SF6弹簧操动机构原理

1SF6断路器的操动机构操动机构是高压断路器的重要组成部分，它由储能单元、控制单元、和力传递单元组成。高压SF6断路器的操动机构有多种型式，如弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。根据灭弧室承受的电压等级和开断电流的差异，SF6产品选用弹簧机构、气动机构或液压机构。弹簧机构、气动机构、液压机构各自的特点比较见表1。表1机构类型比较项目弹簧机构气动—弹簧机构液压机构储能与传动介质螺旋压缩弹簧/机械压缩空气/弹簧压缩性流体/机械氮气/液压油压缩性流体/非压缩性流体适用的电压等级40.5KV—252KV126KV—550KV126KV-550KV出力特性硬特性，反应快，自调整能力小软特性，反应慢，有一定自调整能力硬特性，反应快，自调整能力大对反力，阻力特性反应敏感，速度特性受影响大反应较敏感，速度特性在一定程度上受影响反应不敏感，速度特性基本不受影响环境适应性强，操作噪音小较差，操作噪音大强，操作噪音小人工维护量最小较小小相对优缺点无漏油、漏气可能；体积小，重量轻稍有泄露不影响环境；空气中水分难以滤除，易造成锈蚀制造过程稍有疏忽容易造成渗漏，尤其是外渗漏；存在漏油、漏液可能一．弹簧操动机构2弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。弹簧操动机构结构简单，可靠性高，分合闸操作采用两个螺旋压缩弹簧实现。储能电机给合闸弹簧储能，合闸时合闸弹簧的能量一部分用来合闸，另一部分用来给分闸弹簧储能。合闸弹簧一释放，储能电机立刻给其储能，储能时间不超过15s（储能电机采用交直流两用电机）。运行时分合闸弹簧均处于压缩状态，而分闸弹簧的释放有一独立的系统，与合闸弹簧没有关系。这样设计的弹簧操动机构具有高度的可靠性和稳定性，既可满足O-0.3sec-CO-180sec-CO操作循环，又可满足CO-15sec-CO操作循环，机械稳定性试验达10000次。1.1CT20弹簧操动机构动作原理CT20型弹簧操动机构（图1、图2、图3）利用电动机给合闸弹簧储能，断路器在合闸弹簧的作用下合闸，同时使分闸弹簧储能。储存在分闸弹簧的能量使断路器分闸。1.1.1分闸动作过程图1所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧已储能（同时分闸弹簧也已储能完毕）。此时储能的分闸弹簧使主拐臂受到偏向分闸位置的力，但在分闸触发器和分闸保持掣子的作用下将其锁住，开关保持在合闸位置。3分闸操作（图1、2）分闸信号使分闸线圈带电并使分闸撞杆撞击分闸触发器，分闸触发器以顺时针方向旋转并释放分闸保持掣子，分闸保持掣子也以顺时针方向旋转释放主拐臂上的轴销A，分闸弹簧力使主拐臂逆时针旋转，断路器分闸。1.1.2合闸操作过程图2所示状态为开关处于分闸位置，此时合闸弹簧为储能（分闸弹簧已释放）状态，凸轮通过凸轮轴与棘轮相连，棘轮受到已储能的合闸弹簧力的作用存在顺时针方向的力矩，但合闸触发器和合闸弹簧储能保持掣子的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。4合闸操作（图2、3）合闸信号使合闸线圈带电，并使合闸撞杆撞击合闸触发器。合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的轴销B。合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。并同时压缩分闸弹簧，使分闸弹簧储能。当主拐臂转到行程末端时，分闸触发器和合闸保持掣子将轴销A锁住，开关保持在合闸位置。1.1.3合闸弹簧储能过程图3所示状态为开关处于合闸位置，合闸弹簧释放（分闸弹簧已储能）。断路器合闸操作后，与棘轮相连的凸轮板使限位开关33HB闭合，5磁力开关88M带电，接通电动机回路，使储能电机启动，通过一对锥齿轮传动至与一对棘爪相连的偏心轮上，偏心轮的转动使这一对棘爪交替蹬踏棘轮，使棘轮逆时针转动，带动合闸弹簧储能，合闸弹簧储能到位后由合闸弹簧储能保持掣子将其锁定。同时凸轮板使限位开关33HB切断电动机回路。合闸弹簧储能过程结束。1.2机械防跳原理6图4机械防跳原理断路器防跳性能可以通过两个方面实现的：第一是操动机构本身实现机械防跳，第二是在操动机构的合闸回路中设置的“防跳”线路来实现。图4介绍了机械防跳装置的原理，其动作过程如下:1）.图a所示状态为开关处于分闸位置，此时合闸弹簧为储能（分闸弹簧已释放）状态，凸轮通过凸轮轴与棘轮相连，棘轮受到已储能的合闸弹簧力的作用存在顺时针方向的力矩，但合闸触发器和合闸弹簧储能保持掣子的作用下使其锁住，开关保持在分闸位置。2）.当合闸电磁铁被合闸信号励磁时，铁心杆带动合闸撞杆先压下防跳销钉后撞击合闸触发器。．合闸触发器以顺时针方向旋转，并释放合闸弹簧储能保持掣子，合闸弹簧储能保持掣子逆时针方向旋转，释放棘轮上的7轴销B。合闸弹簧力使棘轮带动凸轮轴以逆时针方向旋转，使主拐臂以顺时针旋转，断路器完成合闸。3）．滚轮推动脱扣器的回转面，使其进一步逆时针转动。从而，脱扣器使脱扣杆顺时针转动(见图4b)，从防跳销钉上滑脱，而防跳销钉使脱扣杆保持倾斜状态(见图4c).4）.断路器合闸结束，合闸信号消失电磁铁复位(见图4d).5).如果断路器此时得到了意外的分闸信号开始分闸，在分闸在这一过程中，只要合闸信号一直保持，脱扣杆由于防跳销钉的作用始终是倾斜的，从而铁心杆便不能撞击脱扣器，因此，断路器不能重复合闸操作(见图4e)实现防跳功能。当合闸信号解除时，合闸电磁铁失磁，铁心杆通过电磁铁内弹簧返回，则铁心杆和脱扣杆均处于图4a状态，为下次合闸操作作好了准备。1.3弹簧操作机构的组成弹簧操作机构主要由箱体、二次控制部分、机构芯架组成。1.3.1)箱体主要是将二次控制部分、机构芯架部分保护在相对封闭的空间,箱体防护等级为IP54。1.3.2)二次控制部分操动机构箱内，带有完善的二次控制和保护回路，如储能电机的过载，超时等保护信号，就地、远方操作选择，自带防跳回路及SF6气体密度监测系统。1.3.3)机构芯架8主要构成：凸轮轴装配—分闸机构装配—合闸机构装配—合闸弹簧装配—分闸弹簧装配—操作机构总装。1.3.3.1凸轮轴装配凸轮轴装配由棘轮装配、微动开关装配和离合器等构成，完成合闸弹簧储能的功能，通过微动开关实现对储能电机的控制。1.3.3.2分闸机构装配分闸机构装配由分闸电磁铁、拐臂、分闸掣子装配构成。完成合闸位置的保持和接受分闸命令进行分闸操作。1.3.3.3合闸机构装配合闸机构装配由合闸电磁铁、防跳装置、合闸储能保持掣子装配等构成。完成合闸弹簧储能后保持和接受合闸命令进行合闸操作。1.3.3.4合闸弹簧装配合闸弹簧装配包括合闸弹簧筒，拉杆，合闸弹簧等。1.3.3.5分闸弹簧装配分闸弹簧装配包括分闸弹簧，油缓冲器装配等1.4弹簧机构的技术参数1.4.1机构的参数见表2表21弹簧机构活塞杆行程0.00.30.100mm2拐臂滚子和机构凸轮之间间隙1.4±0.3断路器处于分闸状态合闸弹簧已储能。见图83合闸弹簧定位螺母与定位杆距离12.0～47.094合闸电磁铁行程C5.0～5.5断路器处于分闸状态。见图9触发器与脱扣器间隙D2.0～2.5C－D3.0～3.5触发器与防跳杆间隙E1.0～2.55分闸电磁铁行程F2.8～3.2断路器处于合闸状态。见图10触发器与脱扣器间隙G0.8～1.2F－G1.6～2.41.4.2控制回路与辅助回路参数控制回路与辅助回路参数见表3控制回路与辅助回路参数表3序号项目单位数据备注1分、合闸线圈控制电压VDC220DC1102分闸线圈电流A25.83合闸线圈电流A23.34电机电源电压VDC110/220AC220按订货合同5电机功率W3006电机转速r.p.m7507电机电流A5.52.7108加热器电压V220功率W1001.4.3SF6气体压力参数SF6气体压力参数随所配的产品，表4以LW25-126为例表4（20℃）序号项目单位数据1额定充气压力MPa0.500.40*2补气报警压力MPa0.45±0.030.35±0.033断路器闭锁压力MPa0.40±0.030.30±0.03注：带*0.40为低温使用开断电流31.5kA1.5配弹簧机构的断路器在运行中的故障处理见表5表511分类不正常现象估计主要原因调查事项及对策关合动作的异常1..不能电气合闸1.1电源不良检查控制电压U80%Ue1.2电气控制系统不良控制线断线,端子松,合闸线圈故障,辅助开关接点故障1.3SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力1.4弹簧未储能故障电机回路电源故障，检查回路电压U85%Ue电机过流或储能过时报警电机或机械系统故障1.5其它手动关合合闸电磁铁,合闸,检查电磁铁间隙2.不能电气分闸2.1电源不良检查控制电压U60%Ue2.2电气控制系统不良控制线断线,端子松,分闸线圈故障,辅助开关接点故障2.3SF6气体压力不足,压力开关动作闭锁补气到额定压力2.4其它手动关合分闸电磁铁,分闸,检查电磁铁间隙气压控制系统异常3.SF6气体压力下降,63GA发出补气报警漏气补气至额定压力,参考充气作业要领,查找漏气点,消除漏点1.6）现场使用中几个问题1.6.1）弹簧操作机构润滑脂的使用12弹簧操作机构的传动零件较多，而其本身又对传动摩擦等反力特别敏感，所以出厂时对诸如轴销，轴承，齿轮，弹簧筒等转动和直动产生相互摩擦的地方涂敷低温2#润滑脂。在运行了六年后，一些润滑脂需重新涂敷。注意棘轮齿面部和大小棘爪与棘轮接触处一定不要涂抹低温2#润滑脂，以防影响机构动作的准确性。具体涂敷见图7。图71.6.2)机构行程的检查和凸轮间隙的确认手动慢分，慢合机构可以测量机构行程和本体行程见图8，测量值应13符合表2的技术要求。行程不够时，首先测量凸轮间隙，凸轮间隙越大，行程越小。图81.6.3）电磁铁间隙的检查和调整具体检查方法如下：1.6.3.1测量合闸电磁铁配合间隙时，产品应处于分闸位置，操动机构应插入合闸防动销进行测量。应符合表2的技术参数，见图91.6.3.2测量分闸电磁铁配合间隙时，产品应处于合闸位置，操动机构应插入分闸防动销进行测量。应符合表2的技术参数，见图10铁芯(9-6)支架防跳跃肖(9-10)合闸掣子(9-8)掣子(9-9)合闸线圈铁芯(9-1)合闸线圈(9-7)螺母(9-4)螺母(9-2)螺钉(9-3)S2=4.5～5.5G4=1.0～2.0G2=2.0～3.514图9合闸电磁铁的装配及调整图10分闸电磁铁的装配及调整1.6.3.3调整电磁铁配合间隙在厂内已调整好，到达现场后不需要再进行调整。若出现异常，其调整方法如下：合闸电磁铁行程尺寸的调整：松开螺母9－3，对称拧动螺钉9－4，调整限位尺寸。尺寸G的调整；松开螺母9－2，拧动铁心杆，移动铁心撞头位置。分闸电磁铁行程尺寸的调整：松开螺母10－4，对称拧动螺钉10－3，调整限位尺寸。尺寸D、E的调整：松开螺母10－2，拧动铁心杆，移动铁心撞头位置。注意：由于电磁铁的各配合间隙是相互联系的，所以每调一个尺寸，对其它尺寸应进行复查，直到全部合格为止，最终锁紧螺母。铁芯支架分闸线圈铁芯分闸线圈螺母螺母螺钉G1=0.8～1.2S2=2.8～3.2151.6.4）微动开关和凸轮间隙的复查微动开关和凸轮间隙，决定了储能电机的是否正确动作，用塞尺测量应符合图11的要求，即电机在未储能的状态下测量，7mm微动开关不切换，8mm微动开关切换。图111.6.5合闸弹簧手动储能的方法当电机回路失去电源时，合闸弹簧可手动储能其方法见图12将套杆12－1和套板手12－3插入棘爪轴的六角头内，顺时针方向旋转套筒板手12－3就可将合闸弹簧储能161.4.4分、合闸电磁铁配合间隙的检查分、合闸电磁铁的配合间隙，现场一般不须进行调整，但为了避免有误，现场应进行复查和确认，复查间隙的参数要求见表2，具体位置见图9，图图12手动操作装置安装12－1套杆；12－2棘爪轴；12－3套板手；12－4套筒板手；12－5套管；12－6盖板；12－7机构箱；1