CN111312539B - 机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，包括分别位于两进线柜内的第一断路器和第二断路器，所述第一断路器和第二断路器分别设有自锁运行机构和自锁配合机构，第一断路器和第二断路器通过旋转连杆装置相连，所述第一断路器内的自锁运行机构和第二断路器内的自锁配合机构通过一旋转连杆装置进行自锁，所述第二断路器内的自锁运行机构和第一断路器内的自锁配合机构通过另一旋转连杆装置进行自锁，所述第一断路器和第二断路器互锁，所述第一断路器和第二断路器通过备自投装置进行机械联锁供电切换。本发明可实现纯机械联锁，可起到双重保险，防误操作，避免重大电气事故，大大提高安全性能。

Description

机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置

技术领域

本发明涉及车用水管生产过程中气密测试装夹装置，具体说是机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置。

背景技术

当前，我国社会经济处于迅猛发展期，各行业经济增长势头不减，特别是建筑行业的快速发展，加速了我国城镇一体化建设进程。建筑电气作为建筑不可或缺的部分，其设计的安全性对建筑电气工程师提出了更高的要求，加之建筑自动化以及智能化亦使得建筑行业用电量猛增，因此建筑电气的使用安全性也越来越得到关注。

中压双进线备自投快速切换电气联锁设备，专门用于高可靠性连续供电的场合。适用于数据中心、大型楼宇、智能电网、医院、交通、机场、指挥中心及冶金化工等类型的场所。伴随大数据、云计算、人工智能等新技术的开发和应用，现代社会对电能的使用和要求已经步入了新的发展阶段。

如何应用独特技术专利来满足负荷等级升高、功率增大、供电范围扩大、高层建筑等新的用电环境，并使其成为此类应用场合通用的中压切换解决方案，已经成为目前的重要研发课题。

以往的双进线(主供，备供)联锁方案中，基本采用两种方式进行联锁：

1、电气联锁方案,其缺点为：电气联锁方案主要通过其中一台进线G01开关投运带电时，通过电磁原理使另一台进线开关G02合闸回路开路，使电气合闸无法完成，并不能闭锁机械合闸位置。

2、两台进线断路器其中一台未放置工作位置，其缺点为：当有一台断路器未到工作位置会导致其中常供线路因故障失电时，无法自动切换另一路进线合闸。需要人工去配电现场手动合闸才能实现切换，降低了供电速度和效率，甚至造成不必要的经济损失。

而且以往的双进线通常用于中压产品为KYN28中置柜系列，其主开关单元为抽出式单元形式，导致其联锁方式仅局限于电气闭锁，通过备自投装置控制其闭锁逻辑，实现双进线中，若主供失电时，备自投接收失压信号，自动分断主供开关单元，并在短暂延时后，自动合上备供主开关单元，实现自动切换进线回路。此方案中两路进线不能同时合闸，否则线路短路，后果不堪设想，所有联锁方式(两路进线任何情况只能合上一路)至关重要，在安全性位置越来越重要的今天，一道电气联锁显然难以满足现阶段的要求，如果电气联锁故障，又没有其他闭锁，会导致事故发生。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，包括分别位于两进线柜内的第一断路器和第二断路器，所述第一断路器和第二断路器分别设有自锁运行机构和自锁配合机构，第一断路器和第二断路器通过旋转连杆装置相连，所述第一断路器内的自锁运行机构和第二断路器内的自锁配合机构通过一旋转连杆装置进行自锁，所述第二断路器内的自锁运行机构和第一断路器内的自锁配合机构通过另一旋转连杆装置进行自锁，所述第一断路器和第二断路器互锁，所述第一断路器和第二断路器通过备自投装置进行机械联锁供电切换。

作为优选，所述自锁运行机构包括设于进线柜内的支撑底板和设于支撑底板上的支撑隔板，还包括设于进线柜内的合闸控制板、弹簧储能机构、一端与所述弹簧储能机构连接的开关主轴，所述开关主轴穿过所述支撑隔板横向设置，所述开关主轴另一端与旋转凸轮固定，所述旋转凸轮抵靠于连接杆上端，所述连接杆穿过第一断路器和第二断路器的支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置；所述弹簧储能机构用于储能并带动开关主轴逆时针/顺时针旋转，开关主轴的旋转带动旋转凸轮同向旋转接触，从而使连接杆上下运动，所述连接杆再带动所述旋转连杆装置进行同向旋转。

作为优选，所述连接杆通过设于支撑底板上的限位座进行上下运动的限位。

作为优选，所述限位座通过螺栓装置固定于支撑底板上端，且限位座内设有一可容纳所述连接杆通过的通孔，所述连接杆穿过所述通孔和支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置。

作为优选，所述旋转连杆装置包括设于支撑底板下横向设置的旋转连杆和设于旋转连杆两端的两个旋转支架，所述旋转支架均通过轴套与旋转连杆连接，所述连接杆抵紧于旋转支架，所述连接杆通过上下运动带动靠近连接杆的一旋转支架进行旋转，从而带动所述旋转连杆同轴旋转，所述旋转连杆再带动远离所述连接杆的另一旋转支架上下运动。

作为优选，所述旋转支架包括设于支撑底板下端的支架座，所述支撑座下端固定连接有拉钩支架和旋转连杆安装轴，所述轴套一端与旋转连杆安装轴连接，另一端连接至所述旋转连杆，所述连接杆带动拉钩支架上下运动，从而使旋转连杆安装轴和旋转连杆进行旋转。

作为优选，所述自锁配合机构包括与所述另一旋转支架上的拉钩支架连接的拉杆机构，所述另一旋转支架上的拉钩支架通过上下运动带动所述拉杆机构进行自锁/松开，所述拉杆机构上设有定位卡口，所述定位卡口用于与设于支撑隔板上的合闸脱钩进行卡合自锁。

作为优选，所述拉杆机构包括纵向设置的联锁拉杆和横向设置的横向拉杆，所述联锁拉杆一端与拉钩支架连接，另一端与横向拉杆一端通过第一铰接轴铰接，所述横向拉杆中部设有第二铰接轴，所述横线拉杆通过第二铰接轴与支撑隔板固定，所述联锁拉杆在联锁支架的向下运动牵引下同步向下运动，带动横向拉杆所述一端向下运动，从而使横向拉杆所述另一端绕所述第二铰接轴向上运动，直至横向拉杆另一端上的定位卡口卡合于所述合闸脱钩。

作为优选，所述定位卡口为U型卡槽。

作为优选，所述合闸脱钩为圆钢形结构体，所述U型卡槽与合闸脱钩刚性接触。

与现有技术相比，本发明设置单独的机械联锁，克服了电气联锁中因为电气故障而导致联锁失效的问题，通过纯机械连闭锁，实现两路开关不会同时合闸的技术要求，且由于是纯机械联锁，没有通过任何电气干涉，独立于联锁体系中。同时之前普遍运用的电气联锁同样也可运用与此套联锁系统之中，形成两条互补的电气加机械联锁系统，避免了现有技术各种运行中产生的弊端，具有高可靠性，高安全性及高耐用性。同时机械联锁和电气联锁加备自投装置为主体，组成了一套成熟的电气加机械联锁转换装置，实现安全可靠的双进线自动转换。

附图说明

图1是本发明一种优选方式的结构示意图；

图2为图1中A处放大的部分立体图；

图3为图1中B处放大的部分立体图；

图4为图1中C处放大的部分立体图；

图5为本发明中拉杆机构的结构示意图

图6为本发明中拉杆机构与合闸脱钩的配合示意图。

具体实施方式

下面将结合图1-图6详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

此套装置可运用到一组10KV民用供电项目中，设置两路进线系统，并配置多路出线系统，目的是即使出线其中一路进线路线因紧急故障导致无法正常供电时，另一路进线可及时恢复供电，保证重要设施的正常用电，其中两路进线系统在机械联锁的设置下不会出现两路进线同时供电的情况，安全性得到质的飞越，且结构简单，适应性广。

此装置总体是由两台断路器组成，如图一：G01为第一断路器1,G02为第二断路器2。两台断路器分别属于系统中两台进线柜，G01为主供断路器，G02为备供断路器。在正常运用的情况下主供正常供电，当因为某些特殊因素导致主供G01突然失电时，备供G02会通过一个备自投装置(备自投装置通过G01进线PT感应到失电时会通过自身系统切断G01合闸回路，接通备供G02合闸回路，同时G01，G02机械联锁系统动作，在G02完成合闸后，G01电气合闸回路和机械合闸回路自锁)，自动切换至备供供电，从而实现供电场所自动复电或不停电复电的技术条件。

在实施例中，机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，包括分别位于两进线柜内的第一断路器和第二断路器，所述第一断路器和第二断路器分别设有自锁运行机构和自锁配合机构，第一断路器和第二断路器通过旋转连杆装置相连，所述第一断路器内的自锁运行机构和第二断路器内的自锁配合机构通过一旋转连杆装置进行自锁，所述第二断路器内的自锁运行机构和第一断路器内的自锁配合机构通过另一旋转连杆装置进行自锁，所述第一断路器和第二断路器互锁，所述第一断路器和第二断路器通过备自投装置进行机械联锁供电切换。

所述自锁运行机构包括设于进线柜内的支撑底板3和设于支撑底板上的支撑隔板4，所述支撑底板和支撑隔板均为钣金材质，还包括设于进线柜内的合闸控制板5、弹簧储能机构6、一端与所述弹簧储能机构连接的开关主轴7，所述开关主轴穿过所述支撑隔板横向设置，所述开关主轴另一端与旋转凸轮8固定，所述旋转凸轮抵靠于连接杆9上端，所述连接杆穿过第一断路器和第二断路器的支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置。所述合闸控制板用于控制整个联锁装置的运行，亦可控制弹簧储能机构的运行。所述弹簧储能机构用于储能并带动开关主轴逆时针/顺时针旋转，开关主轴的旋转带动旋转凸轮同向旋转接触，从而使连接杆上下运动，所述连接杆再带动所述旋转连杆装置进行同向旋转。该电气装置动作时即为双电源切换时，G01应故障失电时，会失电跳闸，此时G01分断动作，最先动作点为G01开关主轴在弹簧力的作用下，开关主轴逆时针旋转约42度，此角度转向力带动位于开关主轴左侧的旋转凸轮同向逆时针旋转42度。机构至此由旋转凸轮形成一个向下的旋转作用力。

所述连接杆通过设于支撑底板上的限位座10进行上下运动的限位。

所述限位座通过螺栓装置11固定于支撑底板上端，且限位座内设有一可容纳所述连接杆通过的通孔12，所述连接杆穿过所述通孔和支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置。

所述旋转连杆装置包括设于支撑底板下横向设置的旋转连杆13和设于旋转连杆两端的两个旋转支架14，所述旋转支架均通过轴套15与旋转连杆连接，所述连接杆抵紧于旋转支架，所述连接杆通过上下运动带动靠近连接杆的一旋转支架进行旋转，从而带动所述旋转连杆同轴旋转，所述旋转连杆再带动远离所述连接杆的另一旋转支架上下运动。旋转凸轮产生向下的旋转力后，通过凸轮机构原理，向下的旋转力会带动与其相连的连接杆向下运动20mm，至此向下作用力会穿过第一断路器的支撑底板，此向下作用力会作用于第一断路器下部的旋转支架，使旋转支架产生逆时针向下旋转力。

所述旋转支架包括设于支撑底板下端的支架座18，所述支撑座下端固定连接有拉钩支架16和旋转连杆安装轴17，所述轴套一端与旋转连杆安装轴连接，另一端连接至所述旋转连杆，所述连接杆带动拉钩支架上下运动，从而使旋转连杆安装轴和旋转连杆进行旋转。旋转支架产生逆时针旋转力后，与其相连的销轴会产生与旋转支架同样的旋转角度，此时同样作用于旋转连杆，使旋转连杆产生相同的旋转力。所述销轴连接杆之间的配合间隙公差为±0.02mm，减少公差造成的旋转损失。G01的旋转连杆产生逆时针旋转力后，在其右端轴套同样会产生旋转力，作用于G02的旋转支架，以致G02旋转支架产生与G01旋转支架同样的逆时针旋转力，通过旋转连杆为主要传播介质完成一系列力学动作传导，完成合闸机械力在常供进线开关G01与备供进线G02间的机械力传输。

所述自锁配合机构包括与所述另一旋转支架上的拉钩支架连接的拉杆机构，所述另一旋转支架上的拉钩支架通过上下运动带动所述拉杆机构进行自锁/松开，所述拉杆机构上设有定位卡口23，所述定位卡口用于与设于支撑隔板上的合闸脱钩24进行卡合自锁。

所述拉杆机构包括纵向设置的联锁拉杆19和横向设置的横向拉杆20，所述联锁拉杆一端与拉钩支架连接，另一端与横向拉杆一端通过第一铰接轴21铰接，所述横向拉杆中部设有第二铰接轴22，所述横线拉杆通过第二铰接轴与支撑隔板固定，所述联锁拉杆在联锁支架的向下运动牵引下同步向下运动，带动横向拉杆所述一端向下运动，从而使横向拉杆所述另一端绕所述第二铰接轴向上运动，直至横向拉杆另一端上的定位卡口卡合于所述合闸脱钩。G02旋转支架通过旋转连杆运动产生向下逆时针旋转力后，通过带动在于其上部G02上的拉钩支架拉动位于断路器G02内部的联锁拉杆向下运动约16mm，(作用力在传输过程中损失造成与断路器G01传导力所对应的运动距离相差4mm)。

安装于G02内部的联锁拉杆与G02断路器内部横向拉杆有钉销将此两件钣金件相连接，横向连杆中部位置设置有旋转点，此时，横向拉杆与拉钩支架与中间旋转点共同组成一个简易的杠杆系统，当联锁拉杆在之前力学作用下向下运动16mm后，通过中部旋转点使横向连杆产生一个向上反运动行程，旋转点位于横向拉杆中部，行程与联锁拉杆向下行程一致，此时力传导至横向拉杆与联锁拉杆作用点相反的另一端，所产生的运动行程约16mm。

当联锁拉杆与横向拉杆和旋转点组成的简易杠杆机构使联锁拉杆另一端产生向上的作用力后。横向拉杆的末端设置U形卡槽，当横向拉杆向上运动时约16mm长度行程时，横向拉杆之上的U形卡槽与合闸脱钩形成自锁限位(U型卡槽向上运动后与合闸脱钩上Ф6圆钢刚性连接)。这时合闸脱钩已经与横向拉杆刚性连接形成自锁限位，所有此时合闸脱钩即使受外力后不动作，即不可操作。所述定位卡口为U型卡槽。所述合闸脱钩为圆钢形结构体，所述U型卡槽与合闸脱钩刚性接触。

在实施过程中，当G02的弹簧储能机构通过手动或电动驱动储能完成后，此时合闸脱钩只需在外力作用下顺时针转动约4度时，合闸脱钩点与储能电机限位点脱钩，弹簧储能机构在弹簧拉力作用下释能，产生瞬时拉力作用与开关合闸点，开关就会合闸，但由于合闸脱钩与横向拉杆形成自锁，合闸脱钩在外力作用下无法顺时针运动，所以此时状态，当G01处于合闸状态时，G02开关断路器合闸自锁无法合闸，必须当G01分闸时，G01开关主轴反向旋转42度时，各对应部件皆反向运动，同样G02开关内部横向拉杆反向运动复位，U型口与Ф6mm圆钢自锁点分离，自锁解除，此时G02开关才能进行合闸操作。本发明中可采用现有的弹簧储能机构即可，其具体结构和原理不做赘述。

此联锁为其中一条路径，此时由于断路器G02合闸后，同样的机械力学旋转力传导原理通过旋转连杆产生的旋转力后，最终带动G01断路器内部横向拉杆向上运动，通过位于G01开关内部的横向拉杆与G01合闸脱钩形成自锁限位，使G01断路器合闸驱动板同样无法在外力作用下产生机械运动，使G01开关机构不能机械合闸，达到G01，G02两路进线开关联锁目的,即在任何情况下，G01，G02两台开关始终只存在一台开关在合闸状态，另一台开关即在分闸状态，使两台断路器互为联锁关系，达到电气加机械互锁目的。G01断路器同样不能合闸，其原理与之上所述一致，此套联锁装置完成后测得断路器机械参数如下：断路器回路电阻≦60uΩ，断路器分闸时间≦20-50ms，合闸时间≦20-70ms。温升≦70K，符合行业标准。

在备用开关柜里利用此旋转里所产生的向下作用力带动开关本体操作机构内部拉钩，(拉钩为一个杠杆组成单元)锁住机械合闸按钮，使主供开关在合闸状态时，备供机械按钮是处于锁死状态，不可合闸，当主供开关单元分闸时，即可解锁，备供开关单元可以合闸，同样联锁是可逆的，同样的机械原理，(如图一)通过错开连杆位置，上下分布，备供合闸时，同样可以锁住主供开关单元，使其不能合闸，实现机械联锁。

此机械联锁在之前电气联锁的基础上，加上了纯机械联锁方式，为避免重大电气事故提供了又一道安全可靠的防误操作机构，从安全性方面考虑是有了质的提升，在主备切换过程中最快速度可达150MS，可实现不停电切换，在用电智能化方面也有了质的提升。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：包括分别位于两进线柜内的第一断路器（1）和第二断路器（2），所述第一断路器和第二断路器分别设有自锁运行机构和自锁配合机构，第一断路器和第二断路器通过旋转连杆装置相连， 所述第一断路器内的自锁运行机构和第二断路器内的自锁配合机构通过一旋转连杆装置进行自锁，所述第二断路器内的自锁运行机构和第一断路器内的自锁配合机构通过另一旋转连杆装置进行自锁，所述第一断路器和第二断路器互锁，所述第一断路器和第二断路器通过备自投装置进行机械联锁供电切换；

所述自锁运行机构包括设于进线柜内的支撑底板（3）和设于支撑底板上的支撑隔板（4），还包括设于进线柜内的合闸控制板（5）、弹簧储能机构（6）、一端与所述弹簧储能机构连接的开关主轴（7），所述开关主轴穿过所述支撑隔板横向设置，所述开关主轴另一端与旋转凸轮（8）固定，所述旋转凸轮抵靠于连接杆（9）上端，所述连接杆穿过第一断路器和第二断路器的支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置；所述弹簧储能机构用于储能并带动开关主轴逆时针/顺时针旋转，开关主轴的旋转带动旋转凸轮同向旋转接触，从而使连接杆上下运动，所述连接杆再带动所述旋转连杆装置进行同向旋转；

所述连接杆通过设于支撑底板上的限位座（10）进行上下运动的限位；

所述旋转连杆装置包括设于支撑底板下横向设置的旋转连杆（13）和设于旋转连杆两端的两个旋转支架（14），所述旋转支架均通过轴套（15）与旋转连杆连接，所述连接杆抵紧于旋转支架，所述连接杆通过上下运动带动靠近连接杆的一旋转支架进行旋转，从而带动所述旋转连杆同轴旋转，所述旋转连杆再带动远离所述连接杆的另一旋转支架上下运动。

2.根据权利要求1所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述限位座通过螺栓装置（11）固定于支撑底板上端，且限位座内设有一可容纳所述连接杆通过的通孔（12），所述连接杆穿过所述通孔和支撑底板并抵紧于所述旋转连杆装置。

3.根据权利要求2所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述旋转支架包括设于支撑底板下端的支架座（18），所述支架座下端固定连接有拉钩支架（16）和旋转连杆安装轴（17），所述轴套一端与旋转连杆安装轴连接，另一端连接至所述旋转连杆，所述连接杆带动拉钩支架上下运动，从而使旋转连杆安装轴和旋转连杆进行旋转。

4.根据权利要求3所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述自锁配合机构包括与所述另一旋转支架上的拉钩支架连接的拉杆机构，所述另一旋转支架上的拉钩支架通过上下运动带动所述拉杆机构进行自锁/松开，所述拉杆机构上设有定位卡口（23），所述定位卡口用于与设于支撑隔板上的合闸脱钩（24）进行卡合自锁。

5.根据权利要求4所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述拉杆机构包括纵向设置的联锁拉杆（19）和横向设置的横向拉杆（20），所述联锁拉杆一端与拉钩支架连接，另一端与横向拉杆一端通过第一铰接轴（21）铰接，所述横向拉杆中部设有第二铰接轴（22），所述横向拉杆通过第二铰接轴与支撑隔板固定，所述联锁拉杆在联锁支架的向下运动牵引下同步向下运动，带动横向拉杆所述一端向下运动，从而使横向拉杆所述另一端绕所述第二铰接轴向上运动，直至横向拉杆另一端上的定位卡口卡合于所述合闸脱钩。

6.根据权利要求5所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述定位卡口为U型卡槽。

7.根据权利要求6所述机械联锁式中压双电源快速自动切换电气装置，其特征在于：所述合闸脱钩为圆钢形结构体，所述U型卡槽与合闸脱钩刚性接触。