括输出轴，输出轴上依次穿装有输出拐臂、异形拐臂、缓冲臂和中心曲柄轴，中心曲柄上安装有两个分闸弹簧；合闸及合闸控制系统包括储能掣子，储能掣子上端合闸限位轴承配合安装，合闸限位掣子与储能掣子相接触。

Description

用于断路器的弹簧操动机构

技术领域

本发明涉及高压开关领域，特别是涉及一种为断路器关合和开断提供动力源的弹簧操动机构。

背景技术

在高压输变电领域，高压断路器是构成供电系统保护装置链的最后一环。在几毫秒的时间之内，操动机构必须提供将断路器从一个优良导体转换为一个优良绝缘体所需要的能量。操动机构中的某个故障通常意味着断路操作的失败。因此，对于断路器以及整个供电系统的可靠性来说，操动机构起到了非常重要的作用。

现阶段，用于高压断路器的操动机构可分为液压操动机构、气动操动机构和弹簧操动机构。其中，液压和气动操动机构具有输出功大、反应灵敏并且稳定性高等优点，但二者的结构复杂、制造工艺及材料要求高、技术实现难、成本高等缺点制约了其被广泛应用。而弹簧操动机构具有结构简单、制造工艺要求适中，免维护，成本低等优点，适合在压气式和自能式高压断路器中广泛使用。

目前，断路器操动机构主要可分为模块化结构、零部件分散结构和分体式结构。模块化结构易于装配，但其结构复杂，外形较大，成本较高。零部件分散布置的机构位置精准，但其零部件多，不易装配，且加工精度要求较高，带来了加工成本也相对提高。分体式结构可进行独立安装，易于装配，便于通用化，但此类机构与断路器安装后需进行调试，加之结构复杂，安装相对位置精度不高，使得传动系统的配合特性和机械特性不稳定，降低了断路器的可靠性。随着电力系统的不断发展，系统容量的不断增加，传输电压的不断提高，提供不间断的电能变得越来越重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分合闸时间短、机械性能稳定可靠、能量损失小、体积小的用于断路器的弹簧操动机构。

本发明用于断路器的弹簧操动机构，包括两个并列设置的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上集成有储能系统、合闸及合闸控制系统、分闸及分闸控制系统，所述储能系统包括储能轴，储能轴的一端安装有第二储能拐臂，第二储能拐臂位于第二侧板外侧，储能轴的另一端安装有储能齿轮，储能齿轮位于第一侧板外侧，储能齿轮的端面上安装有第一储能拐臂，第一储能拐臂和第二储能拐臂均连接有链条，两根链条连接储能弹簧组件，链条运动能够为储能弹簧储能，电机安装在第一侧板外侧，电机齿轮通过减速装置带动储能轴转动，储能轴上还穿装有辅助凸轮，辅助凸轮位于第一侧板和第二侧板之间，辅助凸轮通过第一连杆连接微动开关；分闸及分闸控制系统包括输出轴，输出轴上依次穿装有输出拐臂、异形拐臂、缓冲臂和中心曲柄轴，其中输出拐臂位于第二侧板外侧，用于连接断路器，异形拐臂位于第一侧板和第二侧板之间，储能轴上穿装的拐臂凸轮转动时能够推动异形拐臂转动，二级分闸掣子和二级分闸掣子复位扭簧穿装在第二侧板内侧的二级分闸掣子轴上，二级分闸掣子摆动时能够与异形拐臂相接触，一级分闸掣子穿装在一级分闸掣子轴上，一级分闸掣子与二级分闸掣子相接触，一级分闸掣子的位置由分闸电磁开关控制，缓冲臂位于第一侧板和第二侧板之间，缓冲臂连接有分闸缓冲器，中心曲柄轴位于第二侧板外侧，中心曲柄轴上穿装有中心曲柄，中心曲柄的两端各与一个分闸弹簧连接，两个分闸弹簧沿中心曲柄轴的轴线中心对称放置，分闸弹簧的另一端安装在分闸弹簧侧板上，分闸弹簧侧板固定在第一侧板上，分闸弹簧侧板上还安装有分闸辅助开关，分闸辅助开关通过第二连杆和辅助拐臂连接输出轴；合闸及合闸控制系统包括储能掣子轴，储能掣子轴上依次穿装有储能掣子座和储能掣子，储能掣子上端与安装在储能齿轮端面上的合闸限位轴承配合安装，储能掣子的位置由合闸电磁开关控制，合闸限位掣子位于第一侧板外侧，合闸限位掣子通过第三连杆与分闸辅助开关的第二连杆铰接，合闸限位掣子与储能掣子相接触。

本发明用于断路器的弹簧操动机构，其中所述储能弹簧组件包括活动托板，两根链条均连接在活动托板上，活动托板通过第一螺栓安装在第一侧板和第二侧板上开设的长方形的导向槽里，导向槽里还通过第二螺栓安装有固定托板，固定托板和活动托板之间安装有两个储能弹簧，固定托板和活动托板之间设置有两个导向杆，两个导向杆分别从两个储能弹簧中心穿过。

本发明用于断路器的弹簧操动机构，其中所述减速装置包括一级传动大齿轮，一级传动大齿轮与电机齿轮相啮合，一级传动大齿轮通过一级齿轮轴承带动一级传动小齿轮转动，一级传动小齿轮与二级传动大齿轮相互啮合，二级传动大齿轮和三级传动小齿轮通过销钉固定在第一齿轮轴上，第一齿轮轴固定在第一侧板和第二侧板之间，并伸出到第一侧板外侧，三级传动小齿轮与三级传动大齿轮啮合，三级传动大齿轮、离合器和三级齿轮轴承均穿装在第二齿轮轴上，第二齿轮轴上位于第一侧板外侧的花键与储能齿轮啮合。

本发明用于断路器的弹簧操动机构，其中所述合闸电磁开关连接有手动拨片，所述手动拨片带有手动合闸连杆。

本发明用于断路器的弹簧操动机构与现有技术不同之处在于本发明用于断路器的弹簧操动机构将储能系统、合闸及合闸控制系统、分闸及分闸控制系统都集成到第一侧板和第二侧板上，机构整体结构变得更紧凑，体积更小。两个分闸弹簧直接固定在分闸中心曲柄上，并且沿中心曲柄轴的轴线中心对称设置，不仅可以大大增加本发明的弹簧操动机构的输出功，也可以减小动态操作冲击，增强本发明的弹簧操动机构的稳定性和可靠性。同时分闸中心曲柄轴直接与输出轴相连，不但提高了在合闸过程中，分闸弹簧储能时的能量转化，也降低了分闸弹簧进行分闸时的能量损失，提高了弹簧机构整体的能量转换效率。本发明的弹簧操动机构在合闸过程后设置有储能过程，合闸后不会使储能齿轮立刻停止转动，而是在电机的带动下继续旋转半圈完成向储能弹簧组件储能，以减小储能齿轮的能量损耗。本发明的弹簧操动机构能够在合闸动作完成后立即进行分闸操作，也可以在合闸操作完成后，合闸弹簧再次储能后进行分闸操作，具有分合闸时间快、机械特性稳定、可靠性高等优点。

下面结合附图对本发明的用于断路器的弹簧操动机构作进一步说明。

附图说明

图1为本发明用于断路器的弹簧操动机构左前方视角的立体图(省去链条)；

图2为本发明用于断路器的弹簧操动机构中第二侧板及第二侧板上安装的结构的立体图；

图3为本发明用于断路器的弹簧操动机构右后方视角的立体图(省去第一侧板及第一侧板外侧安装的结构)；

图4为本发明用于断路器的弹簧操动机构的主视图(省去分闸弹簧侧板及分闸弹簧侧板上安装的结构)；

图5为本发明用于断路器的弹簧操动机构储能过程结束后的结构示意图(省去第二侧板和链条)；

图6为本发明用于断路器的弹簧操动机构合闸过程结束后的结构示意图(省去第二侧板和链条)；

图7为本发明用于断路器的弹簧操动机构合闸过程后立即进行分闸过程结束后的结构示意图(省去第二侧板和链条)；

图8为本发明用于断路器的弹簧操动机构合闸过程后延时进行分闸过程结束后的结构示意图(省去第二侧板和链条)。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明用于断路器的弹簧操动机构包括两个并列设置的第一侧板9和第二侧板5，第一侧板9和第二侧板5上集成有储能系统、合闸及合闸控制系统、分闸及分闸控制系统和辅助系统。

储能系统包括储能轴16，储能轴16安装在第一侧板9和第二侧板5之间，储能轴16的一端安装有第二储能拐臂35，第二储能拐臂35位于第二侧板5外侧，储能轴16的另一端安装有储能齿轮3，储能齿轮3位于第一侧板9外侧，储能齿轮3的端面上安装有第一储能拐臂38，第一储能拐臂38和第二储能拐臂35均通过链条接头连接有链条25，两根链条25分别绕过链轮4固定在储能弹簧组件上，储能弹簧组件包括活动托板8，活动托板8通过第一螺栓安装在第一侧板9和第二侧板5上开设的长方形的导向槽里，导向槽里还通过第二螺栓安装有固定托板6，固定托板6和活动托板8之间安装有两个储能弹簧7。第一储能拐臂38和第二储能拐臂35同步拉动链条25运动时，活动托板8可以带动两个储能弹簧7在导向槽里进行线性运动。活动托板8一端的第一螺栓可以调整储能弹簧7的压缩量，固定托板6一端的螺栓可以对储能弹簧7起到限位作用。固定托板6和活动托板8之间还设置有两个导向杆29，两个导向杆29分别从两个储能弹簧7中心穿过，对储能弹簧7起到导向作用。电机1通过螺栓固定在第一侧板9外侧，电机1的输出轴伸入第一侧板9和第二侧板5之间，电机齿轮22通过减速装置带动储能轴16转动。减速装置包括一级传动大齿轮21，一级传动大齿轮21与电机齿轮22相啮合，一级传动大齿轮21通过一级齿轮轴承带动一级传动小齿轮27转动，一级传动小齿轮27与二级传动大齿轮20相互啮合，二级传动大齿轮20和三级传动小齿轮通过销钉固定在第一齿轮轴19上，第一齿轮轴19固定在第一侧板9和第二侧板5之间，并伸出到第一侧板9外侧，三级传动小齿轮与三级传动大齿轮23啮合，三级传动大齿轮23、离合器和三级齿轮轴承穿装在第二齿轮轴18上，三级传动大齿轮23带动离合器进行转动，离合器与第二齿轮轴19向同一方向转动，第二齿轮轴19上位于第一侧板9外侧的花键28与储能齿轮3啮合，带动储能齿轮3进行储能转动。储能轴16上还穿装有辅助凸轮17，辅助凸轮17位于第一侧板9和第二侧板5之间。辅助凸轮17通过第一连杆连接微动开关2，辅助凸轮17在转动过程中可以控制微动开关2发出开启或关闭电机1的信号。

分闸及分闸控制系统包括输出轴39，输出轴39安装在第一侧板9和第二侧板5之间，并伸出到第一侧板9和第二侧板5外侧，输出轴39上依次穿装有输出拐臂36、异形拐臂33、缓冲臂37和中心曲柄轴13。其中输出拐臂36位于第二侧板5外侧，并通过连杆与断路器连接。异形拐臂33位于第一侧板9和第二侧板5之间，储能轴16上穿装的拐臂凸轮24转动时能够推动异形拐臂33转动。二级分闸掣子32穿装在二级分闸掣子轴上，二级分闸掣子轴安装在第二侧板5内侧，二级分闸掣子轴上同时还穿装有二级分闸掣子复位扭簧，二级分闸掣子32能够在二级分闸掣子轴上摆动，摆动时可以与异形拐臂33相接触，从而限制异形拐臂33的运动。一级分闸掣子31穿装在一级分闸掣子轴上，一级分闸掣子31能够在一级分闸掣子轴上摆动，一级分闸掣子31与二级分闸掣子32相接触，用于限制二级分闸掣子32的运动，一级分闸掣子31的位置由分闸电磁开关30控制。缓冲臂37位于第一侧板9和第二侧板5之间，缓冲臂37连接有分闸缓冲器34，在分闸动作进行时，分闸缓冲器34会同时动作，产生阻尼力来减缓分闸冲击。中心曲柄轴13位于第二侧板5外侧，中心曲柄轴13上穿装有中心曲柄12，中心曲柄12的两端各与一个分闸弹簧10连接，两个分闸弹簧10沿中心曲柄轴13的轴线中心对称放置，分闸弹簧10的另一端安装在分闸弹簧侧板11上，分闸弹簧侧板11固定在第一侧板9上。分闸弹簧侧板11上还安装有分闸辅助开关41，分闸辅助开关41通过第二连杆和辅助拐臂40连接输出轴39，输出轴39转动到指定位置时，分闸辅助开关41会发出分闸过程结束的信号。

合闸及合闸控制系统包括储能掣子轴，储能掣子轴安装在第一侧板9和第二侧板5之间，并伸出到第一侧板9外侧，在第一侧板9外侧，储能掣子轴上依次穿装有储能掣子座和储能掣子14，储能掣子14能够绕储能掣子14摆动。储能掣子14上端与安装在储能齿轮3端面上的合闸限位轴承42配合，可以将储能齿轮3锁死，限制储能齿轮3运动。储能掣子14下端与合闸电磁开关15触头配合，合闸电磁开关15用于控制储能掣子14的运动的位置。合闸电磁开关15还连接有手动拨片，可通过手动合闸连杆带动手动拨片，控制合闸电磁开关15进行合闸操作。合闸限位掣子43座安装在第一侧板9外侧，合闸限位掣子43座上穿装有合闸限位掣子43，合闸限位掣子43通过第三连杆与分闸辅助开关41的第二连杆铰接，与分闸辅助开关41一同受输出轴39控制，合闸限位掣子43还与储能掣子14相接触，对储能掣子14的运动起到限位作用，防止重合闸。

本发明用于断路器的弹簧操动机构的工作过程主要分为三种状态：储能过程，合闸过程和分闸过程。

如图5所示，储能过程由电机1通过减速装置带动储能轴16转动，储能轴16带动储能齿轮3转动，储能齿轮3带动第一储能拐臂38和第二储能拐臂35拉动链条25运动，储能弹簧7被压缩，同时储能轴16上的拐臂凸轮24和辅助凸轮17转动。当储能过程结束时，拐臂凸轮24与异形拐臂33相接触；储能掣子14上端与合闸限位轴承42相配合，将储能齿轮3锁死；辅助凸轮17转动到指定位置，触发微动开关2发出关闭电机1的信号，控制电机1停止转动。

如图6所示，合闸过程在储能过程之后，此时操动机构已具备合闸条件。触发合闸电磁开关15，合闸电磁开关15转动储能掣子14，储能掣子14上端与合闸限位轴承42解除配合，从而去除对储能齿轮3的限制。储能齿轮3在储能弹簧7的作用下转动。储能齿轮3带动与其同轴转动的拐臂凸轮24和辅助凸轮17转动半周，拐臂凸轮24推动异形拐臂33转动，异形拐臂33带动与其同轴转动的输出拐臂36、辅助拐臂40和中心曲柄轴13转动，输出拐臂36通过连杆使断路器合闸，辅助拐臂40带动合闸限位掣子43运动，合闸限位掣子43推动储能掣子14，储能掣子14位于与合闸限位轴承42配合的位置，防止重合闸。中心曲柄轴13带动中心曲柄12转动，为两个分闸弹簧10储能，完成合闸过程。在完成合闸过程后辅助凸轮17转动到指定位置，将控制微动开关2发出开启电机1的信号，电机1重新开始工作进行储能过程，储能轴16带动储能齿轮3再转动半周，合闸限位轴承42将转动到与储能掣子14配合的位置，将储能齿轮3锁死。整个合闸过程中，储能齿轮3转动一周，其前半周为快速的合闸动作，后半周为储能过程。

分闸过程需要在合闸过程之后进行，此时分闸弹簧10已完成储能。触动分闸电磁开关30，一级分闸掣子31转动解除对二级分闸掣子32的限制，二级分闸掣子32摆动，解除对异形拐臂33的限制。异形拐臂33在分闸弹簧10的作用下转动，带动同轴的输出拐臂36转动，输出拐臂36通过连杆使断路器合闸，完成分闸过程。

分闸过程可在合闸结束过程后立即进行，如图7所示，此时合闸过程后半段的储能过程还未完成，分闸过程结束后储能弹簧7和分闸弹簧10中均没有能量；分闸过程也可在合闸结束后一段时间再进行，如图8所示，此时合闸过程后半段的储能过程已经结束，储能弹簧7中具有合闸的能量，可以直接进行下次合闸操作。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于断路器的弹簧操动机构，其特征在于：包括两个并列设置的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上集成有储能系统、合闸及合闸控制系统、分闸及分闸控制系统，所述储能系统包括储能轴，储能轴的一端安装有第二储能拐臂，第二储能拐臂位于第二侧板外侧，储能轴的另一端安装有储能齿轮，储能齿轮位于第一侧板外侧，储能齿轮的端面上安装有第一储能拐臂，第一储能拐臂和第二储能拐臂均连接有链条，两根链条连接储能弹簧组件，链条运动能够为储能弹簧储能，电机安装在第一侧板外侧，电机齿轮通过减速装置带动储能轴转动，储能轴上还穿装有辅助凸轮，辅助凸轮位于第一侧板和第二侧板之间，辅助凸轮通过第一连杆连接微动开关；分闸及分闸控制系统包括输出轴，输出轴上依次穿装有输出拐臂、异形拐臂、缓冲臂和中心曲柄轴，其中输出拐臂位于第二侧板外侧，用于连接断路器，异形拐臂位于第一侧板和第二侧板之间，储能轴上穿装的拐臂凸轮转动时能够推动异形拐臂转动，二级分闸掣子和二级分闸掣子复位扭簧穿装在第二侧板内侧的二级分闸掣子轴上，二级分闸掣子摆动时能够与异形拐臂相接触，一级分闸掣子穿装在一级分闸掣子轴上，一级分闸掣子与二级分闸掣子相接触，一级分闸掣子的位置由分闸电磁开关控制，缓冲臂位于第一侧板和第二侧板之间，缓冲臂连接有分闸缓冲器，中心曲柄轴位于第二侧板外侧，中心曲柄轴上穿装有中心曲柄，中心曲柄的两端各与一个分闸弹簧连接，两个分闸弹簧沿中心曲柄轴的轴线中心对称放置，分闸弹簧的另一端安装在分闸弹簧侧板上，分闸弹簧侧板固定在第一侧板上，分闸弹簧侧板上还安装有分闸辅助开关，分闸辅助开关通过第二连杆和辅助拐臂连接输出轴；合闸及合闸控制系统包括储能掣子轴，储能掣子轴上依次穿装有储能掣子座和储能掣子，储能掣子上端与安装在储能齿轮端面上的合闸限位轴承配合安装，储能掣子的位置由合闸电磁开关控制，合闸限位掣子位于第一侧板外侧，合闸限位掣子通过第三连杆与分闸辅助开关的第二连杆铰接，合闸限位掣子与储能掣子相接触。

2.根据权利要求1所述的用于断路器的弹簧操动机构，其特征在于：所述储能弹簧组件包括活动托板，两根链条均连接在活动托板上，活动托板通过第一螺栓安装在第一侧板和第二侧板上开设的长方形的导向槽里，导向槽里还通过第二螺栓安装有固定托板，固定托板和活动托板之间安装有两个储能弹簧，固定托板和活动托板之间设置有两个导向杆，两个导向杆分别从两个储能弹簧中心穿过。

3.根据权利要求1所述的用于断路器的弹簧操动机构，其特征在于：所述减速装置包括一级传动大齿轮，一级传动大齿轮与电机齿轮相啮合，一级传动大齿轮通过一级齿轮轴承带动一级传动小齿轮转动，一级传动小齿轮与二级传动大齿轮相互啮合，二级传动大齿轮和三级传动小齿轮通过销钉固定在第一齿轮轴上，第一齿轮轴固定在第一侧板和第二侧板之间，并伸出到第一侧板外侧，三级传动小齿轮与三级传动大齿轮啮合，三级传动大齿轮、离合器和三级齿轮轴承均穿装在第二齿轮轴上，第二齿轮轴上位于第一侧板外侧的花键与储能齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的用于断路器的弹簧操动机构，其特征在于：所述合闸电磁开关连接有手动拨片，所述手动拨片带有手动合闸连杆。