CN109285706B - 一种液压操动机构及使用该液压操动机构的开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压操动机构及使用该液压操动机构的开关，以实现对断路器“合分”时间的调整和控制。液压操动机构包括具有工作缸活塞杆的工作缸，还包括用于控制工作缸活塞杆移动的主阀及通过控制油路与主阀相连的合闸阀，合闸阀由合闸电磁铁控制，液压操动机构还包括用于控制合闸电磁铁所在回路通断的辅助开关，液压操动机构还包括活塞杆在往返运动过程中触发所述辅助开关的信号缸，信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通。工作时，在工作缸带动开关合闸到位时，信号缸的活塞杆才能发生运动，触发辅助开关来控制合闸电磁铁的失电，避免了在断路器在未合闸到位后就进行分闸的情况发生，实现了对断路器“分合”时间的控制。

Description

一种液压操动机构及使用该液压操动机构的开关

技术领域

本发明涉及一种液压操动机构及使用该操动机构的开关。

背景技术

液压操动机构普遍应用于超高压、特高压断路器，用于操动断路器进行分、合闸动作。液压操动机构的特点是常充高压保持、瞬时动作、操作功大、分闸速度高、动作迅速稳定，具有其它操动机构不可替代的优点。液压操动机构按储能方式可分为氮气储能液压机构和碟簧储能液压机构，因碟簧储能液压机构通过压缩碟簧片储能，工作压力高，国产碟簧片的可靠性及其稳定性还需长期验证。另外，由于碟簧片的用量大、价格高，使碟簧储能液压机构的价格偏高，所以，目前常用的仍是氮气储能方式的液压操动机构。氮气储能液压机构的储能器通过压缩储压筒内的氮气储能，结构简单、成本低，普遍应用于各种液压系统中。

电力系统对断路器性能的要求越来越高，断路器的开断电流越来越大，断路器一般采用压气式灭弧室，靠灭弧室内的压气缸压缩SF6气体并通过气吹来熄灭电弧、开断电路。开断电流的增大，要求操动机构能够满足断路器提出的每秒十多米分闸速度的要求，而断路器分闸动作的完成时间只有几十毫秒，要在如此短的时间内把断路器触头及整个运动系统的速度加速到如此高的数值，同时还要把分闸速度再降下来，避免分闸终了时产生过大的冲击振动，这就要求液压操动机构中的控制阀流量要大、液压系统的传动效率要高，以满足对分闸速度的要求，其次整个液压系统的动作时间要短，以满足对分闸时间的要求，另外液压机构的缓冲特性要好，要避免分、合闸动作完成时零部件发生撞击而损坏。

早期的断路器液压操动机构一般采用液压元件分立安装的方式，元件之间外接管路多，密封环节多，操动机构总体显得结构复杂，外形不美观，产品运行中易出现渗漏油现象，此种结构目前已很少采用。随着技术的进步，目前的液压操动机构多采用模块化、集成化的设计方法，将各元件的功能进行组合，以简化液压系统的结构，提高液压系统的传动效率，减少外接管路，提高产品的机械性能和密封性能，减小液压操动机构的总体结构尺寸，使液压操动机构外形紧凑、整齐、美观。

授权公告号日为2014年7月23日、授权公告号为CN203733655U的一篇实用新型专利公开了一种分合闸用液压操动机构及使用该操动机构的接地开关，该液压操动机构包括工作缸和工作缸内的活塞杆，活塞杆可控制开关通断，工作缸上连接有三级电液控制阀，三级电液控制阀包括控制活塞杆移动的三级阀（即主阀），三级阀通过油路与二级阀连接，二级阀包括分闸二级阀和合闸二级阀，分闸二级阀和合闸二级阀通过油路与对应的分闸一级阀和合闸一级阀连接，分闸一级阀和合闸一级阀均为电磁铁和先导阀构成的电磁换向阀。合闸时，合闸电磁铁工作依次带动合闸一级阀、合闸二级阀来带动三级阀移动，进而推动工作缸内的活塞杆发生位移实现合闸，分闸时，分闸电磁铁工作依次带动分闸一级阀、分闸二级阀来带动三级阀反向移动，进而推动工作缸内的活塞杆发生反向位移实现分闸。

但是在输电线路上存在预伏故障时，断路器合闸后必须立即分闸，以快速切断故障线路，这时如果断路器未合闸到位就进行分闸，将不能保证断路器的开断性能，操动机构必须能保证断路器在合闸到位后再进行分闸，即保证断路器的“合分”时间。在实际工作中，电力系统要求断路器的操动机构必须在机械上保证断路器的“合分”时间，而不能在电气控制回路使用延时继电器的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压操动机构及使用该液压操动机构的开关，以实现对断路器“合分”时间的调整和控制。

为实现上述目的，本发明液压操动机构的技术方案是：一种液压操动机构，包括具有工作缸活塞杆的工作缸，还包括用于控制工作缸活塞杆移动的主阀及通过控制油路与主阀相连的合闸阀，合闸阀由合闸电磁铁控制，液压操动机构还包括用于控制合闸电磁铁所在回路通断的辅助开关，液压操动机构还包括活塞杆在往返运动过程中触发所述辅助开关的信号缸，信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通。

进一步地，合闸阀包括合闸二级阀和由所述合闸电磁铁控制的合闸一级阀，液压操动机构包括由上至下组配的第一阀块、第二阀块、第三阀块和第四阀块，所述工作缸集成于第一阀块上，所述主阀集成于第二阀块上，所述合闸二级阀集成于第三阀块上，所述合闸一级阀集成于第四阀块上。

进一步地，第一阀块的侧面设有储能器、油压开关、油箱、油泵和所述的信号缸。

进一步地，信号缸、储能器和油泵位于第一阀块的一侧，油压开关和油箱位于第一阀块的另一侧。

进一步地，工作缸中有杆腔为常高压腔，无杆腔为可在高压和低压之间切换的切换腔，第一阀块上设有用于连接工作缸的常高压腔和主阀的通道，所述通道位于第一阀块上靠近信号缸的一侧。

本发明开关的技术方案是：一种开关，包括液压操动机构，所述液压操动机构包括具有工作缸活塞杆的工作缸，还包括用于控制工作缸活塞杆移动的主阀及通过控制油路与主阀相连的合闸阀，合闸阀由合闸电磁铁控制，液压操动机构还包括用于控制合闸电磁铁在回路通断的辅助开关，液压操动机构还包括活塞杆在往返运动过程中触发所述辅助开关的信号缸，信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通。

进一步地，合闸阀包括合闸二级阀和由所述合闸电磁铁控制的合闸一级阀，液压操动机构包括由上至下组配的第一阀块、第二阀块、第三阀块和第四阀块，所述工作缸集成于第一阀块上，所述主阀集成于第二阀块上，所述合闸二级阀集成于第三阀块上，所述合闸一级阀集成于第四阀块上。

进一步地，第一阀块的侧面设有储能器、油压开关、油箱、油泵和所述的信号缸。

进一步地，信号缸、储能器和油泵位于第一阀块的一侧，油压开关和油箱位于第一阀块的另一侧。

进一步地，工作缸中有杆腔为常高压腔，无杆腔为可在高压和低压之间切换的切换腔，第一阀块上设有用于连接工作缸的常高压腔和主阀的通道，所述通道位于第一阀块上靠近信号缸的一侧。

本发明的有益效果是：信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通，工作缸的两个腔室之间有压力差使工作缸活塞杆发生移动使开关合闸或分闸，由于信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室连通，在工作缸工作时，信号缸的两个腔室中也会有压力差，使信号缸的活塞杆也发生往返运动，处于不同位置的信号缸的活塞杆能够触发辅助开关的不同状态，实现控制分、合闸电磁铁所在回路通断的时间。工作时，在工作缸带动开关合闸到位时，信号缸的活塞杆才能发生运动，触发辅助开关来控制合闸电磁铁的失电，然后分闸电磁铁才能得电，避免了在断路器在未合闸到位后就进行分闸的情况发生，实现了对断路器“分合”时间的控制。

附图说明

图1为本发明液压操动机构实施例中液压回路原理图；

图2为图1中主阀、合闸阀、分闸阀处的液压回路图；

图3为本发明液压操动机构实施例的主视图；

图4为图3的左视图；

图5为图3的右视图；

图6为图3的后视图。

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。

本发明的液压操动机构的具体实施例，如图1至图6所示，其中，1为油泵，2为油泵电机，3为辅助开关，4为信号缸，5为储能器，6为压力表，7为工作缸，8为工作缸活塞杆，9为油压开关，10为安全阀，11为油箱，12为高压放油阀，13为主阀，14为分闸二级阀，15为分闸一级阀，16为分闸电磁铁，17为合闸电磁铁，18为合闸一级阀，19为合闸二级阀，20为控制阀，控制阀20包括了上述的主阀13、分闸二级阀14、分闸一级阀15、分闸电磁铁16、合闸电磁铁17、合闸一级阀18、合闸二级阀19，21为调速螺杆，22为油管，23为油汽分离器，24为油标，25为低压放油阀，26为第四阀块，27为第三阀块，28为第二阀块，29为第一阀块。

图1为本实施例的液压回路原理图，储能器5为氮气储能器，储能器5的底部设有氮气储能单元，上部为供液压油存入的储液腔，储液腔的进出油通道上安装有压力表6以便实时观察储液腔进出油通道的压力。储能器5的进出油通道连接有安全阀10，安全阀10连接有油压开关9，储能器5的进出油通道还连接有油泵1和油泵电机2，油泵1一端与储能器5相连，另一端伸入油箱11中。油箱11中储存有低压油，油箱11与油泵1之间还通过另一条通道相连，通道上设有高压放油阀12。

工作缸7包括两个腔室，工作缸活塞杆8的上部为有杆腔，下部为无杆腔，有杆腔与储能器5的储液腔连通而形成常高压腔，无杆腔可与储液腔或油箱11连通而形成切换腔，切换腔与主阀13连通。主阀13中间与工作缸的切换腔连通，右侧与油箱11相连，左侧与储能器5的储液腔相连，主阀13内安装有可左右移动的阀杆，阀杆设有挡止部，当阀杆挡止部位于主阀13中切换腔和储液腔之间的位置时，阀杆挡止部能够切断切换腔和储液腔之间的通道而使切换腔和油箱之间连通；当阀杆的挡止部位于位于主阀13中切换腔和油箱之间的位置时，阀杆挡止部能够切断切换腔和油箱之间的通道而使切换腔和储液腔之间连通。

液压操动机构还包括用于控制主阀13阀杆左右移动的阀组件，阀组件包括合闸电磁阀和分闸电磁阀。分闸电磁阀包括分闸二级阀14和分闸一级阀15，分闸一级阀15受分闸电磁铁16的控制。分闸二级阀14的下部腔室通过分闸一级阀15与储液腔相连，分闸二级阀14的上部腔室与主阀连通。合闸电磁阀包括合闸二级阀19和合闸一级阀18，合闸一级阀18受合闸电磁铁17的控制。合闸二级阀19的下部腔室通过合闸一级阀18与储液腔相连，合闸二级阀19的上部腔室与主阀13连通。

与工作缸7并联的有信号缸4，信号缸4的上方为有杆腔，有杆腔与储能器5的储液腔和工作缸7的常高压腔连通而形成了信号缸的常高压腔，信号缸4的下方为无杆腔，无杆腔与工作缸7的切换腔连通而形成了信号缸的切换腔。信号缸4的活塞杆（图中未标记）与辅助开关3连接，信号缸4活塞杆动作时可带动辅助开关3切换，辅助开关3能够控制合闸电磁铁17和分闸电磁铁16所在控制回路的接通和断开。

本实施例中液压操动机构的工作过程如下：

（1）储能阶段：当液压操动机构中高压回路的压力低于设定值时，油压开关9中的控制电机起、停的微动开关闭合，油泵电机2带电，带动油泵3运转，油箱11中的低压油经油泵3进入储能器5的储液腔中，通过储压器5中的活塞压缩下部的氮气进行储能，使储能器5中储液腔内的低压油变为高压油。当液压操动机构中高压油的压力达到额定压力后，油压开关9控制油泵电机2断电，完成储能的过程。当液压操动机构中高压油的压力过高时，安全阀10打开，使高压油进入油箱11中。在产品调试时，可以打开高压放油阀12，将高压油释放至油箱中。

（2）合闸动作：图示1中液压操动机构的状态为分闸状态。电控命令加到合闸电磁铁17上，合闸电磁铁17带电吸合，打开合闸一级阀18，合闸二级阀19的下部的高压油通过合闸一级阀18泄压，阀芯向下运动，打开合闸二级阀。高压油通过合闸二级阀进入主阀13的杆杆左端，进而推动主阀13的阀杆向右移动使阀杆挡止部切断切换腔和油箱11之间的通道而打开切换腔和储液腔之间的通道，高压油进入工作缸7的切换腔中。此时工作缸7的上下两个腔室均为高压腔且压力相同，但切换腔为无杆腔，高压腔为有杆腔，无杆腔的受力面积大于有杆腔的受力面积，工作缸活塞杆8受到向上的作用力，控制断路器实现合闸。

在工作缸7合闸的同时，由于信号缸4的腔室分别与工作缸7的腔室对应连通，工作缸7的切换腔处于高压状态时，信号缸的切换腔也处于高压状态，信号缸的活塞杆在压力差的作用下向上移动，带动辅助开关3完成切换，辅助开关3切断合闸控制回路，使合闸电磁铁17失电返回，合闸一级阀18和合闸二级阀19复位，主阀13保持在合闸的位置，使断路器维持在合闸状态，合闸动作完成。

（3）分闸动作：当需要分闸时，电控命令加到分闸电磁铁16上，分闸电磁铁带电吸合，打开分闸一级阀15，分闸二级阀14的下部的高压油通过分闸一级阀15泄压，阀芯向下运动，打开分闸二级阀。主阀13的杆杆左端的高压油通过分闸二级阀14泄压并排入油箱，主阀13的杆杆在右端高压油的作用下左移，切断储液腔和切换腔之间的通道而使切换腔与油箱11连通。此时，工作缸7的高压腔压力大于切换腔的压力，工作缸活塞杆8在压力差的作用下向下移动，控制断路器实现分闸动作。

在工作缸7分闸的同时，由于信号缸4的腔室分别与工作缸7的腔室对应连通，工作缸7的切换腔处于低压状态时，信号缸的切换腔也处于低压状态，信号缸的活塞杆在压力差的作用下向下移动，同时带动辅助开关3完成切换，辅助开关3切断分闸控制回路，使分闸电磁铁16失电返回，分闸一级阀15和分闸二级阀14复位，主阀13保持在分闸的位置，使断路器维持在分闸状态，分闸动作完成。

本实施例中信号缸的两个腔室与工作缸的两个腔室对应连通，实现了同步动作，控制合闸电磁铁和分闸电磁铁通电和断电的时间，从而控制了断路器的“合分”时间，保证了断路器合闸到位后才能分闸，提高了断路器的可靠性和开断性能。

使合闸电磁铁和分闸电磁铁在工作缸活塞杆8发生移动的同时失电，不会影响工作缸活塞杆8的移动，避免了合闸电磁铁和分闸电磁铁在活塞杆8动作后仍然带电而造成电磁铁长时间带电减短寿命。

图示1中可以看出，液压操动机构包括了四个上下组配的阀块，分闸一级阀15和合闸一级阀18集成于第四阀块26上，分闸二级阀14和合闸二级阀19集成于第三阀块27上，主阀13集成于第二阀块28上，工作缸7集成于第一阀块29中。储能器5、油泵1、油泵电机2、辅助开关3和信号缸4位于第一阀块29的左侧，油压开关9、安全阀10和油箱11位于第一阀块29的右侧。工作缸的上部腔室为常高压腔，常高压腔和主阀的通道位于第一阀块29的左侧，即信号缸4所在的一侧。

图3至图6示出了本实施例液压操动机构的外形图，在油箱11的上部安装有油汽分离器23，油箱11上还安装有油标24来实时了解油箱11内低压油的储存状况，在油箱11上还安装有高压放油阀12和低压放油阀25，用于将液压操动机构中的高压油和低压油放出。控制阀20包括了本实施例中液压操动机构中的全部阀，在控制阀20的下部还设有调速螺杆21,来调节控制阀的控制速度。各阀块之间通过开设油路通道实现相连，工作缸7和储能器5之间通过油管22进行相连。

本实施例的液压操动机构以工作缸7为中心，工作缸7采用长方体结构，上端与断路器中用于与液压操动机构连接的部位连接，下端安装一个多通体，工作缸7与多通体连接后形成的四个侧面上分别安装有控制阀20、信号缸4、辅助开关3、油压开关9、安全阀10、油泵1、油泵电机2及油箱11，外围还有两个储能器5通过油管22与工作缸7相连。本实施例中油泵1、油泵电机2采用直连方式组合为一体，辅助开关3与信号缸4采用直连方式组合为一体，油压开关9与安全阀10组合为一体，高压放油阀12、低压放油阀25与油箱11组合为一体，所有元件均以工作缸为中心装配在一起，使产品的集成化程度大大提高，产品结构更加紧凑。简化了整个产品的结构，减小了整个机构的外形尺寸，有利于实现操动机构小型化、系列化，使零部件通用程度提高，降低产品成本。

本实施例中，分闸一级阀和分闸二级阀构成了分闸阀，合闸一级阀和合闸二级阀构成了合闸阀。

本实施例中，辅助开关的接点可以根据需要进行增减，辅助开关控制合闸电磁铁和分闸电磁铁的方式可以为普通的单刀双掷开关，即通过机械连接的关系实现对合闸电磁铁和分闸电磁铁的控制，也可以作为信号接点，发送断路器在合闸位置和分闸位置的指示信号，通过发送指示信号使合闸电磁铁和分闸电磁铁所在的回路通道。

在本实施例中，分闸电磁铁和合闸电磁铁所在的回路为常闭回路，在分合闸时带电；在其他实施例中，分闸电磁铁和合闸电磁铁所在的回路也可以为常开回路，在分合闸时失电。

在其他实施例中，储能器可以为其他形式的储能器，如弹簧储能器等。

本发明开关的具体实施例，开关包括液压操动机构，液压操动机构的结构与上述液压操动机构实施例的结构一致，其内容在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种液压操动机构，包括具有工作缸活塞杆的工作缸，工作缸的有杆腔与储能器的储液腔连通而形成常高压腔，工作缸的无杆腔与储液腔或油箱连通而形成切换腔，液压操动机构还包括用于控制工作缸活塞杆移动的主阀及通过控制油路与主阀相连的合闸阀，合闸阀由合闸电磁铁控制，所述主阀的中间与工作缸的切换腔连通，右侧与油箱相连，左侧与储能器的储液腔相连，其特征在于：液压操动机构还包括用于控制合闸电磁铁所在回路通断的辅助开关，液压操动机构还包括活塞杆在往返运动过程中触发所述辅助开关的信号缸，所述信号缸与工作缸并联设置，信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通，信号缸的有杆腔与储能器的储液腔和工作缸的常高压腔连通而形成信号缸的常高压腔，信号缸的无杆腔与工作缸的切换腔连通而形成信号缸的切换腔，信号缸的活塞杆与辅助开关连接，信号缸的活塞杆动作时带动辅助开关切换，辅助开关能够控制合闸电磁铁和分闸电磁铁所在控制回路的接通和断开；在工作缸合闸的同时，信号缸的切换腔处于高压状态，信号缸的活塞杆带动辅助开关完成切换，辅助开关切断合闸控制回路，使合闸电磁铁失电返回，主阀保持在合闸的位置，断路器维持在合闸状态；在工作缸分闸的同时，工作缸的切换腔处于低压状态，信号缸的活塞杆带动辅助开关完成切换，辅助开关切断分闸控制回路，使分闸电磁铁失电返回，主阀保持在分闸的位置，使断路器位置在分闸状态，分闸动作完成。

2.根据权利要求1所述的液压操动机构，其特征在于：合闸阀包括合闸二级阀和由所述合闸电磁铁控制的合闸一级阀，液压操动机构包括由上至下组配的第一阀块、第二阀块、第三阀块和第四阀块，所述工作缸集成于第一阀块上，所述主阀集成于第二阀块上，所述合闸二级阀集成于第三阀块上，所述合闸一级阀集成于第四阀块上。

3.根据权利要求2所述的液压操动机构，其特征在于：第一阀块的侧面设有储能器、油压开关、油箱、油泵和所述的信号缸。

4.根据权利要求3所述的液压操动机构，其特征在于：信号缸、储能器和油泵位于第一阀块的一侧，油压开关和油箱位于第一阀块的另一侧。

5.根据权利要求4所述的液压操动机构，其特征在于：工作缸中有杆腔为常高压腔，无杆腔为可在高压和低压之间切换的切换腔，第一阀块上设有用于连接工作缸的常高压腔和主阀的通道，所述通道位于第一阀块上靠近信号缸的一侧。

6.一种开关，包括液压操动机构，所述液压操动机构包括具有工作缸活塞杆的工作缸，工作缸的有杆腔与储能器的储液腔连通而形成常高压腔，工作缸的无杆腔与储液腔或油箱连通而形成切换腔，液压操动机构还包括用于控制工作缸活塞杆移动的主阀及通过控制油路与主阀相连的合闸阀，合闸阀由合闸电磁铁控制，所述主阀的中间与工作缸的切换腔连通，右侧与油箱相连，左侧与储能器的储液腔相连，其特征在于：液压操动机构还包括用于控制合闸电磁铁在回路通断的辅助开关，液压操动机构还包括活塞杆在往返运动过程中触发所述辅助开关的信号缸，所述信号缸与工作缸并联设置，信号缸的两个腔室分别与工作缸的两个腔室对应连通，信号缸的有杆腔与储能器的储液腔和工作缸的常高压腔连通而形成信号缸的常高压腔，信号缸的无杆腔与工作缸的切换腔连通而形成信号缸的切换腔，信号缸的活塞杆与辅助开关连接，信号缸的活塞杆动作时带动辅助开关切换，辅助开关能够控制合闸电磁铁和分闸电磁铁所在控制回路的接通和断开；在工作缸合闸的同时，信号缸的切换腔处于高压状态，信号缸的活塞杆带动辅助开关完成切换，辅助开关切断合闸控制回路，使合闸电磁铁失电返回，主阀保持在合闸的位置，断路器维持在合闸状态；在工作缸分闸的同时，工作缸的切换腔处于低压状态，信号缸的活塞杆带动辅助开关完成切换，辅助开关切断分闸控制回路，使分闸电磁铁失电返回，主阀保持在分闸的位置，使断路器位置在分闸状态，分闸动作完成。

7.根据权利要求6所述的开关，其特征在于：合闸阀包括合闸二级阀和由所述合闸电磁铁控制的合闸一级阀，液压操动机构包括由上至下组配的第一阀块、第二阀块、第三阀块和第四阀块，所述工作缸集成于第一阀块上，所述主阀集成于第二阀块上，所述合闸二级阀集成于第三阀块上，所述合闸一级阀集成于第四阀块上。

8.根据权利要求7所述的开关，其特征在于：第一阀块的侧面设有储能器、油压开关、油箱、油泵和所述的信号缸。

9.根据权利要求8所述的开关，其特征在于：信号缸、储能器和油泵位于第一阀块的一侧，油压开关和油箱位于第一阀块的另一侧。

10.根据权利要求9所述的开关，其特征在于：工作缸中有杆腔为常高压腔，无杆腔为可在高压和低压之间切换的切换腔，第一阀块上设有用于连接工作缸的常高压腔和主阀的通道，所述通道位于第一阀块上靠近信号缸的一侧。

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