CN106887361B - 一种高压断路器大功率弹簧操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压断路器大功率弹簧操动机构，在左壁板和右壁板之间设有上下平行的分闸储能弹簧系统和合闸储能弹簧系统，分闸储能弹簧系统上连接有供输出操作的活塞杆；储能传动系统的分别布置在左右壁板外壁，主轴穿过两个壁板之间，在右壁板与合闸储能弹簧系统连接提供合闸储能操作，在左壁板以曲面滑动接触的方式为分闸储能弹簧系统提供分闸储能操作；分闸掣子系统设置在左壁板外壁，合闸掣子系统设置在右壁板外壁；在左壁板和右壁板的内侧和两个外壁设置有输出轴系统，分别与储能传动系统、分闸储能系统、合闸储能系统连接，输出轴系统的主轴穿过两个壁板之间为套装式半轴结构，可与分闸储能系统与合闸弹簧储能系统分别联动。

Description

一种高压断路器大功率弹簧操动机构

技术领域

本发明创造涉及一种高压断路器大功率弹簧操动机构，属于高压输变电技术领域。

背景技术

操动机构是高压断路器的重要设备之一,是高压断路器的重要组成部分,高压断路器的分闸与合闸操作是通过操动机构来实现的。目前高压开关行业的高压断路器的操动机构的种类主要为液压和弹簧两种操动机构，液压操动机构具有控制精准、满足在两周波内开断的分合闸时间控制、机械特性稳定高等优点，但同时又存在产品的结构复杂、重合闸操作中二分速度低于一分速度、制造工艺要求高、生产成本高、技术实现难等特点；弹簧操动机构具有结构简单、传输效率高、重合闸操作中二分速度与一分速度相同、使用维护少等特点，但同时又存在整体体积庞大、控制精度差、难以满足在两周波内开断的分合闸时间控制、机械特性稳定性及可靠性差、制造工艺困难、输出功率小等问题。两种操动机构都已经在高压开关行业的六氟化硫高压断路器上广泛使用。

目前应用于高压断路器领域中，已经具有在高等级电压的产品中使用弹簧操动机构需求，弹簧操动机构由于弹簧自身的机械特性及相应的弹簧操动机构的传动结构特点，造成了与高压断路器的输出特性的机械应力匹配处于欠佳状态，并且存在弹簧操动机构的本身存在整体体积庞大、储能元件多处于临界极限使用状态、传输效率低、输出特性差、制造工艺困难、质量保证差等问题，同时难以满足大功率操作功的产品要求，从而限制了弹簧操动机构的使用范围。随着国家电力系统的发展和高压断路器技术的进步，高压开关行业需要一种控制精准、机械特性稳定，传输效率高、输出功率大的新型弹簧操动机构。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是提供一种可以利用储能弹性元件的操动机构，由分闸储能系统、合闸储能系统、曲柄四连杆储能系统、偏距摇杆滑块输出传动系统、合闸掣子预锁定控制系统、分闸掣子同步锁定控制系统、缓冲控制系统、棘轮平衡系统、辅助电气系统和主体结构基架等系统组成。该机构解决了弹簧操动机构的传输效率高、输出功率大、体积小、稳定性高、输出机械特性稳定的难题，获得了比较好的机械特性，是一种适合252KV三相联动操作及550KV以上电压等级的六氟化硫高压断路器使用的弹簧操动机构。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种高压断路器大功率弹簧操动机构，在左壁板和右壁板之间设有上下平行的分闸储能弹簧系统和合闸储能弹簧系统，其中分闸储能弹簧系统上连接有供分合闸输出动作的活塞杆；储能传动系在右壁板外壁与合闸储能弹簧系统连接提供储能操作，在左壁板外壁通过曲面滑动接触方式与分闸储能弹簧系统接触连接提供分闸储能操作，储能传动系的棘轮轴在左壁板和右壁板之间穿过；在右壁板设有合闸掣子系统；在左壁板外壁设有分闸掣子系统；输出轴系统设置在左壁板和右壁板的内侧及外壁，分别与储能传动系统、分闸储能系统、合闸储能系统连接，输出轴系统的套型轴穿过左壁板和右壁板之间，套型轴为套装式半轴结构，可与分闸储能系统与合闸弹簧储能系统分别联动。

所述的分闸储能弹簧系统结构为，在左壁板和右壁板之间通过两个平行的法兰连接分闸弹簧导向筒，分闸弹簧导向筒中部开有对穿长条孔，在分闸弹簧导向筒外圆周设有分闸滑座，位于分闸弹簧导向筒腔内的接头一端连接输出活塞杆，并伸出壁板侧端面，另一端连接分闸连杆，分闸连杆联接分闸拐臂与输出轴系统系统连接；在接头设置的销轴穿过长条孔与分闸滑座连接；在分闸滑座一端设有与分闸弹簧导向筒螺纹连接的定位螺环，分闸滑座的另一端与端部法兰之间设置分闸储能弹性件；在分闸弹簧导向筒内设有液压缓冲缸，活塞杆的输出端设有输出联接螺纹与断路器联接，另一端上设活塞凸台，凸台与压缓冲缸内的腔体密封滑动连接，活塞杆即为分合闸的一个输出端子同时又是液压缓冲缸的液压缓冲活塞；液压缓冲缸的端部通过压板与端部的法兰连接。

所述的合闸储能弹簧系统结构为，在左壁板和右壁板之间通过两个平行的法兰连接合闸弹簧导向筒，合闸弹簧导向筒中部开有对穿长条孔，在合闸弹簧导向筒外圆周设有合闸滑座，合闸弹簧导向筒腔内设有合闸连杆，合闸连杆的两端分别设有双耳片结构，合闸连杆一端连接的销轴通过长条孔连接合闸滑座，另一端通过合闸拐臂与输出轴系统连接；在合闸弹簧导向筒的端部开设有与合闸连杆位置与宽度值对应的开口槽；在合闸滑座与端部法兰之间设置合闸储能弹性件。

所述的储能传动系统结构为，在左壁板和右壁板之间设有电机，棘轮轴穿过左壁板和右壁板之间，在右壁板外端设有一根曲轴，电机通过传动机构与曲轴连接；棘轮轴的右端部伸出右壁板后与棘轮同轴连接，棘轮轴通过棘轮上的输出连杆和储能拐臂与输出轴系统的套型轴联接；棘轮外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚，合闸卡滚在合闸储能完成时与合闸掣子系统的卡接；曲轴伸出右壁板的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个以上的储能爪，储能爪一端交替与棘轮圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板上的双扭簧弹性接触，在棘轮的外圆周设有若干个逆止爪，逆止爪底部与棘轮圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板活动连接；传动系统的棘轮轴的左端部伸出左壁板联接有凸轮，操作时通过曲面滑动接触方式传递给输出轴系统分闸储能能量。

所述的储能传动系统结构为，在左壁板和右壁板之间设有电机、棘轮轴和至少一根曲轴，一根曲轴为主动曲轴，其余为从动曲轴，从动曲轴通过齿轮与主动曲轴上的传动齿轮啮合，主动曲轴与从动曲轴同时组成双曲轴结构；在棘轮轴的端部伸出右壁板后与棘轮同轴连接，棘轮轴同轴联动输出轴系统；棘轮外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚，合闸卡滚在合闸储能完成时与合闸掣子系统卡接；曲轴伸出右壁板的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个储能爪，储能爪一端交替与棘轮圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板上的双扭簧弹性接触，在棘轮的外圆周设有若干个逆止爪，逆止爪底部与棘轮圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板活动连接。

所述的合闸掣子系统结构为，在右壁板外壁表面活动连接长合闸掣子的一端，长合闸掣子的另一端通过双耳片结构连接合闸触发滚，在长合闸掣子的中部设有触发弹簧；在右壁板上设有合闸电磁铁，合闸电磁铁上端设有合闸掣子座，合闸掣子座端部通过扭簧连接短合闸掣子，短合闸掣子一端与合闸电磁铁的触发杆位置对应，另一端设有弧形槽，并与合闸触发滚卡接；在长合闸掣子上设有弧形槽，长合闸掣子的弧形槽与合闸卡滚卡接。

所述的输出轴系统结构为，在左壁板和右壁板之间设有套型轴，套型轴内同轴穿有输出轴，套型轴伸出右壁板的一端连接储能拐臂，储能拐臂的末端联接输出连杆的一端，输出连杆的另一端与储能传动系统连接，套型轴在右壁板内侧同轴连接合闸拐臂，合闸拐臂与合闸储能弹簧系统连接；输出轴系统的套型轴在左壁板一侧上设有输出轴穿过左壁板，并与传动拐臂连接，输出轴系统的输出轴在左壁板内侧与分闸拐臂联接后插入到套型轴内，并与套型轴同轴配合，分闸拐臂与分闸储能弹簧系统连接；储能传动系统的棘轮轴上连接有凸轮，输出轴系统的传动拐臂上设有传动滚子和分闸卡滚，在合闸操作时储能传动系统的棘轮轴带动凸轮同步运动并与输出轴系统上的传动滚子曲面滑动接触，触发传动拐臂运动到分闸储能位置后，传动拐臂上设有的分闸卡滚被分闸掣子系统卡接；其中输出轴系统的套形轴由两个半轴对接的结构，输出轴穿入套形轴与分闸拐臂联接并同轴联动、与合闸拐臂为同轴不联动，套形轴与联接合闸拐臂并同轴联动，与分闸拐臂为同轴不联动。

所述的分闸掣子系统结构为，在左壁板外表面活动连接二级分闸掣子，二级分闸掣子一端为双耳片结构并活动连接一级分闸挚子，分闸挚子的外端部设有凸台，凸台上表面限位在左壁板上的限位螺栓底部；二级分闸掣子另一端活动连接分闸触发滚，在二级分闸掣子底面支撑扭簧；在左壁板外表面还设有分闸电磁铁、分闸掣子座和三级分闸掣子，在分闸掣子座上活动连接半轴，半轴上连接的启动掣子与分闸电磁铁的触发杆位置对应，三级分闸掣子的一端限位在半轴的外圆周，三级分闸掣子的另一端设有弧形槽，弧形槽与分闸触发滚卡接；在三级分闸掣子与分闸掣子座之间设置卷簧。

所述的分闸储能弹性件或合闸储能弹性件可采用圆柱形螺旋弹簧或若干组成对大端径扣合的碟簧片。

采用高压断路器大功率弹簧操动机构的分合闸控制方法，包括以下步骤：

1）初始状态：高压断路器处于分闸状态，本发明与断路器联接时，分闸储能弹簧系统和合闸储能弹簧系统处于非储能状态；

2）合闸储能：启动储能传动系统，储能传动系统的运动带动合闸储能弹簧系统动作并完成合闸储能弹性件的储能；当合闸储能弹簧系统储能完成，通过合闸掣子系统锁定；

3）合闸操作并为分闸储能：合闸操作与分闸储能是同步完成的；启动合闸掣子系统，合闸储能弹簧系统释放能量，完成合闸操作，同时联动输出轴系统动作，使分闸储能弹簧系统储能，分闸掣子系统对输出轴系统锁定，活塞杆伸出，合闸储能弹簧系统完成合闸操作的同时，分

闸储能弹簧系统完成储能操作；

4）分闸操作工作：当高压断路器仅需要进行分闸操作时，断路器发出分闸操作信号，启动分闸掣子系统，分闸储能弹簧系统释放能量，活塞杆缩回，高压断路器完成分闸操作；

5）合闸与分闸同时储能：本发明在3)的状态下通过合闸操作为分闸弹簧系统完成储能后，合闸操作完成后储能传动系统立即启动，储能传动系统的运动带动合闸储能弹簧系统动作并完成合闸弹簧的储能，合闸储能弹簧系统再次储能完成，并通过合闸掣子系统锁定；此时，本发明的分闸储能弹簧 系统与合闸储能弹簧系统同时处于储能的状态，具备了进行一次连续的“分闸-合闸分闸”操作循环的功能；

6）“分闸-合闸分闸”循环操作： 当处于步骤5）时，分闸储能弹簧系统与合闸储能弹簧系统同时处于储能的状态时，当高压断路器在发出“分闸-合闸分闸”循环操作的命令信号时，断路器首先发出分闸操作信号，此时分闸掣子系统启动，分闸储能弹簧系统释放能量，活塞杆缩回，高压断路器完成一次分闸操作；在断路器发出第一次分闸信号的300ms后，断路器发出第一次合闸操作信号，此时合闸掣子系统启动，合闸储能弹簧系统释放能量的同时再次为分闸储能弹簧系统储能，活塞杆伸出，在高压断路器完成这次一次合闸操作后，高压断路器会立即再次发出第二次分闸操作信号，分闸掣子系统启动，分闸储能弹簧系统释放能量，活塞杆缩回，高压断路器完成第二次分闸操作。

该高压断路器大功率弹簧操动机构采用分闸储能弹簧系统、合闸储能弹簧系统、储能传动系统、合闸掣子系统、输出轴系统和分闸掣子系统的联动机构，采用弹性元件作为储能元件，通过合闸掣子预锁定控制系统、分闸掣子同步锁定控制系统，偏距摇杆滑块输出传动系统，驱动弹簧操动机构完成高压断路器的分闸与合闸操作；本发明采用的以上技术，大幅度地降低了弹簧操动机构系统存在的侧向摩擦阻力，有效地提高了传动输出效率，实现了输出系统的高效稳定的操作功输出。

本发明具有储能元件储能密度高、主体结构合理、机械传输特性好、传输效率高、分合闸操作功率大、机械特性稳定、体积小、可靠性高等优点。本发明的结构可实现分闸和合闸操作功在2000J-15000J之间全谱系输出的特点，可以满足126KV-550kV六氟化硫高压断路器不同操作功的匹配需求，可根据所匹配的高压断路器需要的不同是输出操作功，在上述输出操作功谱系之间有选择性的分型号进行生产制造，在实际生产中产品型号之间可以做到操作功的重叠与覆盖，并可满足为特殊分闸和合闸特性需求的高压断路器进行特性化定制制造的要求。

附图说明

图1为实施例一高压断路器大功率弹簧操动机构主视方向轴测图。

图2为实施例一高压断路器大功率弹簧操动机构拆除右壁板后的主视方向轴测图。

图3为实施例一高压断路器大功率弹簧操动机构后视方向轴测图。

图4为实施例一高压断路器大功率弹簧操动机构（使用碟簧为弹性元件）的剖视图。

图5为实施例一储能传动系统和合闸掣子系统结构示意图。

图6为实施例一输出轴系统和分闸掣子系统结构示意图。

图7为实施例一分闸储能弹簧系统的轴测图。

图8为实施例一分闸储能弹簧系统的剖视图。

图9为实施例一合闸储能弹簧系统的剖视图。

图10为实施例一储能传动系统结构示意图。

图11为实施例一输出轴系统主视图方向轴测图。

图12为实施例一输出轴系统主后视方向轴测图。

图13为实施例一输出轴系统侧向剖视图。

图14为实施例一合闸掣子系统结构示意图。

图15为实施例一分闸掣子系统结构示意图。

图16为实施例二高压断路器大功率弹簧操动机构轴测图。

图17为实施例二储能传动系统结构示意图。

图18为实施例二高压断路器大功率弹簧操动机构的剖视图。

图19为实施例二本机构的分闸位，分合闸弹簧系统均为储能状态。

图20为实施例二本机构的分闸位，合闸弹簧已储能。

图21为实施例二本机构的合闸位，分闸弹簧已储能。

图22为实施例二本机构的合闸位，合闸弹簧和分闸弹簧已储能。

图中各编号：1、轴销，2、分闸连杆，3、输出轴，4、螺纹法兰，5、分闸弹簧导向筒，6、定位螺环，7、分闸滑座，8、接头，9、分闸弹簧，10、液压缓冲缸，11、缸座，12、缓冲套，13、安装法兰，14、斯特封，15、密封圈，16、压板，17、活塞杆，18、螺栓，19、电机，20、二级齿轮，21、螺栓，22、连接法兰，23、安装法兰，24、合闸弹簧，25、合闸弹簧导向筒，26、棘轮轴，27、轴销，28、合闸滑座，29、合闸连杆，30、套形轴，31、安装法兰，32、合闸拐臂，33、分闸拐臂，34、弹簧座，35、弹簧，36、爪座，37、逆止爪，38、螺栓，39、带轴滚轮，40、滚轮座，41、螺轴，42、储能爪，43、储能爪座，44、螺栓，45、三级减速齿轮，46、连接螺栓，47、二级减速齿轮轴，48、电机齿轮，49、右壁板，50、曲轴，51、双扭簧，52螺柱、53螺轴、54、长合闸掣子，55、弹簧座，56、弹簧，57、棘轮，58、合闸卡滚，59、合闸触发滚，60、合闸电磁铁，61、螺栓，62、扭簧，63、合闸掣子座，64、轴销，65、轴销，66、输出连杆，67、储能拐臂，68、套形轴压盖，69、左壁板，70、凸轮，71、凸轮压盖、72、分闸传动滚子，73、轴销、74传动拐臂、75、压盖、76、螺钉、77、螺栓、78分闸卡滚、79、轴销、80、限位螺栓、81、一级分闸掣子，82、二级分闸掣子，83、扭簧，84、螺栓，85、轴销，86、螺轴，89、分闸触发滚，90、三级分闸掣子、91、螺轴、92、螺栓、93、分闸掣子座，94、半轴，95、启动掣子，96、分闸电磁铁，97、短合闸掣子，98、一级齿轮，99、一级齿轮轴，100、分闸储能弹簧系统，200、合闸储能弹簧系统，300、储能传动系统，400、合闸掣子系统，500、输出轴系统，600、分闸掣子系统，701、齿轮。

具体实施方式

实施例一

如图1至图6所示，一种高压断路器大功率弹簧操动机构，在左壁板69和右壁板49之间设有上下平行的分闸储能弹簧系统100和合闸储能弹簧系统200，其中分闸储能弹簧系统100上连接有供分合闸输出动作的活塞杆17；储能传动系300在右壁板49外壁与合闸储能弹簧系统200连接提供储能操作，在左壁板69外壁通过曲面滑动接触方式与分闸储能弹簧系统100接触连接提供分闸储能操作，储能传动系300的棘轮轴26在左壁板69和右壁板49之间穿过；在右壁板49设有合闸掣子系统400；在左壁板69外壁设有分闸掣子系统600；输出轴系统500设置在左壁板69和右壁板49的内侧及外壁，分别与储能传动系统300、分闸储能系统100、合闸储能系统200连接，输出轴系统500的套型轴30穿过左壁板69和右壁板49之间，套型轴30为套装式半轴结构，可与分闸储能系统100与合闸弹簧储能系统200分别联动。

如图7和图8所示，所述的分闸储能弹簧系统100结构为，在左壁板69和右壁板49之间通过两个平行的法兰连接分闸弹簧导向筒5，分闸弹簧导向筒5中部开有对穿长条孔，在分闸弹簧导向筒5外圆周设有分闸滑座7，位于分闸弹簧导向筒5腔内的接头8一端连接输出活塞杆17，并伸出壁板侧端面，另一端连接分闸连杆2，分闸连杆2联接分闸拐臂33与输出轴系统500系统连接；在接头8设置的销轴穿过长条孔与分闸滑座7连接；在分闸滑座7一端设有与分闸弹簧导向筒5螺纹连接的定位螺环6，分闸滑座7的另一端与端部法兰之间设置分闸储能弹性件9。当储能传动系统300运动时，带动分闸连杆2沿长条孔运动，从而带动分闸滑座7推动储能弹性件9进行压缩蓄能，同时活塞杆17伸出；当储能传动系统300对分闸连杆2的外力撤出，活塞杆17撤回，并通过分闸弹簧导向筒5内设有液压缓冲缸10进行液压缓冲，对活塞杆17的伸出与回缩运动进行缓冲。

如图9所示，所述的合闸储能弹簧系统200结构为，在左壁板69和右壁板49之间通过两个平行的法兰连接合闸弹簧导向筒25，合闸弹簧导向筒25中部开有对穿长条孔，在合闸弹簧导向筒25外圆周设有合闸滑座28，合闸弹簧导向筒25腔内设有合闸连杆29，合闸连杆29的两端分别设有双耳片结构，合闸连杆29一端连接的销轴通过长条孔连接合闸滑座28，另一端通过合闸拐臂32与输出轴系统500连接；在合闸弹簧导向筒25的端部开设有与合闸连杆29位置与宽度值对应的开口槽；在合闸滑座28与端部法兰之间设置合闸储能弹性件24。当储能传动系统300运动，带动合闸连杆29沿长条孔运动，推动合闸滑座，使合闸储能弹性件24沿合闸弹簧导向筒25压合储能；当储能传动系统300对合闸连杆29的外力撤出，合闸储能弹性件24储能释放，活塞杆17撤回。

如图10所示，所述的储能传动系统300的结构为分别布置在左壁板69和右壁板49外壁，棘轮轴26穿过左壁板69和右壁板49两个壁板之间，在右壁板与合闸储能弹簧200系统连接提供合闸储能操作，在左壁板以曲面滑动接触的方式为分闸储能弹簧系统100提供分闸储能操作；棘轮轴26穿过左壁板69和右壁板49，在左壁板69和右壁板49之间设有电机19，在右壁板49外端设有一根曲轴50，电机19通过传动机构与曲轴50连接；在棘轮轴26的右端部伸出右壁板49后与棘轮57同轴连接，棘轮轴26通过棘轮57上的输出连杆66和储能拐臂67与输出轴系统500的输出轴3联接，棘轮57外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚58，合闸卡滚58在合闸储能完成时与合闸掣子系统400的卡接；曲轴50伸出右壁板49的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个以上的储能爪42，储能爪42一端交替与棘轮57圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板49上的双扭簧51弹性接触，在棘轮57的外圆周设有若干个逆止爪37，逆止爪37底部与棘轮57圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板49活动连接；传动系统300的棘轮轴26的左端部伸出左壁板69联接有凸轮70，通过曲面滑动接触方式传递分闸操作能量给传动拐臂74，为分闸储能弹簧系统100提供分闸储能操作。电机19启动后，通过曲轴旋转带动储能爪42摆动，从而使棘轮57旋转，棘轮57联动输出轴系统500，合闸储能完成后通过合闸掣子系统400锁紧，保证储能状态的稳定性；

如图14所示，所述的合闸掣子系统400结构为，在右壁板49外表面活动连接长合闸掣子54的一端，长合闸掣子54的另一端通过双耳片结构连接合闸触发滚59，在长合闸掣子54的中部设有触发弹簧；在右壁板49上设有合闸电磁铁60，合闸电磁铁60上端设有合闸掣子座63，合闸掣子座63端部通过扭簧连接短合闸掣子97，短合闸掣子97一端与合闸电磁铁60的触发杆位置对应，另一端设有弧形槽，并与合闸触发滚59卡接；在长合闸掣子54上设有弧形槽，长合闸掣子54的弧形槽与合闸卡滚58卡接。当棘轮57转过死点后，即被长合闸掣子54锁定棘轮57上的合闸滚子58，而长合闸掣子54上的合闸触发滚59的同时被短合闸掣子97锁定，至此，行程开关控制电机19断电，合闸储能弹性件24的压缩量被锁定，合闸储能弹性件24处于设定的弹力势能状态，合闸储能过程结束。

如图11至图13所示，所述的输出轴系统500结构为，在左壁板69和右壁板49的内侧和两个外壁设置有输出轴系统500，分别与储能传动系统300、分闸储能系统100、合闸储能系统连接200，输出轴系统500的套装轴30穿过两个壁板之间为套装式半轴结构，可与分闸储能系统100与合闸弹簧储能系统200分别联动。

在左壁板69和右壁板49之间设有的套型轴30，套型轴30伸出右壁板49的一端连接储能拐臂67，储能拐臂67的末端联接输出连杆66的一端，输出连杆66的另一端与储能传动系统300连接，套型轴30的在右壁板49内侧同轴连接合闸拐臂32，合闸拐臂32与合闸储能弹簧系统200连接；输出轴系统500的左侧上设有输出轴3穿过左壁板69，并与传动拐臂74连接，输出轴系统500在左壁板69内侧与分闸拐臂33联接后插入到套型轴30内，并与套型轴30同轴配合；分闸拐臂33与分闸储能弹簧系统100连接；在传动拐臂74上设有传动滚子72和分闸卡滚78，储能传动系统300的传动轴3上连接有凸轮70，凸轮70在合闸操作时与传动轴3同步运动并与输出轴系统500上的传动滚子72曲面滑动接触，触发传动拐臂74运动到分闸储能位置后，在传动拐臂74上设有的分闸卡滚78与分闸掣子系统600卡接；其中输出轴3是通过套形轴30由两个半轴对接的结构，输出轴3与分闸拐臂32为同轴联动、与合闸拐臂33同轴不联动。

输出主轴系统500的工作原理为：合闸储能操作时，储能电机19通过传动系统带动棘轮57运动，并通过储能拐臂67及输出连杆66带动棘轮轴26运动；棘轮轴26运动的同时，带动合闸拐臂32同步运动，压紧合闸弹簧系统24并储能，当合闸弹簧24达到设定的储能位置时，棘轮57经由长合闸掣子54、合闸长滚58、合闸触发滚59等组成合闸挚子系统400锁定，通过磁吹开关切断电机19的电源，合闸弹簧系统24停止储能运动，棘轮轴26亦同时停止运动；在上述合闸弹簧系统200储能的过程中，棘轮轴26运动的同时，装配在棘轮轴26另一端的分闸储能凸轮70与棘轮轴26同轴同步运动。

合闸操作时，合闸挚子系统400放开锁定的棘轮57，从而放开合闸弹簧24，合闸拐臂32在合闸弹簧24弹性的作用下运动回到原合闸弹簧24未储能的位置，带动与合闸拐臂32联接的棘轮轴26同步运动回到原起始位置，此时安装在与输出轴26另一端的分闸储能凸轮70与棘轮轴26同步运动，分闸储能凸轮70在此时的运动过程中，通过与分闸传动滚子72的表面滑动接触并驱动分闸传动滚子72运动，分闸传动滚子72带动输出主轴3运动，从而带动与输出主轴3同轴的分闸拐臂33运动并压缩分闸弹簧9，分闸弹簧9运动到预定的位置时，分闸卡滚78被分闸挚子系统600锁定，分闸弹簧9在储能位置被锁定，完成分闸弹簧9的储能；在此同时，与分闸拐臂33联接的分闸连杆2同步运动，拉动与分闸连杆2紧密联接的输出活塞杆17同步伸出运动，对所联接的断路器完成合闸操作。

分闸操作时，分闸挚子系统600放开锁定的分闸弹簧9，分闸拐臂33在分闸弹簧9的弹性作用下运动回到起始位置，此时与分闸拐臂33联接的分闸连杆2与分闸拐臂33同步运动，拉动与分闸连杆2紧密联接的输出活塞杆17同步回缩运动，对所联接的断路器完成分闸操作。

由于输出轴3是通过套形轴30由两个半轴对接的结构，输出轴3与合闸拐臂33及分闸拐臂32为同轴不联动的结构，因此合闸储能与操作、分闸储能与操作均为独立的运动，相互没有联动关系，并由此依靠与传动主轴3系统的配合，实现了进行合闸操作时同步带动分闸储能，合闸与分闸可以分别操作相互没有联动的功能。

如图15所示，所述的分闸掣子系统600结构为，在左壁板69外表面活动连接二级分闸掣子82，二级分闸掣子82一端为双耳片结构并活动连接一级分闸挚子81，分闸挚子81的外端部设有凸台，凸台上表面限位在左壁板69上的限位螺栓80底部；二级分闸掣子82另一端活动连接分闸触发滚89，在二级分闸掣子82底面支撑扭簧；在左壁板69外表面还设有分闸电磁铁96、分闸掣子座93和三级分闸掣子90，在分闸掣子座93上活动连接半轴94，半轴94上连接的启动掣子95与分闸电磁铁96的触发杆位置对应，三级分闸掣子90的一端限位在半轴94的外圆周，三级分闸掣子90的另一端设有弧形槽，弧形槽与分闸触发滚89卡接；在三级分闸掣子90与分闸掣子座93之间设置卷簧。当合闸停止时，一级分闸掣子81在扭簧的作用下又快速向上压动，顶住传动滚子72， 将所储入分闸储能弹性件9的能量锁住，一级分闸掣子81早已受到二级分闸掣子82的压制，而二级分闸掣子82与之相连的分闸触发滚89受三级分闸掣子90的压制，三级分闸掣子90又受半轴94的锁定，最终使一级分闸掣子81锁定传动滚子72并能锁定在分闸储能弹性件9的弹性势能作用下欲顺时针转动的传动拐臂74，可靠地储存分闸储能弹性件9的弹力势能。当高压断路器发出分闸操作信号时，分闸电磁铁96通电后击打启动挚子95，使启动挚子95和半轴94顺时针转动，在分闸储能弹性件9的作用力下，三级分闸挚子90受到二级分闸挚子82上分闸触发滚89的作用力，使传动拐臂74顺时针转动，传动拐臂74上的传动滚子72使二级分闸挚子82顺时针转动，进而使一级分闸挚子81顺时针转动，二级分闸挚子82的分闸触发滚89与三级分闸挚子90的下端分离，

所述的分闸储能弹性件9或合闸储能弹性件24可采用若干组成对大端径扣合的碟簧片。

实施例二

如图16至图18所示，所述的储能传动系统300结构为，在左壁板69和右壁板49之间设有电机19、棘轮轴26和至少一根曲轴50，一根曲轴50为主动曲轴，其余为从动曲轴，从动曲轴通过齿轮701与主动曲轴上的传动齿轮啮合，主动曲轴与从动曲轴同时组成双曲轴结构；在棘轮轴26的端部伸出右壁板49后与棘轮57同轴连接，棘轮轴26同轴联动输出轴系统500；棘轮57外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚58，合闸卡滚58在合闸储能完成时与合闸掣子系统400卡接；曲轴50伸出右壁板49的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个储能爪42，储能爪42一端交替与棘轮57圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板49上的双扭簧51弹性接触，在棘轮57的外圆周设有若干个逆止爪37，逆止爪37底部与棘轮57圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板49活动连接。工作过程为：电机19通过齿轮98、二级齿轮20和三级减速齿轮45与曲轴50联接，曲轴50与储能爪42联接并带动储能爪42运动，驱动储能爪42一端交替与棘轮57圆周上的棘齿啮合，曲轴50另一端与固定在右壁板49上的双扭簧51弹性接触，在棘轮57的外圆周设有若干个逆止爪37，逆止爪37底部与棘轮57圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板49活动连接。电机19启动后，通过曲轴旋转带动储能爪42摆动，从而驱使棘轮57旋转，棘轮57联动输出轴系统500，在棘轮57旋转运动到设定的位置时，棘轮57通过合闸掣子系统400锁紧，棘轮57停止旋转并锁定的设定在预定的位置上，保证储能状态的稳定性；

分闸储能弹性件9或合闸储能弹性件24采用圆柱形螺旋弹簧，其余结构与实施例一相同。

采用实施例二的图19至图22所示，说明高压断路器大功率弹簧操动机构的分合闸控制方法，包括以下步骤：

1）初始状态：高压断路器处于分闸状态，本发明与断路器联接时，分闸储能弹簧系

统100和合闸储能弹簧系统200处于非储能状态，如图19所示；

2）合闸储能：启动储能传动系统300，储能传动系统300的运动带动合闸储能弹簧系统200动作并完成合闸储能弹性件的储能；当合闸储能弹簧系统200储能完成，通过合闸掣子系统400锁定，如图20所示；

3）合闸操作并为分闸储能：合闸操作与分闸储能是同步完成的；启动合闸掣子系统400，合闸储能弹簧系统200释放能量，完成合闸操作，同时联动输出轴系统500动作，使分闸储能弹簧系统100储能，分闸掣子系统600对输出轴系统500锁定，活塞杆17伸出，合闸储能弹簧系统200完成合闸操作的同时，分闸储能弹簧系统100完成储能操作，如图21所示；

4）分闸操作工作：当高压断路器仅需要进行分闸操作时，断路器发出分闸操作信号，启动分闸掣子系统600，分闸储能弹簧系统100释放能量，活塞杆17缩回，高压断路器完成分闸操作；

5）合闸与分闸同时储能：本发明在3)的状态下通过合闸操作为分闸弹簧系统100完成储能后，合闸操作完成后储能传动系统300立即启动，储能传动系统300的运动带动合闸储能弹簧系统200动作并完成合闸弹簧的储能，合闸储能弹簧系统200再次储能完成，并通过合闸掣子系统400锁定；此时，本发明的分闸储能弹簧系统100与合闸储能弹簧系统200同时处于储能的状态，如图22所示，具备了进行一次连续的“分闸-合闸分闸（O-0.3s-CO）”操作循环的功能；

6）“分闸-合闸分闸”循环操作： 当处于步骤5）分闸储能弹簧系统100与合闸储能弹簧系统200同时处于储能的状态时，当高压断路器在发出“分闸-合闸分闸（O-0.3s-CO）”循环操作的命令信号时，断路器首先发出分闸操作信号，此时分闸掣子系统600启动，分闸储能弹簧系统100释放能量，活塞杆17缩回，高压断路器完成一次分闸操作；在断路器发出第一次分闸信号的300ms后，断路器发出第一次合闸操作信号，此时合闸掣子系统400启动，合闸储能弹簧系统200释放能量的同时再次为分闸储能弹簧系统100储能，活塞杆17伸出，在高压断路器完成这次一次合闸操作后，高压断路器会立即再次发出第二次分闸操作信号，分闸掣子系统600启动，分闸储能弹簧系统100释放能量，活塞杆17缩回，高压断路器完成第二次分闸操作。本发明在完成“分闸-合闸分闸（O-0.3s-CO）”循环操作动作时，操作控制信号由高压断路器控制系统发出的，本发明在5）状态下完成“分闸-合闸分闸（O-0.3s-CO）”循环操作时，本发明是在不启动储能传动系统300的状态下，完成一次“分闸-合闸分闸（O-0.3s-CO）”的操作循环，实现了高压断路器对所负载的输变电高压线路完成了一次智能化的故障判断、检测和控制的功能。

Claims (3)

1.一种高压断路器大功率弹簧操动机构，其特征在于：在左壁板（69）和右壁板（49）之间设有上下平行的分闸储能弹簧系统（100）和合闸储能弹簧系统（200），其中分闸储能弹簧系统（100）上连接有供分合闸输出动作的活塞杆（17）；储能传动系统（300）在右壁板（49）外壁与合闸储能弹簧系统（200）连接提供储能操作，在左壁板（69）外壁通过曲面滑动接触方式与分闸储能弹簧系统（100）接触连接提供分闸储能操作，储能传动系统（300）的棘轮轴（26）在左壁板（69）和右壁板（49）之间穿过；在右壁板（49）设有合闸掣子系统（400）；在左壁板（69）外壁设有分闸掣子系统（600）；输出轴系统（500）设置在左壁板（69）和右壁板（49）的内侧及外壁，分别与储能传动系统（300）、分闸储能弹簧系统（100）、合闸储能弹簧系统（200）连接，输出轴系统（500）的套型轴（30）穿过左壁板（69）和右壁板（49）之间，套型轴（30）为套装式半轴结构，可与分闸储能弹簧系统（100）与合闸储能弹簧系统（200）分别联动；其中分闸储能弹簧系统（100）结构为，在左壁板（69）和右壁板（49）之间通过两个平行的法兰连接分闸弹簧导向筒（5），分闸弹簧导向筒（5）中部开有对穿长条孔，在分闸弹簧导向筒（5）外圆周设有分闸滑座（7），位于分闸弹簧导向筒（5）腔内的接头（8）一端连接输出活塞杆（17），并伸出壁板侧端面，另一端连接分闸连杆（2），分闸连杆（2）联接分闸拐臂（33）与输出轴系统（500）连接；在接头（8）设置的销轴穿过长条孔与分闸滑座（7）连接；在分闸滑座（7）一端设有与分闸弹簧导向筒（5）螺纹连接的定位螺环（6），分闸滑座（7）的另一端与端部法兰之间设置分闸储能弹性件（9）；在分闸弹簧导向筒（5）内设有液压缓冲缸（10），活塞杆（17）的输出端设有输出联接螺纹与断路器联接，另一端上设活塞凸台，凸台与压缓冲缸（10）内的腔体密封滑动连接，活塞杆（17）即为分合闸的一个输出端子同时又是液压缓冲缸（10）的液压缓冲活塞；液压缓冲缸（10）的端部通过压板（16）与端部的法兰连接；其中合闸储能弹簧系统（200）结构为，在左壁板（69）和右壁板（49）之间通过两个平行的法兰连接合闸弹簧导向筒（25），合闸弹簧导向筒（25）中部开有对穿长条孔，在合闸弹簧导向筒（25）外圆周设有合闸滑座（28），合闸弹簧导向筒（25）腔内设有合闸连杆（29），合闸连杆（29）的两端分别设有双耳片结构，合闸连杆（29）一端连接的销轴通过长条孔连接合闸滑座（28），另一端通过合闸拐臂（32）与输出轴系统（500）连接；在合闸弹簧导向筒（25）的端部开设有与合闸连杆（29）位置与宽度值对应的开口槽；在合闸滑座（28）与端部法兰之间设置合闸储能弹性件（24）；储能传动系统（300）结构为，在左壁板（69）和右壁板（49）之间设有电机（19），棘轮轴（26）穿过左壁板（69）和右壁板（49）之间，在右壁板（49）外端设有一根曲轴（50），电机（19）通过传动机构与曲轴（50）连接；棘轮轴（26）的右端部伸出右壁板（49）后与棘轮（57）同轴连接，棘轮轴（26）通过棘轮（57）上的输出连杆（66）和储能拐臂（67）与输出轴系统（500）的套型轴（30）联接；棘轮（57）外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚（58），合闸卡滚（58）在合闸储能完成时与合闸掣子系统（400）卡接；曲轴（50）伸出右壁板（49）的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个以上的储能爪（42），储能爪（42）一端交替与棘轮（57）圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板（49）上的双扭簧（51）弹性接触，在棘轮（57）的外圆周设有若干个逆止爪（37），逆止爪（37）底部与棘轮（57）圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板（49）活动连接；储能传动系统（300）的棘轮轴（26）的左端部伸出左壁板（69）联接有凸轮（70），操作时通过曲面滑动接触方式传递给输出轴系统（500）分闸储能能量；储能传动系统（300）结构为，在左壁板（69）和右壁板（49）之间设有电机（19）、棘轮轴（26）和至少一根曲轴（50），一根曲轴（50）为主动曲轴，其余为从动曲轴，从动曲轴通过齿轮（701）与主动曲轴上的传动齿轮啮合，主动曲轴与从动曲轴同时组成双曲轴结构；在棘轮轴（26）的端部伸出右壁板（49）后与棘轮（57）同轴连接，棘轮轴（26）同轴联动输出轴系统（500）；棘轮（57）外圆周开有沟槽，圆周面上开有棘齿，在沟槽内设有合闸卡滚（58），合闸卡滚（58）在合闸储能完成时与合闸掣子系统（400）卡接；曲轴（50）伸出右壁板（49）的端部设有偏心轴段，偏心轴段通过键连接一个储能爪（42），储能爪（42）一端交替与棘轮（57）圆周上的棘齿啮合，另一端与固定在右壁板（49）上的双扭簧（51）弹性接触，在棘轮（57）的外圆周设有若干个逆止爪（37），逆止爪（37）底部与棘轮（57）圆周上的棘齿啮合，中部通过弹簧限位，顶部与右壁板（49）活动连接；合闸掣子系统（400）结构为，在右壁板（49）外壁表面活动连接长合闸掣子（54）的一端，长合闸掣子（54）的另一端通过双耳片结构连接合闸触发滚（59），在长合闸掣子（54）的中部设有触发弹簧；在右壁板（49）上设有合闸电磁铁（60），合闸电磁铁（60）上端设有合闸掣子座（63），合闸掣子座（63）端部通过扭簧连接短合闸掣子（97），短合闸掣子（97）一端与合闸电磁铁（60）的触发杆位置对应，另一端设有弧形槽，并与合闸触发滚（59）卡接；在长合闸掣子（54）上设有弧形槽，长合闸掣子（54）的弧形槽与合闸卡滚（58）卡接；输出轴系统（500）结构为，在左壁板（69）和右壁板（49）之间设有套型轴（30），套型轴（30）内同轴穿有输出轴（3），套型轴（30）伸出右壁板（49）的一端连接储能拐臂（67），储能拐臂（67）的末端联接输出连杆（66）的一端，输出连杆（66）的另一端与储能传动系统（300）连接，套型轴（30）在右壁板（49）内侧同轴连接合闸拐臂（32），合闸拐臂（32）与合闸储能弹簧系统（200）连接；输出轴系统（500）的套型轴（30）在左壁板一侧上设有输出轴（3）穿过左壁板（69），并与传动拐臂（74）连接，输出轴系统（500）的输出轴（3）在左壁板（69）内侧与分闸拐臂（33）联接后插入到套型轴（30）内，并与套型轴（30）同轴配合，分闸拐臂（33）与分闸储能弹簧系统（100）连接；储能传动系统（300）的棘轮轴（26）上连接有凸轮（70），输出轴系统（500）的传动拐臂（74）上设有传动滚子（72）和分闸卡滚（78），在合闸操作时储能传动系统（300）的棘轮轴（26）带动凸轮（70）同步运动并与输出轴系统（500）上的传动滚子（72）曲面滑动接触，触发传动拐臂（74）运动到分闸储能位置后，传动拐臂（74）上设有的分闸卡滚（78）被分闸掣子系统（600）卡接；其中输出轴系统（500）的套形轴（30）由两个半轴组成的对接结构，输出轴（3）穿入套形轴（30）与分闸拐臂（32）联接并同轴联动、与合闸拐臂（33）为同轴不联动，套形轴（30）与合闸拐臂（33）联接并同轴联动，与分闸拐臂（32）为同轴不联动；分闸掣子系统（600）结构为，在左壁板（69）外表面活动连接二级分闸掣子（82），二级分闸掣子（82）一端为双耳片结构并活动连接一级分闸挚子（81），一级分闸挚子（81）的外端部设有凸台，凸台上表面限位在左壁板（69）上的限位螺栓（80）底部；二级分闸掣子（82）另一端活动连接分闸触发滚（89），在二级分闸掣子（82）底面支撑扭簧；在左壁板（69）外表面还设有分闸电磁铁（96）、分闸掣子座（93）和三级分闸掣子（90），在分闸掣子座（93）上活动连接半轴（94），半轴（94）上连接的启动掣子（95）与分闸电磁铁（96）的触发杆位置对应，三级分闸掣子（90）的一端限位在半轴（94）的外圆周，三级分闸掣子（90）的另一端设有弧形槽，弧形槽与分闸触发滚（89）卡接；在三级分闸掣子（90）与分闸掣子座（93）之间设置卷簧。

2.如权利要求1所述的一种高压断路器大功率弹簧操动机构，其特征在于：所述的分闸储能弹性件（9）或合闸储能弹性件（24）采用圆柱形螺旋弹簧或若干组成对大端径扣合的碟簧片。

3.采用如权利要求1或2所述的高压断路器大功率弹簧操动机构的分合闸控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）初始状态：高压断路器处于分闸状态，高压断路器大功率弹簧操动机构与断路器联接时，分闸储能弹簧系统（100）和合闸储能弹簧系统（200）处于非储能状态；

2）合闸储能：启动储能传动系统（300），储能传动系统（300）的运动带动合闸储能弹簧系统（200）动作并完成合闸储能弹性件的储能；当合闸储能弹簧系统（200）储能完成，通过合闸掣子系统（400）锁定；

3）合闸操作并为分闸储能：合闸操作与分闸储能是同步完成的；启动合闸掣子系统（400），合闸储能弹簧系统（200）释放能量，完成合闸操作，同时联动输出轴系统（500）动作，使分闸储能弹簧系统（100）储能，分闸掣子系统（600）对输出轴系统（500）锁定，活塞杆（17）伸出，合闸储能弹簧系统（200）完成合闸操作的同时，分

闸储能弹簧系统（100）完成储能操作；

4）分闸操作工作：当高压断路器仅需要进行分闸操作时，断路器发出分闸操作信号，启动分闸掣子系统（600），分闸储能弹簧系统（100）释放能量，活塞杆（17）缩回，高压断路器完成分闸操作；

5）合闸与分闸同时储能：在步骤3）的状态下通过合闸操作为分闸储能弹簧系统（100）

完成储能后，合闸操作完成后储能传动系统（300）立即启动，储能传动系统（300）的

运动带动合闸储能弹簧系统（200）动作并完成合闸弹簧的储能，合闸储能弹簧系统

（200）再次储能完成，并通过合闸掣子系统（400）锁定；此时，高压断路器大功率弹簧操动机构的分闸储能弹簧系统（100）与合闸储能弹簧系统（200）同时处于储能的状态，具备了进行一次连续的“分闸-合闸-分闸”操作循环的功能；

6）“分闸-合闸分闸”循环操作： 当处于步骤5）时，分闸储能弹簧系统（100）与合闸储能弹簧系统（200）同时处于储能的状态时，当高压断路器在发出“分闸-合闸-分闸”循环操作的命令信号时，断路器首先发出分闸操作信号，此时分闸掣子系统（600）启动，分闸储能弹簧系统（100）释放能量，活塞杆（17）缩回，高压断路器完成一次分闸操作；在断路器发出第一次分闸信号的300ms后，断路器发出第一次合闸操作信号，此时合闸掣子系统（400）启动，合闸储能弹簧系统（200）释放能量的同时再次为分闸储能弹簧系统（100）储能，活塞杆（17）伸出，在高压断路器完成这次一次合闸操作后，高压断路器会立即再次发出第二次分闸操作信号，分闸掣子系统（600）启动，分闸储能弹簧系统（100）释放能量，活塞杆（17）缩回，高压断路器完成第二次分闸操作。