CN201527926U - 具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器，包括箱壳以及与箱壳内设置的主轴相连的合闸操作装置、手动分闸装置、真空辅助开关及真空灭弧装置，所述合闸操作装置为手动快速合闸操作装置，包括动力输入机构、通过轴承与动力输入机构相连的传动机构、与传动机构通过轴承连接的驱动机构以及储能机构，其中，驱动机构分别与所述主轴及储能机构相连，动力输入机构连接着复位机构，传动机构连接着固力机构。本实用新型具有手动快速合闸操作装置，可带负荷手动合闸，且在无操作电源的情况下，也可实现电流三段式保护功能，因此本实用新型完全符合电力***运行规程要求，为尽快实现架空配网自动化，发挥着积极的促进作用。

Description

具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器

技术领域

本实用新型涉及户外永磁式高压真空断路器，特别涉及一种具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器。

背景技术

永磁操作机构由于机械部件少，动作迅速、时间分散性小，电子操动，便于实现各种控制策略等优点，很适合做成同步开关，对投切容性或感性负荷引起的暂态过电压和高频涌流具有很好的抑止作用。户外永磁式高压真空断路器与FTU(智能馈电终端设备)结合，可配成完善的配网自动化***。与目前通用的弹簧操作机构相比，对电网***设备及负荷的保护具有明显的优势。

户外永磁式高压真空断路器主要用于额定电压12kV、三相交流50Hz输配电***中作为开断和关合正常负荷电流和故障电流之用；在电网、变电所、工矿企业作为接受和分配电能的户外柱上开关设备。它与GCM智能控制器配合，即成为户外柱上智能开关***和重合器。可实现三次重合闸，过负荷保护、三段式过流保护，自动隔离故障段，恢复非故障区段的供电，提高***供电可靠性，从而实现配网自动化。即可由远方操作，实现“四遥”：遥测、遥信、遥控、遥调；同时又能实现就地遥控操作，是架空配网自动化的自选产品。

但其作为户外高压真空断路器的操作机构，在应用和推广过程中也遇到了一些致命弱点，导致其推广应用受到一定程度的限制。

户外永磁式高压真空断路器推广遇到的最大的问题有以下几方面：

一、在无控制电源时无法合闸：

永磁式真空断路器是依靠在操作线圈中通一特定方向的电流，这一电流在动铁芯上产生与永磁体磁场方向相同或相反的磁场，与永磁体磁场力叠加或抵消来实现断路器的合分闸动作。为此，永磁式真空断路器的运行必须要有可靠的操作电源。而户外柱上开关设备安装地点分散，且有大量应用在偏远农网***中，要为其配置操作电源存在很多困难。首先，如用低压市电来作操作电源，就需要与高压电网一起设置输电线，这不尽需要大量的费用，还会应长距离的输电而使电压大幅下降，从而达不到所要求的操作电压。为解决此问题，目前大多用户采用电源变压器(PT)直接从高压主电网中取电，通过变压作为操作电源。但电源变压器(PT)存在价格昂贵，自身缺少保护，易发生故障等缺陷。

而在部分分断电网***来中，其主电网在正常全部投运前是无电源的。这对用户取得操作电源更成问题。特别是电力***的安装规程中规定，断路器在安装调试时，为防止影响高压主网的安全，必须在高压电网无电的情况下进行安装、调试。

此外，还有各种原因，所引起的控制***发生故障等情况下，户外永磁式真空断路器都会无法正常合闸操作，使电网***无法正常送电，给电力***和用户造成重大损失。

二、在无操作电源的情况下，无法对电网***和负荷进行有效保护：

常规的户外永磁式真空断路器都设置有手动紧急分闸装置，在紧急情况或无操作电源下，可以通过手动分闸功能对断路器实行分闸。而对电网故障的检测及保护来说，就无法用手动功能来实现。而作为户外柱上断路器自身所应有的功能来讲，其必须具有对电网***进行检测及保护的基本功能。而由于户外永磁式真空断路器在无操作电源下，就无法实现分闸，从而也使其失去了断路器的功能。这问题对电网***的正常运行及负载设备的安全运行留下及大的隐患，是电力运行规程所不允许的。

针对户外高压真空断路器上述的种种情况和问题，充分暴露出目前户外永磁式高压真空断路器的致使弱点，将永磁操作机构的所有优点和特点都掩盖掉，业已成为电力***推广应用户外永磁式高压真空断路器的主要阻碍。而如何解决好这些问题已成为户外永磁式高压真空断路器发展和推广应用的关键，也是本实用新型专利的目的所在。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器，不仅在无操作电源的场合，能够实现带负荷手动合闸，并且通过优化设计，在无操作电源的情况下，能够实现电流三段式保护，完全符合电力***运行规程要求，能够为尽快实现架空配网自动化，发挥积极的促进作用。

为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器，包括箱壳以及与箱壳内设置的主轴相连的合闸操作装置、手动分闸装置、真空辅助开关及真空灭弧装置，所述合闸操作装置为手动快速合闸操作装置，包括动力输入机构、通过轴承与动力输入机构相连的传动机构、与传动机构通过轴承连接的驱动机构以及储能机构，其中，驱动机构分别与所述主轴及储能机构相连，动力输入机构连接着复位机构，传动机构连接着固力机构。

具体的，所述动力输入机构包括手柄及与之相连的储能轴；所述传动机构包括与储能轴轴承连接的主动齿轮及与主动齿轮啮合从动齿轮；所述驱动机构包括从动齿轮上设置的驱动块、与从动齿轮轴承连接的驱动轴、设于驱动轴上并通过键连接的驱动轮及凸轮、与凸轮相啮合的滚轮、与滚轮同轴的输出拐臂，其中，驱动块与驱动轮相啮合，输出拐臂与所述主轴相连；所述储能机构包括设于驱动轴上并通过键连接的储能拐臂、以及与储能拐臂相连的储能弹簧；所述复位机构包括定位销及复位弹簧，储能轴上设有与定位销相对应的定位螺钉；所述固力机构为与主动齿轮相配的棘爪。

本实用新型的有益效果是：相比现有技术，本实用新型具有手动快速合闸操作装置，可带负荷手动合闸，且在无操作电源的情况下，也可实现电流三段式保护功能，因此本实用新型完全符合电力***运行规程要求，为尽快实现架空配网自动化，发挥着积极的促进作用。

附图说明

图1是本实用新型所述具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器去掉箱壳的俯视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1中所述手动快速合闸操作装置的放大图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5是本实用新型所述具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器的电路原理图。

1手动操作机构，2分合闸指示表，3手动分闸手柄，4FTU接口，5分闸弹簧，6永磁操作机构，7断路器主轴，8真空辅助开关，9手动合闸手柄，10储能弹簧，11真空灭弧室，12绝缘外壳，13绝缘拉杆，14触头弹簧，15输出拐臂，16主动齿轮，17棘爪，19箱壳，20单向储能轴承，21手动储能轴，22复位弹簧，23定位销，24从动齿轮，25驱动块，26驱动轮，27凸轮，28滚轮，29驱动轴，30储能拐臂。

TA断路器附电流互感器，ZT增压变压器，V整流桥堆，C电解电容，Y永磁机构线圈，LJ过流接点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1及图2所示的本实用新型所述具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器设置在箱壳19内，所述断路器的主轴上连接手动快速合闸操作装置、手动分闸装置、真空辅助开关及真空灭弧装置，所述箱壳19还设有分合闸指示表2及FTU接口4。其中，手动分闸装置包括手动分闸手柄3、分闸弹簧5及永磁机构6。真空灭弧装置包括外部的绝缘外壳12以及其内顺次设置的真空灭弧室11、绝缘拉杆13和触头弹簧14。

本实用新型的设计目的之一，为实现户外永磁式高压真空断路器在无操作电源的场合，带负荷合闸功能。最简便有效的方法就是在产品中设置有手动快速合闸功能。从此出发，在户外永磁式高压真空断路器的操作机构箱内设置一套手动快速合闸装置。要达到带负荷可靠手动合闸，必须确保手动合闸时的断路器各参数，完全满足电动合闸时的参数要求。因此，需在手动机构中设置一根能使断路器达到合闸参数力的合闸弹簧，而要通过人力使此弹簧储能并释放能量，必须借助一套省力的操作装置，以便操作人员可以轻松地完成合闸动作。此手动操作装置还须与电动永磁机构兼容。即在手动或电动合闸状态下，相互不受影响，并可实现联锁。手动合闸时断路器必须快速可靠合闸，此时，断路器不能实现电动再次合闸。只能通过电动或手动分闸及保护分闸后，再次进行手动或电动合闸。需手动合闸时，操作人员只需在断路器下通过绝缘拉杆，轻松拉动八次，在达到合闸所需的功后，自动实现合闸。

具体的，如图1所示，所述断路器在无操作电源和安装调试场合，可以通过拉动手动合闸手柄9八次，带动手动快速合闸装置的主动齿轮16旋转，并通过棘爪17进行保持，逐渐将储能弹簧10储能至所述断路器合闸所需的能量后，通过储能弹簧10的能量释放传动至输出拐臂15，带动断路器主轴7向左运动，同时由断路器主轴7带动三相连板，使真空灭弧室11合闸。在此合闸过程中同时也对分闸弹簧5和触头弹簧14进行储能，为所述断路器的分闸及保护跳闸作好准备。当断路器主轴7到达合闸位置时，也使永磁操作机构6的动铁芯运动至永磁体磁路的闭合状态，由永磁体的磁场保持所述断路器的合闸状态。

如图3及图4所示，本实用新型所述手动快速合闸操作装置1的工作过程为：

1)用人力拉动手动合闸手柄9，带动手动储能轴21转动；驱动单向储能轴承20，直接使主动齿轮16顺时针转动约80度。此时，装在手动储能轴21上的定位螺钉碰到定位销23，限制储能轴5继续转动。至此，完成一次储能拉动操作。当人力放松手动合闸手柄9后，储能轴5在复位弹簧26的作用下，带动单向储能轴承20和手动合闸手柄9回归原位，为下次储能拉动作好准备。而主动齿轮16由于棘爪13的作用，使其保持在原位不动。

2)主动齿轮16在顺时针转动时，带动从动齿轮24逆时针转动。从动齿轮24与驱动轴29之间为轴承连接，在从动齿轮24转动时，驱动轴29并不转动。只有当从动齿轮24上的驱动块25卡住驱动轮26上的台阶时，带动驱动轮26一起逆时针旋转，驱动轮26与驱动轴29是键连接，从而也带动驱动轴29转动。

3)驱动轴29与装在其上的凸轮27和储能拐臂30分别都为键连接。驱动轴29的转动，同时也带动着凸12轮和储能拐臂30的转动。从而使储能弹簧10逐渐被拉长，储存能量。凸轮27的运动曲线逐渐接近滚轮28，为快速合闸作好准备。

4)按第1)条的原理，人力拉动手动合闸手柄9八次，将使储能拐臂30转动180度，储能弹簧10被拉至最长点，储能弹簧10集聚的能量能确保所述断路器快速合闸所需的功，此位置被称为储能拐臂30的死点位。在储能拐臂30转动小于180度时，储能弹簧10作用在储能拐臂30上的力，为顺时针方向转动的力。通过各传动零件，此转动力由棘爪13保持住，无法释放。而当储能拐臂30转动大于180度时，储能弹簧10作用在储能拐臂30上的力，为逆时针方向转动力。当逆时针转动时，就是储能弹簧10释放所集聚的能量，按逆时针方向带动储能拐臂30和凸轮27快速向逆时针方向旋转。凸轮27在旋转过程中，通过其曲线，带动滚轮28向下运动。从而，使输出拐臂15顺时针转动，输出拐臂15与主轴17相连，最终使主轴17向左运动，达到断路器合闸位置(图一虚线部分为输出拐臂15在合闸时的位置)。并有永磁操作机构6的永磁力保持，完成所述断路器的合闸程序。

5)在储能弹簧10释放能量的时候，由于从动齿轮24与驱动轴29之间为轴承连接，驱动轴29的快速转动并不会带动从动齿轮24的转动，主动齿轮16和手动合闸手柄8都不受影响。确保手动快速合闸装置1在快速合闸过程中，不会对操作者产生损害。

6)当储能的能量释放完后，凸轮27和储能拐臂30重回图1位置，为下一次的手动快速合闸作好了准备。

本实用新型的设计目的之二，在无操作电源或控制电源发生故障的情况下，户外永磁式真空断路器能实现保护跳闸功能，并按故障的大小及保护参数设置的要求，随故障情况及时地将故障源切除和隔离，切实保护电网***和负载的正常运行。断路器用永磁操作机构采用单稳态永磁式机构，其原理为合闸靠电磁力带动动铁芯至合闸位置，靠永磁体磁场保持动铁芯在合闸位置。而分闸使动铁芯产生一与永磁体磁场向反的磁力，并在分闸及触头弹簧的帮助下，克服永磁体的吸力，快速分闸。并在分闸弹簧的作用下，使断路器保持在分闸位置。本保护***就是借用单稳态永磁机构在合闸过程中，为分闸弹簧和触头弹簧所储的能量，通过电流互感器的保护绕组，对电网***进行检测，当发现故障时，故障电流通过互感器向涌流控制器传输其动作所需的能量，再通过涌流控制器的有源接点及放大器直接向永磁操作机构的线圈发送分闸信号，迫使线圈在动铁芯上产生一个与永磁体磁场向反的反向磁场，在分闸弹簧和触头弹簧力的共同作用下，克服永磁体磁场的吸力，实现断路器的快速分闸。

具体，如图1及图2所示，本实用新型所述的断路器在无操作电源或操作***发生故障时，可借用单稳态的永磁操作机构6在合闸过程中，为分闸弹簧5和触头弹簧14所储的能量，通过永磁操作机构6中的电流互感器的保护绕组，对电网***进行检测，当发现故障时，故障电流通过电流互感器向电流保护模块传输其动作所需的能量，使电流保护模块动作，通过其有源接点及放大回路，直接向永磁操作机构6的线圈发送分闸能量，使线圈在动铁芯上产生一个与永磁体磁场向反的反力，在分闸弹簧和触头弹簧力的共同作用下，克服永磁体磁场的吸力，实现断路器的快速跳闸。

如图5所示，具体的无操作电源时本实用新型所述断路器发挥电流保护功能原理如下：

1)在无操作电源或控制回路发生故障时，为实现所述断路器对电网***和负载的电流保护功能，采用图5电器原理结构，再结合电流保护模块CPU对开入量的运算及设置，对需保护的电流倍数及动作时间进行执行，并将信号输出，来对所述断路器的分闸进行有效控制，起到有效的保护功能。

2)本充电储能模块是借用断路器自身所附的保护电流互感器TA的小电流能量(一般小于3A)，通过增压变压器ZT将此小电源变压到80V，对容量为200μF的二个电容进行充电，储存能量。

3)在正常情况下，电流保护模块不输出信号，过流接点LJ为常开，永磁机构线圈不得电。但当电网***或负载发生故障时，电流保护模块检测到故障后，即按所设定的参数要求进行信号输出，使过流接点LJ闭合，电容放电。对线圈(Y)输入1安培的反向电流，在动铁芯上产生与永磁磁场向反的磁场力，再加分闸和触头两种弹簧所储的力，就能可靠地克服永磁体的闭合力，实现断路器的快速分闸。切断和隔离故障源，对***和负载实施可靠的保护。

本实用新型具有手动快速合闸操作装置，可带负荷手动合闸，且在无操作电源的情况下，也可实现电流三段式保护功能，因此本实用新型完全符合电力***运行规程要求，为尽快实现架空配网自动化，发挥着积极的促进作用。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具备手动快速合闸功能的户外永磁式高压真空断路器，包括箱壳以及与箱壳内设置的主轴相连的合闸操作装置、手动分闸装置、真空辅助开关及真空灭弧装置，其特征在于：所述合闸操作装置为手动快速合闸操作装置，包括动力输入机构、通过轴承与动力输入机构相连的传动机构、与传动机构通过轴承连接的驱动机构以及储能机构，其中，驱动机构分别与所述主轴及储能机构相连，动力输入机构连接着复位机构，传动机构连接着固力机构。

2.根据权利要求1所述的户外永磁式高压真空断路器，其特征在于：所述动力输入机构包括手柄及与之相连的储能轴；所述传动机构包括与储能轴轴承连接的主动齿轮及与主动齿轮啮合从动齿轮；所述驱动机构包括从动齿轮上设置的驱动块、与从动齿轮轴承连接的驱动轴、设于驱动轴上并通过键连接的驱动轮及凸轮、与凸轮相啮合的滚轮、与滚轮同轴的输出拐臂，其中，驱动块与驱动轮相啮合，输出拐臂与所述主轴相连；所述储能机构包括设于驱动轴上并通过键连接的储能拐臂、以及与储能拐臂相连的储能弹簧；所述复位机构包括定位销及复位弹簧，储能轴上设有与定位销相对应的定位螺钉；所述固力机构为与主动齿轮相配的棘爪。

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