CN106783289B - 一种开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关装置，该开关装置包括隔离断路器和接地开关，隔离断路器与接地开关共用操动机构，操动机构的动力装置包括输出转轴，输出转轴通过拐臂轴与隔离断路器的动触头传动连接，接地刀杆通过选程传动机构与输出转轴传动连接，选程传动机构使得接地刀杆在隔离断路器分闸到位后才可被输出转轴带动合闸，使得断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动合闸。本发明的开关装置采用同一套操动机构驱动隔离断路器和接地开关顺序分合闸，无需再额外设置闭锁装置，即可避免断路器合闸时接地开关合闸的误操作现象，与现有技术中相比，很大程度上节省了占用空间；另外，隔离断路器利用伺服控制系统实现闭环控制。

Description

一种开关装置

技术领域

本发明涉及一种开关装置，属于开关设备技术领域。

背景技术

隔离断路器（DCB）结合了传统断路器与隔离开关等设备的功能，将原布置于断路器设备两侧的三相高压接地开关与断路器设备实现紧凑的复合集成，兼具断路器和隔离开关的双重功能，替代传统断路器与隔离开关的联合应用。

现有技术中，隔离断路器的断路器分合闸以及接地开关分合闸分别通过两套操动机构进行驱动，驱动断路器分合闸的操动机构与驱动接地开关分合的操动机构彼此相互独立，互不干涉。如授权公告号为CN 104143767 A的中国发明专利申请公开的一种开关设备，包括隔离断路器，隔离断路器包括座装于横梁上的断路器。断路器的分合闸运动通过断路器操动机构来驱动，断路器操动机构装配于横梁中部。横梁上还装配有接地开关，接地开关包括能在竖直平面内上下摆转的三个机械联动的接地刀杆，接地刀杆的根部铰接于横梁上，接地开关还包括装配于接地刀杆梢部的动触头和安装于断路器的下接线端子上的静触头，当接地刀杆水平放置时，接地开关的动触头与静触头分离，地接开关分闸；当接地刀杆竖直放置时，接地开关的动触头与静触头接触，接地开关合闸。接地开关的分合闸由接地开关操动机构驱动，具体是在横梁上设置与接地刀杆一一对应的三个支座，每个支座均包括传动轴，接地刀杆通过支座的传动轴铰接于横梁上，三个传动轴之间通过极间连杆传动连接，然后通过接地开关操动机构同时驱动三个传动轴同步转动，传动轴与接地刀杆和接地开关的刀杆转轴固定连接，因而可以驱动接地刀杆在竖直平面90度范围内转动，从而实现接地开关的分合闸。

上述开关设备通过两套独立的操动机构分别驱动断路器和接地开关分合闸，同时，还需要设置两套独立的传动机构分别与断路器的三相绝缘拉杆、三相接地刀杆传动连接；为了避免发生断路器合闸时接地开关也合闸的误操作，还需要在接地开关与断路器之间设置闭锁装置，造成现有开关设备的结构较为复杂，占用空间较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、节省占用空间的开关装置。

为实现上述目的，本发明一种隔离断路器的技术方案是：

一种开关装置，包括支架，支架上安装有隔离断路器和接地开关，隔离断路器包括灭弧室和动触头，接地开关包括接地刀杆，所述隔离断路器与接地开关共用操动机构，操动机构包括动力装置，动力装置包括输出转轴，输出转轴通过拐臂轴与动触头传动连接，接地刀杆安装在支架上，通过选程传动机构与输出转轴传动连接，选程传动机构使得接地刀杆在隔离断路器分闸到位后才可被输出转轴带动合闸，使得断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动合闸，动力装置为伺服动力装置并且连接有伺服控制系统，所述伺服控制系统包括控制器和与控制器连接的用于采集隔离断路器分合闸位置信息的传感器，控制器可根据传感器的信号和外部输入指令通过动力装置控制隔离断路器、接地刀杆顺序进行分合闸操作。

隔离断路器的动触头的隔离位置与分闸位置相同或位于分闸位置之后，选程传动机构使得接地刀杆在隔离断路器到达隔离位置之后才可被输出转轴带动合闸，使得断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动由隔离位置向合闸位置移动。

所述动力装置的输出转轴为可输出双向转动的双向转轴。

所述动力装置为伺服电机。

所述伺服电机配置的动力电源包括储能电容阵列和充电电源。

储能电容阵列连接有用于在断路器隔离到位或者接地开关合闸到位时释放储能电容电能的放电电阻。

所述选程传动机构包括设于拐臂轴上的第一齿轮和设于接地刀杆上的第二齿轮，两齿轮均为锥齿轮并且第一齿轮为不完全齿轮。

所述选程传动机构为蜗轮蜗杆机构或者槽轮机构。

所述伺服控制系统的用于检测同一位置信息的传感器有两个以上，用于检测同一位置信息的传感器之间冗余设置。

互为冗余的传感器类型不同。

输出转轴上连接有抱轴制动器，控制器与抱轴制动器控制连接用于在断路器处于分闸位、隔离位或者接地开关处于合闸位时抱紧拐臂轴。

所述抱轴制动器为在失电时抱紧拐臂轴的失电式抱轴制动器。

输出转轴上连接有用于实时检测输出转轴机械负载并将检测到的负载信息传递给控制器的转矩传感器，控制器可将所述负载信息与动力装置计算转矩比对，实时解析并记载输出转轴的机械负载变化情况。

所述动力装置为伺服电机，动力装置计算转矩为伺服电机计算转矩。

本发明的有益效果是：隔离断路器和接地开关均安装在支架上，隔离断路器与接地开关公用同一套操动机构，操动机构包括动力装置，动力装置的输出转轴通过拐臂轴与动触头传动连接，动力装置能够带动动触头直线运动实现隔离断路器分合闸。接地开关的接地刀杆通过选程传动机构与输出转轴传动连接，选程传动机构即为只在设定行程范围内才会传动动力，设定行程范围以外不会传动动力；操动机构只有在隔离断路器分闸到位后才会带动接地刀杆合闸，并且只有在接地刀杆分闸到位以后才会带动隔离断路器合闸。由此，本发明只需要设置一套操动机构即可实现隔离断路器和接地开关的顺序分合闸，无需再额外设置闭锁装置，即可避免断路器合闸时接地开关合闸的误操作现象，与现有技术中相比，本发明的隔离断路器结构更为简单，很大程度上节省了占用空间。另外，动力装置为伺服动力装置，是伺服控制系统的执行元件，传感器采集隔离断路器的分合闸位置信息并将采集到的位置信息传递给控制器，控制器可根据传感器的信号和外部输入指令通过动力装置控制隔离断路器、接地刀杆顺序进行的分合闸操作，利用伺服控制系统实现开关装置的闭环控制。

附图说明

图1为本发明隔离断路器一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明隔离断路器一种实施例的立体示意图；

图3为图1中隔离断路器处于合闸位置时的状态图；

图4为图1中隔离断路器处于隔离位置时的状态图；

图5为图1中接地开关处于合闸位置时的状态图；

图6为本发明隔离断路器的工作过程流程图。

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。

本发明一种开关装置的具体实施例1，如图1至图6所示，该开关装置包括支架，支架的横梁2上安装有隔离断路器1和接地开关，隔离断路器1和接地开关共用一套操动机构。隔离断路器1包括灭弧室11、动触头和绝缘支柱12，绝缘支柱12内导向安装有绝缘拉杆14，隔离断路器的动触头通过绝缘拉杆14与操动机构传动连接，进而实现隔离断路器分合闸。本实施例中，隔离断路器动触头的分闸位置与隔离位置相同，隔离断路器的动触头与静触头之间具有足够绝缘距离，达到隔离目的，动触头到达隔离位置时，隔离断路器隔离到位。其它实施例中，隔离断路器动触头的分闸位置和隔离断路器的隔离位置也可以是不同位置，隔离位置位于分闸位置之后，即隔离断路器的动触头运动时，动触头先以较快速度到达分闸位置，实现隔离断路器分闸，随后动触头以较慢速度运动至隔离位置，使动静触头之间具有较好的绝缘性能，达到隔离目的，动触头到达隔离位置时，隔离断路器隔离到位。

接地开关包括接地刀杆3，接地开关的静触头装配于隔离断路器1的下接线端子上，接地开关的动触头装配于接地刀杆3的梢部，接地刀杆3的根部通过轴承转动装配于支架的横梁2上，接地刀杆3可以在竖直平面内上下90度摆转。当接地刀杆3处于水平位置时，接地开关的动触头和静触头分离，接地开关处于分闸位，当接地刀杆3处于竖直位置时，接地开关的动触头和静触头接触，接地开关处于合闸位。

操动机构包括伺服电机5、转动装配于横梁2上的拐臂轴4。拐臂轴4上的拐臂6与隔离断路器的绝缘拉杆14连接；伺服电机5构成了操动机构的动力装置，伺服电机5固设于横梁2的一端，伺服电机5的输出转轴与拐臂轴连接。伺服电机5的输出转轴为可双向转动，当伺服电机5正向转动时，输出转轴通过拐臂轴带动隔离断路器的动触头与静触头接触，实现断路器合闸；当伺服电机反向转动时，输出转轴通过拐臂轴带动隔离断路器的动触头与静触头分离，实现断路器分闸。

拐臂轴4通过选程传动机构与接地刀杆3连接，选程传动机构为只在设定行程范围内传递动力，在设定行程范围之外不传递动力，本实施例中，选程传动机构为不完全齿轮机构7，不完全齿轮机构7包括同轴固设于拐臂轴4上的第一齿轮71以及设于接地刀杆3的根部的第二齿轮72，两齿轮均为锥形齿轮，第一齿轮71为局部有齿的不完全齿轮，其上仅设有几个齿，第二齿轮72为完全齿轮。在拐臂轴转动过程中，只有第一齿轮与第二齿轮啮合配合时才能够将动力传递至接地刀杆，接地刀杆才会摆转；当第一齿轮和第二齿轮脱离时，拐臂轴上的动力不能够传递至接地刀杆。当需要接地开关合闸时，接地刀杆3只有在隔离断路器到达隔离位置后才会被带动合闸；当需要隔离断路器合闸时，隔离断路器只有在接地刀杆分闸到位以后才会被带动合闸。由于隔离断路器的绝缘拉杆与拐臂轴上的拐臂始终相连，接地开关分合闸的过程中，隔离断路器的动触头会随拐臂轴转动而运动，本实施例中，接地开关由合闸位到分闸位过程中，拐臂轴转动的角度小于30°，这样转换成隔离断路器的动触头的直线位移很小，不会影响隔离断路器的绝缘性能。

伺服电机的动力电源包括储能电容阵列和充电电源，储能电容阵列还可以连接放电电阻，放电电阻选用功率较小、体积较小、阻值较高的功率电阻，用于在隔离断路器隔离到位或者接地开关合闸到位时释放储能电容电能，保证系统安全。开关装置还包括伺服控制系统，伺服电机5与伺服控制系统连接并作为伺服控制系统的执行元件。伺服控制系统包括控制器13、位置传感器8以及抱轴制动器9。位置传感器8与控制器连接，用于采集隔离断路器的分合闸位置信息并将采集到的位置信息传递给控制器，控制器可根据位置传感器的信号和外部输入指令通过伺服电机控制隔离断路器、接地刀杆顺序进行分合闸操作。本实施例中，位置传感器8为角位移传感器，设于伺服电机5上，通过感应伺服电机输出轴的转动角度来采集隔离断路器的分合闸位置信息。位置传感器8将采集到的位置信息传递给控制器13，当隔离断路器的动触头分闸到位时，控制器控制伺服电机停止转动，当接地开关合闸到位时，控制器控制伺服电机停止转动。当隔离断路器收到站控、保护装置或就地侧发来的分闸指令时，伺服电机带动拐臂轴转动，通过拐臂将旋转运动转换为动触头的直线运动，动触头快速启动、加速，实现动静触头高速分离，达到开断短路电流所需的分闸速度，并在伺服控制系统的控制下，平稳停止在断路器分闸位并保持在这一位置。当伺服电机的动力电源健全且伺服控制系统自检正常，隔离断路器的动触头位置与设定位置超过误差时（这一误差非常小），伺服控制系统能够快速响应，将动触头位置重新调整至目标设定值处。

抱轴制动器9与控制器13控制连接，在断路器处于分闸位、隔离位或者接地开关处于合闸位时抱紧拐臂轴4。本实施例中，抱轴制动器9为失电式抱轴制动器。当断路器处于分闸位、隔离位或者接地开关处于合闸位时，伺服控制系统控制抱轴制动器失电抱紧拐臂轴，使隔离断路器的位置保持。本发明的隔离断路器，采用伺服电机和抱轴制动器实现隔离断路器分闸位置保持和接地开关合闸位置保持。当隔离断路器检修时，隔离断路器分闸，接地开关接地，储能电容阵列的电能被完全释放或者切断动力电源，抱轴制动器9失电抱紧拐臂轴，确保维护状态下安全，待检修完毕后再恢复动力电源。当控制电源异常、伺服动力电源异常或控制系统自检异常时，抱轴式制动器自动断电，将拐臂轴紧紧抱死在设定位置处，确保隔离断路器不会因为异常出现误动。拐臂轴上设置有转矩传感器10，转矩传感器用于实时检测隔离断路器的机械负载，并将检测到的信息传递给控制器，控制器通过与伺服电机计算转矩的对比，可实时解析并记载输出转轴机械负载的变化情况，为故障先兆预判和运动趋势分析构建可靠的数据基础。本发明中的伺服控制系统能够实时采集隔离断路器机械状态的信息，这些信息包括触头运动位置、触头运动速度、驱动电流、母线电压、灭弧室的气室压力、外部指令，控制器基于这些信息实时控制隔离断路器的分、合闸动作。

本发明隔离断路器工作时，1）隔离断路器分闸；隔离断路器分闸前，隔离断路器处于合闸位置，如图3所示状态，此时接地刀杆3处于水平位置，第一齿轮71的有齿部分远离第二齿轮72，不会传动动力。伺服电机驱动拐臂轴反向转动一定角度，拐臂轴带动动触头快速启动、加速，达到开断短路电流要求的分闸速度，动触头、静触头分离，然后通过控制系统的控制平稳停止在隔离位置处并保持在这一位置，隔离断路器完成分闸动作，如图4所示状态。此时，第一齿轮71开始与第二齿轮72啮合配合。

2）接地开关合闸；接地开关合闸动作起始于隔离断路器分闸动作完成后，如图4所示状态，第一齿轮和第二齿轮实现啮合，接地刀杆开始运动，此时拐臂轴的转动速度小于断路器分合闸时拐臂轴的转动速度，接地刀杆向上摆转直至合闸到位，如图5所示状态。

3）接地开关分闸；接地开关分闸前，接地开关处于合闸位置，如图5所示状态，此时，第一齿轮和第二齿轮处于啮合状态，拐臂轴正向转动带动接地刀杆向下摆转，同时带动隔离断路器的动触头做直线运动。由于接地刀杆运动过程中，拐臂轴的转动角度小于30°，转换为动触头的直线位移很小，不会影响到隔离断路器的绝缘性能。当接地开关处于分闸位置时，第一齿轮上的齿与第二齿轮分离，此时拐臂轴也不会受到接地刀杆的机械负载影响，拐臂轴继续转动隔离断路器才开始合闸动作。

4）隔离断路器合闸；隔离断路器合闸起始于接地开关分闸完成以后，伺服电机继续驱动拐臂轴正向转动，拐臂带动动触头快速启动、加速，动静触头快速闭合，达到隔离断路器所需的合闸速度，隔离断路器合闸到位，然后通过控制系统的控制平稳停止在合闸位置处并保持在这一位置，隔离断路器完成合闸动作，如图3所示状态。

在其它实施例中，隔离断路器的隔离位置位于分闸位置之后，接地刀杆在隔离断路器到达隔离位置之后才可被输出转轴带动合闸，隔离断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动由隔离位置向合闸位置移动。伺服电机还可以替换为步进电机、液压马达或者气体驱动装置。当拐臂轴为曲轴结构时，动力装置的输出转轴还可以为只单向输出动力的单向转轴。伺服控制系统可设置两个以上的传感器用于检测隔离断路器的分合闸位置信息，用于检测同一位置信息的传感器之间冗余设置，互为冗余的传感器类型可以相同也不可以不同。传感器类型可以为直线位移传感器，直接检测动触头的实际位置进而检测断路器的分合闸位置；传感器还可以为检测拐臂轴速度或者加速度的传感器，通过感应拐臂轴转动速度或者加速度换算出动触头的速度和加速度，进而得出断路器分合闸时间。各个传感器分别用来检测动触头的位置、速度和加速度，多个传感器分别将检测到的断路器分合闸信息传递给控制器，通过不同路径冗余采集，控制器对不同路径的数据对比校准，提高隔离断路器的置信度，也为采集系统故障提供了便捷的预判手段。选程传动机构还可以为槽轮机构，槽轮机构包括设于拐臂轴上的圆柱销和设于接地刀杆根部的槽轮。只有当断路器处于分闸位后，拐臂轴继续转动带动圆柱销卡入槽轮的槽内，拐臂轴与接地刀杆实现传动配合，拐臂轴带动接地刀杆向上摆转至合闸位置。选程传动机构还可以为涡轮蜗杆机构，涡轮蜗杆机构包括蜗杆和涡轮，涡轮固设于接地刀杆的根部，蜗杆同轴固设于拐臂轴上；拐臂轴转动带动断路器的动触头运动，断路器实现分闸；只有在断路器分闸后，涡轮蜗杆机构才会带动接地刀杆实现合闸。涡轮蜗杆机构具有自锁功能，蜗杆能够带动涡轮转动，涡轮不能够反向带动蜗杆转动。也可以将蜗杆设于接地刀杆上，涡轮同轴设置在拐臂轴上，此时涡轮蜗杆不具有自锁功能，涡轮能够带动蜗杆转动。

Claims (14)

1.一种开关装置，包括支架，支架上安装有隔离断路器和接地开关，隔离断路器包括灭弧室和动触头，接地开关包括接地刀杆，其特征在于，所述隔离断路器与接地开关共用操动机构，操动机构包括动力装置，动力装置包括输出转轴，输出转轴通过拐臂轴与动触头传动连接，接地刀杆安装在支架上，通过选程传动机构与输出转轴传动连接，所述选程传动机构只在设定行程范围内传递动力，在设定行程范围以外不传递动力，选程传动机构使得接地刀杆在隔离断路器分闸到位后才可被输出转轴带动合闸，使得断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动合闸，动力装置为伺服动力装置并且连接有伺服控制系统，所述伺服控制系统包括控制器和与控制器连接的用于采集隔离断路器分合闸位置信息的传感器，控制器可根据传感器的信号和外部输入指令通过动力装置控制隔离断路器、接地刀杆顺序进行分合闸。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，隔离断路器的动触头的隔离位置与分闸位置相同或位于分闸位置之后，选程传动机构使得接地刀杆在隔离断路器到达隔离位置之后才可被输出转轴带动合闸，使得断路器在接地刀杆分闸到位后才可被输出转轴带动由隔离位置向合闸位置移动。

3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述动力装置的输出转轴为可输出双向转动的双向转轴。

4.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述动力装置为伺服电机。

5.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在于，所述伺服电机配置的动力电源包括储能电容阵列和充电电源。

6.根据权利要求5所述的开关装置，其特征在于，储能电容阵列连接有用于在断路器隔离到位或者接地开关合闸到位时释放储能电容电能的放电电阻。

7.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述选程传动机构包括设于拐臂轴上的第一齿轮和设于接地刀杆上的第二齿轮，两齿轮均为锥齿轮并且第一齿轮为不完全齿轮。

8.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述选程传动机构为蜗轮蜗杆机构或者槽轮机构。

9.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于：所述伺服控制系统的用于检测同一位置信息的传感器有两个以上，用于检测同一位置信息的传感器之间冗余设置。

10.根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，互为冗余的传感器类型不同。

11.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于：输出转轴上连接有抱轴制动器，控制器与抱轴制动器控制连接用于在断路器处于分闸位、隔离位或者接地开关处于合闸位时抱紧拐臂轴。

12.根据权利要求11所述的开关装置，其特征在于，所述抱轴制动器为在失电时抱紧拐臂轴的失电式抱轴制动器。

13.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于：输出转轴上连接有用于实时检测输出转轴机械负载并将检测到的负载信息传递给控制器的转矩传感器，控制器可将所述负载信息与动力装置计算转矩比对，实时解析并记载输出转轴的机械负载变化情况。

14.根据权利要求13所述的开关装置，其特征在于，所述动力装置为伺服电机，动力装置计算转矩为伺服电机计算转矩。