CN106816346A - 超程调节接头及使用该接头的快速开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超程调节接头及使用该接头的快速开关。超程调节接头包括断路器连接端和操动机构连接端，所述断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合。该接头能够适应断路器与操动机构之间的轴向夹角和轴向间距，实现对中调节功能，在此基础上，可以省去关节轴承等结构，有利于减小轴向长度，减小体积，减少零部件和成本。

Description

超程调节接头及使用该接头的快速开关

技术领域

本发明涉及超程调节接头及使用该接头的快速开关。

背景技术

现代电力配电网系统中，为了提高其稳定性，需要一种快速操作的开关断路器，以缩短故障持续时间，快速恢复供电。而传统开关设备大多数配备弹簧操动机构，分闸时间≦50ms，合闸时间≦70ms，由于机械操动机构体积庞大，结构复杂，传动环节多，动作时间的缩短受到很大限制，不能满足快速操作的要求。为了实现上述要求，目前斥力操动机构作为一种新型的操动机构得到了快速发展。对于斥力操动机构的研究，国外有日本、德国和美国等，1993年日本富士电机公司的刊物上出现了基于电磁斥力操动机构的研究报道，1995年日本三菱公司双向电磁斥力操动机构、可倒翻碟簧双稳机构以及双稳碟簧机构。近几年，国内中国电力科学研究院、清华大学、大连理工大学、华中科技大学、西安交通大学、山东大学等单位开展了快速机构应用基础研究工作。中国电力科学研究院研究了双线圈电磁斥力操动机构、永磁保持机构；2003年，清华大学、山东大学进行了双向电磁斥力操动机构以及双稳碟簧机构的研究；大连理工大学研究了双向电磁斥力操动机构以及永磁体保持机构；另外海军工程大学、中船重工712研究所、海军装备研究院等也基于电磁斥力操动机构做了研究。

使用时，斥力操动机构的输出杆与断路器的绝缘拉杆传动连接，共同构成快速开关。由于断路器往往有超程调节需求，因此输出杆与绝缘拉杆之间的传动连接结构往往需要设置超程调节接头。现有的调节接头如授权公告号为CN 202585239 U的中国专利公开的真空断路器所使用的接头，该接头为调节杆，调节杆上端为断路器连接端，设有外螺纹，下端为操动机构连接端，设有内螺纹；绝缘拉杆下端以调节杆上端螺纹连接，关节轴承的螺杆上端与调节杆下端螺纹连接，关节轴承与操动结构连接。当朝预定正方向旋拧调节杆时，绝缘拉杆与关节轴承相互远离；当朝预定反方向旋拧调节杆时，绝缘拉杆与关节轴承相互靠近。为了避免螺纹连接位置发生变化，调节杆上端的外螺纹和关节轴承的螺杆上端设有锁紧螺母，调节完成后旋紧锁紧螺母实现定位。

但是，由于断路器的绝缘拉杆与操动机构的输出杆之间具有同轴度要求，而上述超程调节接头不具备对中调节功能，因此现有的上述超程调节接头需要和关节轴承配合使用，整体轴向长度长，零部件较多，成本高，轴向长度增长本身又会对绝缘拉杆与操动机构的输出杆的对中造成影响，并且对传动件的自身强度和连接强度提出了更高的要求。特别是对于快速开关来说，由于其速度更快，冲击更大，对装置体积要求更严格，现有的超程调节接头难以适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种超程调节接头及使用该接头的快速开关，以解决现有的超程调节接头不具备对中调节功能的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：超程调节接头，包括断路器连接端和操动机构连接端，所述断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合。

所述连接销可拆装配在断路器接头和操动机构接头上，断路器接头的插套配合部与操动机构接头的插套配合部转动配合。

断路器接头和操动机构接头的其中一个的插套配合部为平板插头，另一个的插套配合部为圆形插孔，平板插头转动插设在圆形插孔内，所述圆形插孔的孔壁上设有贯通圆形插孔的U形槽，U形槽的槽宽大于平板插头的厚度而形成所述径向间隔。

所述连接销为销轴，销轴的末端设有开口销。

快速开关，包括斥力机构、断路器和超程调节接头，超程调节接头包括断路器连接端和操动机构连接端，所述断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合。

所述连接销可拆装配在断路器接头和操动机构接头上，断路器接头的插套配合部和操动机构接头的插套配合部转动配合。

断路器接头和操动机构接头的其中一个的插套配合部为平板插头，另一个的插套配合部为圆形插孔，平板插头转动插设在圆形插孔内，所述圆形插孔的孔壁上设有贯通圆形插孔的U形槽，U形槽的槽宽大于平板插头的厚度而形成所述径向间隔。

所述连接销为销轴，销轴的末端设有开口销。

所述快速开关包括机构箱，断路器固定在机构箱的顶壁上方，斥力机构通过角部的四只螺柱吊挂固定在机构箱的顶壁下方。

所述斥力操动机构包括分闸侧端盖、合闸侧端盖、永磁组件和动铁芯，合闸侧端盖与永磁组件之间设有合闸线圈，所述永磁组件与分闸侧端盖之间设有轴向间隔，所述动铁芯的分闸端设有用于与永磁组件搭接的凸缘而形成T形结构，所述凸缘位于所述轴向间隔内，所述分闸侧端盖的内侧面上设有环形凹槽，所述环形凹槽的外侧槽壁的直径大于所述凸缘的外径，环形凹槽的内侧槽壁的直径小于所述凸缘的内径。

有益效果：本发明采用上述技术方案，断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合，这样，分体设置的断路器接头和操动机构接头通过连接销的连接能够实现相对转动，并且能够沿径向间隔相对滑动，从而能够适应断路器与操动机构之间的轴向夹角和轴向间距，实现对中调节功能，在此基础上，可以省去关节轴承等结构，有利于减小轴向长度，减小体积，减少零部件和成本。

进一步地，所述连接销可拆装配在断路器接头和操动机构接头上，断路器接头的插套配合部与操动机构接头的插套配合部转动配合，拆去连接销以后，通过转动断路器接头或操动机构接头即可通过动断路器接头与断路器的螺纹连接或操动机构接头操动结构的螺纹连接实现断路器的超程调节，操作方便，结构紧凑。

进一步地，快速开关的斥力操动机构包括分闸侧端盖、合闸侧端盖、永磁组件和动铁芯，合闸侧端盖与永磁组件之间设有合闸线圈，所述永磁组件与分闸侧端盖之间设有轴向间隔，所述动铁芯的分闸端设有用于与永磁组件搭接的凸缘而形成T形结构，所述凸缘位于所述轴向间隔内，所述分闸侧端盖的内侧面上设有环形凹槽，所述环形凹槽的外侧槽壁的直径大于所述凸缘的外径，环形凹槽的内侧槽壁的直径小于所述凸缘的内径，动铁芯的T形结构能够在增加合闸保持力同时减小斥力操动机构体积，进一步地实现小型化，而分闸侧端盖的内侧面上设置环形凹槽能够使分闸保持力适当降低，减轻合闸所需作用力，同样有利于整体体积的减小。

附图说明

图1是本发明中快速开关的一个实施例的立体图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1中超程调节接头的主视图；

图4是图1中斥力操动机构的主视图；

图5是图4的A—A剖视图；

图6是斥力盘的立体图；

图7是斥力盘的剖视图；

图8是单稳态永磁机构的立体结构示意图；

图9是单稳态永磁机构的内部结构示意图；

图10是行程检测装置的结构示意图；

图11是快速开关的控制装置的控制方案图；

图12是快速开关的控制原理图。

图中各附图标记对应的名称为：10-机构箱，20-断路器，21-绝缘拉杆，30-斥力操动机构，41-单稳态永磁机构，42-合闸侧端盖，43-合闸侧铜套，44-分闸侧端盖，45-分闸侧铜套，46-筒体，47-合闸线圈，48-永磁体，49-导磁环，410-动铁芯，411-凸缘，412-环形凹槽，413-拉杆，414-斥力连杆，415-分闸簧，416-弹簧罩，51-斥力机构，52-外壳，53-顶盖，54-静斥力盘，55-动斥力盘，551-骨架，552-扁铜线，553-环氧树脂，56-输出杆，561-阶梯小径段，562-阶梯大径段，57-固定螺母，58-上指示板，61-断路器接头，611-U形槽，62-操动机构接头，621-平板插头，63-径向间隔，64-销轴，65-开口销，70-螺柱，80-机构状态测量装置，81-下指示板，82-倒U形挂板，83-接近开关，84-滑动位移传感器。

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。

本发明中快速开关的一个实施例如图1~图12所示，包括机构箱10、断路器20、斥力操动机构30、机构状态测量装置80和控制装置，断路器20固定在机构箱10的顶壁上方，斥力操动机构30通过角部的四只螺柱70吊挂固定在机构箱10的顶壁下方。

斥力操动机构30的结构如图4-图5所示，采用斥力机构51+单稳态永磁机构41+分闸簧415的结构，实现了模块功能一体化设计。单稳态永磁机构41采用小型化设计，包括合闸侧端盖42、分闸侧端盖44和筒体46，合闸侧端盖42和分闸侧端盖44通过长螺栓固定在筒体46的轴向两端。筒体46内部设有合闸线圈47、永磁体48、导磁环49和动铁芯410，永磁体48和导磁环49构成永磁组件，合闸线圈47设置在合闸侧端盖42与永磁组件之间，永磁组件与分闸侧端盖44之间设有轴向间隔，动铁芯410的分闸端设有用于与永磁组件搭接的凸缘411而形成T形结构，凸缘411位于永磁组件与分闸侧端盖44之间的轴向间隔内，分闸侧端盖44的内侧面上设有环形凹槽412，环形凹槽412的外侧槽壁的直径大于凸缘411的外径，环形凹槽412的内侧槽壁的直径小于凸缘411的内径。动铁芯410的两端面设有沿轴心延伸的螺纹孔，分闸端的螺纹孔内固定有拉杆413，拉杆413从分闸侧端盖44中心设置的分闸侧铜套45内穿出，分闸簧415设置在拉杆413下端，并使用螺母固定，分闸簧415外设有弹簧罩416；合闸端的螺纹孔内固定有斥力连杆414，斥力连杆414从合闸侧端盖42中心设置的合闸侧铜套43内穿出。

斥力机构51包括外壳52、顶盖53、静斥力盘54和动斥力盘55，外壳52和顶盖53通过长螺栓固定在合闸侧端盖42上，静斥力盘54固定在顶盖53内侧面，动斥力盘55固定在斥力连杆414上。斥力连杆414上端设有外螺纹并通过螺纹连接固定有传动杆，传动杆作为斥力操动机构30的输出杆56，动斥力盘55被输出杆56压紧固定在斥力连杆414上的阶梯端面上。动斥力盘55和静斥力盘54相向设置，两者的骨架551均为机加工件，保证了需要的精度；骨架551的内部缠绕有经玻璃丝包绕的扁铜线552，形成分闸线圈；骨架551上开有线圈进线与出线结构槽，制作时，扁铜线552在骨架551的下边槽进线，开始绕骨架551内槽缠绕，缠绕至外边缘时从骨架551的边缘槽出线，缠绕扁铜线552要求平整，不能超出骨架551；最后利用浇注工装对绕制的斥力盘进行浇注，骨架551上开有环氧树脂553浇注流通工艺孔，在内部通过真空环氧树脂553浇铸成型，保证环氧树脂553填充所有间隙，结构简单且安装方便，保证了线圈与骨架551运动中强烈撞击下不松动。分闸时，静斥力盘54和动斥力盘55中通过电流流向相反的电流，即可在两者之间产生分闸所需的斥力，大大提高了斥力盘的能量利用效率。

机构状态测量装置80包括固定在单稳态永磁机构41的拉杆413下端的下指示板81，分闸侧端盖44上固定有倒U形挂板82，倒U形挂板82上设有与下指示板81对应的接近开关83和滑动位移传感器84，下指示板81的一端固定在滑动位移传感器84上面，带动传感器运动，以测量斥力机构51的运动形成；下指示板81的另一端与接近开关83配合，测量斥力机构51的分合闸位置状态。

断路器20的绝缘拉杆21穿过机构箱10的顶壁并通过超程调节接头与斥力操动机构30的输出杆56传动连接。超程调节接头包括分体设置的断路器接头61和操动机构接头62，分别形成断路器20连接端和操动机构连接端。操动机构接头62的下端设有螺纹孔，与输出杆56上端的阶梯小径段561通过螺纹连接，操动机构接头62的上端中部设有横截面为矩形的平板插头621，平板插头621上设有销轴孔。断路器接头61的上端设有螺纹孔，与断路器20的绝缘拉杆21固定连接，并采用平垫、弹簧垫圈和螺母紧固防松；断路器接头61的下端设有圆形插孔，平板插头621能够转动插设在圆形插孔内，与圆形插孔形成插套配合，操动机构接头62上的平板插头621与断路器接头61的圆形插孔形成插套配合部。圆形插孔的孔壁上还设有贯通圆形插孔的孔壁的U形槽611，U形槽611的槽宽大于平板插头621的厚度，能够与平板插头621之间形成径向间隔63，为断路器接头61和操动机构接头62的相对滑动让出空间。相应的销轴64贯穿断路器接头61和操动机构接头62的插套配合部，并且与U形槽611和平板插头621垂直。断路器接头61和操动机构接头62的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合，从而能够实现相对转动，并且能够沿径向间隔63相对滑动，上述转动和导向移动依靠配合间隙实现，当然，为了保证操动结构传动精度，配合间隙越小越好。为了避免销轴64脱落，销轴64的末端设有开口销65。调整超程时，可以将销轴64拆下，半圈半圈地转动操动机构接头62，实现超程调整，调整完成后重新装上销轴64。

输出杆56的阶梯小径段561还设有固定螺母57，相应的上指示板58依靠固定螺母57压紧在输出杆56上端的阶梯大径段562的环形台阶面上。由于断路器20的绝缘拉杆21不会发生转动，斥力操动机构30上的输出杆56也很难发生转动，因此输出杆56与操动机构接头62之间的不会出现绕轴线的相对转动，可以不设置防松螺母进行防松。实际使用时，也可以根据需要采用一定防松措施，例如在输出杆56与操动机构接头62之间涂胶防松、设置钢丝螺套防松等。

控制装置的工作原理如图11、图12所示，斥力机构51控制单元的采集模块对本体的触头行程和一次电流和电压的信号进行采集，经过数据处理模块处理，发指令使断路器20在指定相位分合闸，并实时监控和调节断路器20本体的机械特性，使断路器20本体符合开断要求的机械特性，以便顺利灭弧。

各单元功能如下：

（1）充电控制单元：将220VAC/220VDC/110VDC转变为磁力机构运动所需控制电压，实现对储能电容充电控制；

（2）电容储能单元：采用电解电容储备磁力机构合、分闸操作所需的能量，保证电容储存电能满足断路器20O-0.3s-CO操作循环，减少对变电站直流屏的冲击；

（3）开关状态IO单元：实现断路器合、分闸命令的输出以及对合、分闸状态和告警闭锁信号的检测；

（4）斥力盘控制单元：在断路器分之前，通过对开关状态分析，确定断路器在合闸位置，通过晶闸管模块（反并联二极管）控制分闸回路，实现断路器分闸；

（5）永磁机构控制单元：在断路器合之前，通过对开关状态分析，确定断路器在合闸位置，过大功率IGBT构成H式电路控制分闸回路，实现断路器合闸；

（6）斥力机构和传感器单元：传感器单元主要采用位移传感器实时检测断路器动触头运动位置，采用霍尔电流传感器实时测量励磁线圈电流，并将采集位移和电流信号作为运动控制器反馈输入信号；

（7）同步开断与关合控制单元：系统电参数的实时测量；就地或遥控功能；采用现代传感器技术监测开关三相的分、合闸状态，并连续监测开关的控制电压开关状态；就地和远方参数显示、修改；利用大容量的EEPROM记录开关的动作次数、开关操作事件记录和操作记录功能。

在分闸位置时，分闸保持力磁路为下方的回路，需要合闸时，给合闸线圈47一定的电流，合闸线圈47产生磁场，当合闸线圈47的磁场超过永磁体48时，就可以克服永磁体48产生的磁力，使动铁芯410向上运动，运动到合闸位置时，合闸线圈47的电流通过控制器斩断，合闸线圈47产生的磁场消失，这时，永磁体48产生的磁路为上方的回路，依靠该磁力起到合闸保持的作用。在合闸位置需要分闸时，控制器给动静斥力盘54通电流，由于动静斥力盘54的电流流向相反，电流产生磁场斥力作用，两个斥力盘快速加速，随着斥力盘距离的加大，斥力逐渐减小，然后控制器斩断斥力盘电流，后半程的分闸靠分闸簧415作用的实现。分闸簧415用来进行后半程分闸，并与永磁机构一体化设计，减少了传动环节，提高机构可靠性和空间利用率，与分闸也采用永磁机构对比，降低了电容的使用量；分闸簧415的使用还起到合闸缓冲的效果，抑制合闸弹跳，解决了合闸弹跳这一难以解决的技术问题。

本发明中超程调节接头的一个实施例即上述快速开关的实施例中的超程调节接头，具体结构此处不再赘述。

在上述实施例中，连接销为可拆设置的销轴64，断路器接头61的插套配合部与操动机构接头62的插套配合部转动配合，并且操动机构接头62的插套配合部为平板插头621，断路器接头61的插套配合部为圆形插孔。在本发明的其他实施例中，连接销也可以替换为销轴之外的其他形式，例如圆柱销、弹性销等，而插套配合部的也可以替换为其他形式，例如方形插头与方形孔配合、圆形插头与圆形孔配合等，插套配合部之间可以仅沿连接销的轴向设置径向间隔63，也可以同时在与连接销的轴向成一定夹角的方向上设置径向间隔63，以便断路器接头61和操动机构接头62能够相对转动和滑动。另外，在其他实施例中，连接销也可以为不可拆的形式，此时超程调节接头相当于将背景技术中的调节杆断开，然后设置成具有径向间隙的插套配合并通过连接销连接，此时超程调节可以通过超程调节接头两端的螺纹实现。

Claims (10)

1.超程调节接头，包括断路器连接端和操动机构连接端，其特征在于，所述断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合。

2.根据权利要求1所述的超程调节接头，其特征在于，所述连接销可拆装配在断路器接头和操动机构接头上，断路器接头的插套配合部与操动机构接头的插套配合部转动配合。

3.根据权利要求2所述的超程调节接头，其特征在于，断路器接头和操动机构接头的其中一个的插套配合部为平板插头，另一个的插套配合部为圆形插孔，平板插头转动插设在圆形插孔内，所述圆形插孔的孔壁上设有贯通圆形插孔的U形槽，U形槽的槽宽大于平板插头的厚度而形成所述径向间隔。

4.根据权利要求1或2或3所述的超程调节接头，其特征在于，所述连接销为销轴，销轴的末端设有开口销。

5.快速开关，包括斥力机构、断路器和超程调节接头，超程调节接头包括断路器连接端和操动机构连接端，其特征在于，所述断路器连接端和操动机构连接端分别由断路器接头和操动机构接头形成，断路器接头和操动机构接头分体设置且两者相互靠近的一端插套配合，两者的插套配合部之间具有径向间隔，超程调节接头还包括贯穿两者的插套配合部的连接销，所述断路器接头和操动机构接头的至少一个与连接销转动配合且至少一个与连接销沿连接销的轴向导向移动配合。

6.根据权利要求5所述的快速开关，其特征在于，所述连接销可拆装配在断路器接头和操动机构接头上，断路器接头的插套配合部和操动机构接头的插套配合部转动配合。

7.根据权利要求6所述的快速开关，其特征在于，断路器接头和操动机构接头的其中一个的插套配合部为平板插头，另一个的插套配合部为圆形插孔，平板插头转动插设在圆形插孔内，所述圆形插孔的孔壁上设有贯通圆形插孔的U形槽，U形槽的槽宽大于平板插头的厚度而形成所述径向间隔。

8.根据权利要求5或6或7所述的快速开关，其特征在于，所述连接销为销轴，销轴的末端设有开口销。

9.根据权利要求5或6或7所述的快速开关，其特征在于，所述快速开关包括机构箱，断路器固定在机构箱的顶壁上方，斥力机构通过角部的四只螺柱吊挂固定在机构箱的顶壁下方。

10.根据权利要求5或6或7所述的快速开关，其特征在于，所述斥力操动机构包括分闸侧端盖、合闸侧端盖、永磁组件和动铁芯，合闸侧端盖与永磁组件之间设有合闸线圈，所述永磁组件与分闸侧端盖之间设有轴向间隔，所述动铁芯的分闸端设有用于与永磁组件搭接的凸缘而形成T形结构，所述凸缘位于所述轴向间隔内，所述分闸侧端盖的内侧面上设有环形凹槽，所述环形凹槽的外侧槽壁的直径大于所述凸缘的外径，环形凹槽的内侧槽壁的直径小于所述凸缘的内径。