CN106504915A - 一种隔离式断路器 - Google Patents

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唐诚
程铁汉
邓渊
谭盛武
赵芳帅
高树同
刘恒
杨志勇
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Abstract

本发明提供了一种隔离式断路器，包括动触头和静触头，该隔离式断路器为伺服驱动式断路器，其还包括用于驱动动触头运动以实现与静触头之间不同的开距的操动机构，所述操动机构包括控制动触头处于不同设定位置的伺服电机，所述动触头具有三个设定位置，第一个位置为处于闭合状态下的合闸位置，第二个位置为处于断路状态下的分闸位置，第三个位置为处于隔离状态下的隔离位置，所述动触头处于隔离位置时的开距大于其处于分闸位置时的开距。通过使用该伺服驱动隔离式断路器，能够解决传统隔离式断路器的动静触头间由于采用固定开距模式而导致隔离开关、分合闸功能不能协调合作的问题。

Description

一种隔离式断路器
技术领域
本发明涉及一种伺服驱动隔离式断路器。
背景技术
目前变电站通常采用隔离式断路器（DCB，Disconnect in Circuit Breaker）来实现电路的隔离或分合闸功能，隔离式断路器即将隔离开关和断路器集成在一起，隔离开关与断路器共用一套动静触头，通过动触头运动与静触头接触或分开实现隔离式断路器的功能。使用隔离式断路器可以减少站内设备的使用数量，减少变电站空间占用量，优化变电站结构，降低成本。
隔离式断路器大都采用固定开距模式，即动静触头之间的距离是一定值，如一项申请日为2014.01.23，申请号为201420042414.6的中国专利公开了一种110kV户外高压智能隔离式断路器，包括灭弧室，灭弧室里设有动触头与静触头，动静触头间的距离为140毫米，即在原来110毫米的基础上增加到140毫米，使该结构兼容断路器与隔离开关的作用，即为了保证隔离开关功能的安全有效，通常将开距在原来数值的基础上进行适当的扩大，使动静触头之间有一定的安全距离，但是开距扩大还会使动触头与静触头的结合时间延长，影响断路器分合闸功能的灵敏性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伺服驱动隔离式断路器，用来解决传统隔离式断路器的动静触头间由于采用固定开距模式而导致隔离开关、分合闸功能不能协调合作的问题。
为实现上述目的，本发明伺服驱动隔离式断路器的技术方案是：包括动触头和静触头，还包括用于驱动动触头运动以实现与静触头之间不同的开距的操动机构，所述操动机构包括控制动触头处于不同设定位置的伺服电机，所述动触头具有三个设定位置，第一个位置为处于闭合状态下的合闸位置，第二个位置为处于断路状态下的分闸位置，第三个位置为处于隔离状态下的隔离位置，所述动触头处于隔离位置时的开距大于其处于分闸位置时的开距。
所述操动机构通过传动主轴与伺服电机的输出轴相连的传动主轴，通过传动杆与动触动联结以用于拉动动触头运动，所述传动主轴上设有用于与传动杆传动联结的拐臂。
所述伺服电机设于传动主轴的一端。
所述伺服驱动隔离式断路器上设有用于检测与反馈动触头运动位置的位置传感器。
所述位置传感器设于伺服电机沿传动主轴轴向的外侧。
所述伺服驱动隔离式断路器上设有用于保持传动主轴转动到一定位置的抱轴制动器。
所述抱轴制动器设于驱动电机输出轴上且位于驱动电机与位置传感器之间。
所述伺服驱动隔离式断路器还包括用于控制操动机构的伺服驱动系统的控制柜。
所述伺服驱动隔离式断路器还包括用于采集传动主轴的瞬态转矩的转矩传感器，转矩传感器用来实时采集传动主轴上的瞬态转矩，以通过与伺服电机计算转矩的比对，实时解析设备机械负载的变化情况。
本发明伺服驱动隔离式断路器的有益效果是：采用设有伺服电机的操动机构，可以对伺服电机主轴每次旋转的角度进行控制，以实现能够驱动动触头停留在三个不同的位置，在行使断路器功能时，可使该驱动机构旋转一定角度，使处于闭合导通状态的动触头与静触头分离，动触头由合闸位置运动到分闸位置；在行使隔离开关功能时，可使该驱动机构旋转另一角度，动触头继续与静触头分离，使处于分闸位置的动触头运动到隔离位置，得到一较大开距；这样能够得到动静触头之间不同的开距，动触头处于隔离位置时的开距大于其处于分闸位置时的开距，用以保证分合闸动作的迅速高效和隔离开关功能的安全有效，即通过控制伺服电机，可以使伺服驱动隔离式断路器具有可变开距的功能，从而使断路器功能与隔离开关功能协调集成于一体。
附图说明
图1为本发明伺服驱动隔离式断路器实施例一的结构示意图；
图2为图1中动触头位于合闸位置时局部传动机构运动状态示意图；
图3为图1中动触头位于分闸位置时局部传动机构运动状态示意图；
图4为图1中动触头位于隔离位置时局部传动机构运动状态示意图；
图5为本发明伺服驱动隔离式断路器的原理图。
其中，1-灭弧室；2-绝缘支撑室；3-传动主轴；4-伺服电机；5-位置传感器；6-抱轴制动器；7-转矩传感器；8-拐臂；9-系统控制柜；10-上拉杆；11-下拉杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的伺服驱动隔离式断路器的具体实施例一，如图1所示为其结构示意图，包括传动主轴3，传动主轴3的左端设有伺服电机4，伺服电机右端输出轴与传动主轴3通过联轴器联结，伺服电机4左端输出轴上设有抱轴制动器6，抱轴制动器6的外侧设有位置传感器5。
传动主轴3上部联结有三极灭弧室1，灭弧室1内部设有动触头和静触头，动触头设于静触头下方，腔室内部充满SF6气体，用以保证分合闸与隔离开关动作安全进行，动触头通过传动杆联结到传动主轴3，传动杆包括上拉杆10以及与上拉杆10铰接的下拉杆11，动触头设于上拉杆10顶端，上拉杆10设于绝缘支撑室2内部。
传动主轴3上固定设有拐臂8，拐臂8上转动连接下拉杆11，通过传动主轴3的旋转运动带动拐臂8同步旋转，再通过拐臂8与下拉杆11之间的旋转运动带动上拉杆10在绝缘支撑室2内上下运动，随之实现动触头的上下运动，与静触头实现接触或分离。
动触头有三个设定位置，第一个位置为合闸位置，当动触头与静触头接触时，为动触头的合闸位置；第二个位置为分闸位置，当动触头要与静触头分离时，而向下运动到一定的位置，此为动触头的分闸位置，合闸位置与分闸位置不需要相隔太远，以保证分合闸动作的迅速高效；第三个位置为隔离位置，当伺服驱动隔离式断路器需要行使隔离开关功能的时候，需要动触头从分闸位置继续向下运动，使动静触头之间的开距进一步增大，以保证隔离开关功能的安全有效。
动触头在合闸位置与分闸位置间切换的过程，是本发明伺服驱动隔离式断路器行使分合闸功能的断路器模式，动触头在分闸位置与隔离位置间切换的过程，是本发明行使隔离开关功能的隔离开关模式。
伺服电机4通过旋转不同的角度可以相应地使动触头运动到合闸位置、分闸位置或隔离位置，当伺服电机转动停止时，动触头停止运动并保持在相应位置，为了使动触头更加稳定地保持在所需位置，可以使用抱轴制动器6来进一步对动触头进行位置保持。
当执行过分合闸或隔离开关动作的动触头的最终停留位置存在偏差的时候，通过位置传感器5检测到动触头的位置偏差，随之将偏差信号传送给系统控制柜9，然后系统控制柜9指示伺服电机4经过适当的旋转来调节动触头的位置，使动触头实时快速地运动到正确位置。
如图2至图4所示为本发明伺服驱动隔离式断路器实现分合闸与隔离开关功能的动作过程。
在断路器模式下，当需要正常运作的用电系统进行分闸的时候，即由图2至图3所示的过程，伺服驱动隔离式断路器的系统控制柜9收到站控、保护装置或就地侧发来的分闸指令，然后指示伺服电机4旋转一定的角度而使得动触头从合闸位置向下运动到分闸位置，电机旋转角度与动触头的上下运动距离具有一定的对应关系，在本实施例中，当系统控制柜9收到分闸指令时，指示伺服电机4带动传动主轴3顺时针旋转αo，同时拐臂8转过相同角度，通过拐臂8与下拉杆11间的转动连接将旋转运动转换为上拉杆10顶端动触头向下的直线运动，动触头在伺服电机4的带动下，快速启动、加速，达到开断短路电流要求的分闸速度，推动动静触头高速分离，动触头停留在分闸位置，并且通过抱轴制动器6平稳停止和保持在这一位置上，为伺服驱动隔离式断路器合闸或隔离分闸做准备。
当需要处于分闸状态的用电系统进行合闸的时候，即由图3至图2所示的过程，伺服驱动隔离式断路器的系统控制柜9收到站控、保护装置或就地侧发来的合闸指令，然后指示伺服电机4旋转一定的角度而使得动触头从分闸位置向上运动到合闸位置，在本实施例中，当系统控制柜9收到合闸指令时，指示伺服电机4带动传动主轴3逆时针旋转αo，同时拐臂8转过相同角度，通过拐臂8与下拉杆11间的转动连接将旋转运动转换为上拉杆10顶端动触头向上的直线运动，动触头在伺服电机4的带动下，快速启动、加速，达到要求的合闸速度，推动动静触头快速闭合，动触头停留在合闸位置，并且通过抱轴制动器6平稳停止和保持在这一位置上，为伺服驱动隔离式断路器分闸做准备。
系统控制柜9控制伺服电机4使动触头在上述分闸位置与合闸位置间切换，为本发明伺服驱动隔离式断路器的断路器模式，能够实现分合闸功能。
在隔离开关模式下，当需要处于分闸状态的用电系统进行隔离开关分闸的时候，即由图3至图4所示的过程，系统控制柜9收到站控或就地侧发来的隔离开关分闸指令时，指示伺服电机4旋转一定的角度而使得动触头从分闸位置向下运动到隔离位置，在本实施例中，当系统控制柜9收到隔离开关指令时，指示伺服电机4带动传动主轴3顺时针旋转βo，同时拐臂8转过相同角度，通过拐臂8与下拉杆11间的转动连接将旋转运动转换为上拉杆10顶端动触头向下的直线运动，推动触头系统继续分离，动触头在伺服电机带动下以设定的运行速度运动，最后停止在隔离位置，然后通过抱轴制动器6进一步稳定保持在这一位置上，为伺服驱动隔离式断路器隔离开关合闸做准备。
当需要处于隔离状态的用电系统进行隔离开关合闸的时候，即由图4至图3所示的过程，系统控制柜9收到站控或就地侧发来的隔离开关合闸指令时，指示伺服电机4带动传动主轴3逆时针旋转βo，同时拐臂8转过相同角度，通过拐臂8与下拉杆11间的转动连接将旋转运动转换为上拉杆10顶端动触头向上的直线运动，使动静触头相互靠近，动触头在伺服电机带动下以设定的运行速度运动，最后停止在分闸位置，然后通过抱轴制动器6进一步稳定保持在这一位置上，并且为伺服驱动隔离式断路器的快速合闸或隔离分闸做准备。
传动主轴3上靠近联轴器处还设有转矩传感器7，用来实时采集传动主轴上的瞬态转矩，通过与伺服电机4计算转矩的比对，可以实时解析设备机械负载的变化情况，为本体提供故障先兆预判和运行趋势分析构建可靠的数据基础。
作为本发明伺服驱动隔离式断路器的具体实施例二，与实施方式一的不同之处在于不采用转矩传感器。

Claims (9)

1.一种隔离式断路器，包括动触头和静触头，其特征在于：该隔离式断路器为伺服驱动式断路器，其还包括用于驱动动触头运动以实现与静触头之间不同的开距的操动机构，所述操动机构包括控制动触头处于不同设定位置的伺服电机，所述动触头具有三个设定位置，第一个位置为处于闭合状态下的合闸位置，第二个位置为处于断路状态下的分闸位置，第三个位置为处于隔离状态下的隔离位置，所述动触头处于隔离位置时的开距大于其处于分闸位置时的开距。
2.根据权利要求1所述的隔离式断路器，其特征在于：所述操动机构通过传动主轴与伺服电机的输出轴相连，通过传动杆与动触头联结以用于拉动动触头运动，所述传动主轴上设有用于与传动杆传动联结的拐臂。
3.根据权利要求2所述的隔离式断路器，其特征在于：所述伺服电机设于传动主轴的一端。
4.根据权利要求3所述的隔离式断路器，其特征在于：所述隔离式断路器上设有用于检测与反馈动触头运动位置的位置传感器。
5.根据权利要求4所述的隔离式断路器，其特征在于：所述位置传感器设于伺服电机沿传动主轴轴向的外侧。
6.根据权利要求4或5所述的隔离式断路器，其特征在于：所述隔离式断路器上设有用于保持传动主轴转动到一定位置的抱轴制动器。
7.根据权利要求6所述的隔离式断路器，其特征在于：所述抱轴制动器设于驱动电机输出轴上且位于驱动电机与位置传感器之间。
8.根据权利要求7所述的隔离式断路器，其特征在于：所述隔离式断路器还包括用于控制操动机构的伺服驱动系统的控制柜。
9.根据权利要求2-5任意一项所述的隔离式断路器，其特征在于：所述隔离式断路器还包括用于采集传动主轴的瞬态转矩的转矩传感器，转矩传感器用来实时采集传动主轴上的瞬态转矩，以通过与伺服电机计算转矩的比对，实时解析设备机械负载的变化情况。
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