高压开关操动机构的应用与发展

高压开关操动机构的应用与发展2013年10月主要内容主要内容第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍第二部分：几种典型操动机构的原理简介第三部分：操动机构的发展状况第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍1.定义：操动机构是独立于高压开关（包括断路器、隔离/接地开关、负荷开关、旁路开关、直流转换开关等）本体以外的对高压开关进行操作的机械操动装置。其主要任务是将其他形式的能量转换成机械能（力和行程或力矩和转角），使高压开关准确地进行分、合闸操作。2.操动机构的基本构成：操作能源系统、分闸与合闸控制系统、传动系统及辅助装置四个部分。3.遵循的标准：操动机构没有专门的标准，其功能要求包含在相应的本体标准中。GB1984（IEC62271-100）高压交流断路器；GB1985（IEC62271-102）高压交流隔离开关和接地开关；GB/T14824高压交流发电机断路器等。一、操动系统概述一）操动机构的基本概念和功能要求（一）操动系统操动系统包括操动机构、传动机构、提升机构，缓冲装置和二次控制回路等几个部分。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍4.断路器对操动机构的基本要求：1）合闸操作：有足够的合闸力，不仅在正常情况下能可靠关合断路器，而且在关合有短路故障的线路时，操动机构也能克服短路电动力的阻碍使断路器可靠合闸。2）保持合闸：可靠地将断路器保持在合闸位置，不会由于电动力、机械振动及某些偶然故障（如液压机构突然失压）等原因引起触头分离。（防慢分装置）3）分闸操作：不仅能根据需要接受自动或遥控指令使断路器快速电动分闸，而且在紧急情况下可在操动机构上进行手动分闸。满足断路器分闸速度特性要求，在分闸时动触头的分闸速度和分闸时间要符合规定值，分闸终了时应满足触头开距要求，并要减小冲击振动等。4）防跳跃和自由脱扣：防跳跃是指当断路器关合有预伏短路故障电路时，不论操动机构有无自由脱扣，断路器都应自动分闸，防止出现“跳跃”现象。自由脱扣是指操动机构在合闸过程中接到分闸命令时，机构将不再执行合闸命令而立即分闸。防跳跃包括电气和机械两种方法，电气方法是设置防跳跃控制回路，机械方法是加装自由脱扣装置。“跳跃”现象：是指断路器在关合有预伏短路故障的线路时，继电保护装置会快速动作，指令操动机构立即自动分闸，这时若合闸命令尚未解除，断路器会再次合闸于故障线路，如此反复会造成断路器多次合分短路电流，使触头严重烧损，甚至引起断路器爆炸事故。5）复位：分闸后能自动恢复到准备合闸的位置。6）闭锁：具有闭锁功能，例如：分、合闸位置闭锁；高、低气压（液压）闭锁；弹簧操动机构中合闸弹簧的位置闭锁。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍5.操动机构的辅助功能：1）手动储能2）手动分合3）缓冲装置4）手动、电气操作连锁装置5）提供辅助分合接点6）储能和分、合闸位置指示7）动作计数装置8）加热和驱潮装置9）防护外壳和电缆连接器10）铭牌（主参数、指示和警示）11）户外机构箱照明第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍二）操动机构的的分类1.按传动介质分类：可分为电动机构、手动机构、气动机构、液压机构、弹簧机构、电磁机构、永磁机构、电动机机构、爆炸机构等多种类型。2.按用途分类：可分为断路器（CB)、旁路开关、直流转换开关用操动机构和隔离开关（DS）、接地开关（ES、FES）、负荷开关等高压开关电器类用操动机构两大类。三）几种常用操动机构的定义、特点及适用范围类型定义、特点适用范围手动操动机构直接用人力关合断路器的机构。结构简单，价格低廉，不需要合闸能源。不能遥控和自动合闸，合闸能力小，就地操作，不安全。用于12kV及以下短路容量很小的地方。电磁操动机构靠直流螺管电磁铁产生的电磁力进行合闸，以储能弹簧分闸的机构。结构简单、加工容易，运行经验多。需要大功率的直流电源2耗费材料多。用于110kV及以下的断路器。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍类型定义、特点适用范围弹簧操动机构以储能弹簧为动力对断路器进行分、合闸操作的机构。结构简单、制造工艺要求适中、体积小、操作噪音小、对环境无污染、耐气候条件好、免运行维护、可靠性高。出力特性和断路器负载特性匹配较差，合理设计非常重要。对反力敏感。输出功较小，制造大输出功弹簧机构会强化冲击和振动且成本升高很快。10～35kV断路器，126～252kV自能式灭弧室高压六氟化硫断路器。国外有用于550kV自能式灭弧室高压六氟化硫断路器的产品，国内已开始研发。气动操动机构以压缩空气推动活塞进行分、合闸操作的机构，或者仅以压缩空气进行单一的分、合操作，而以储能弹簧进行对应的合、分操作的机构。一般为气动分闸，弹簧合闸。用压缩空气作为贮能和传动介质，介质惯性小。动作快、反应灵敏、输出功大、环温对机械特性的影响较小、结构稍复杂、制造工艺要求适中，表面处理工艺要求高。出力特性和断路器负载特性匹配较好，对反力不敏感。操作噪音大、对气源质量要求非常高。126～550KV压气式灭弧室高压六氟化硫断路器。液压操动机构以气体或弹簧储能，以高压油推动活塞进行分、合闸操作的机构。此类机构可获得高压力，动作快、反应灵敏、输出功大、免运行维护、操作噪音小、可靠性高。出力特性和断路器负载特性匹配较好，对反力不敏感。环温对机械特性的影响稍大、结构复杂、制造工艺及材料的要求很高。126～1100KV压气式灭弧室高压六氟化硫断路器。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍四）操动机构操作功与制造成本的关系第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍五）操动机构的型号依据JB/T8754-2007《高压开关设备和控制设备型号编制办法》并结合企业（以西开电气为例）当前自行命名原则规定如下：操动机构全型号:(1)(2)(3)(4)-(5)(6)(7)第(1)位——操动机构，用大写字母C表示。第(2)位——操动机构类别（或操动方式），用拼音首字母大写表示。S-手动；D-电磁；J-电动机；T-弹簧；Q-气动；Y-液压；Z-重锤；S-手动。第(3)位——企业自定，行业归口定位颁发，用大写字母表示。第(4)位——设计序号，用阿拉伯数字表示。第(5)位——细分号，用阿拉伯数字表示，其中“1”定义为基准机构。第(6)位——派生标志。第(7)位——操动机构带箱子的标志，用加括弧的大写字母X表示。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍（二）传动系统1.定义：传动系统是操动机构的做功元件与动触头之间相互联系的纽带，通过传递能量和改变运动方向使高压断路器完成分、合闸的操作。2.传动系统的组成：主要由传动元件、提升机构和传动机构三部分组成。1）提升机构是带动断路器动触头按一定轨迹运动的机构，它将传动机构的运动变为动触头的直线或近似直线运动，使断路器分、合闸，所以也叫变直机构。2）传动机构是连接操动机构与提升机构的中间环节，起改变运动方向，增加行程并向断路器传递能量的作用。3）传动元件由连杆机构或液压、气动操动机构等构成，通过传动机构与断路器的提升杆相连。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍3.传动系统的分类1）机械传动方式——用于操作CB（弹簧储能）、DS、ES、FES；2）压缩空气传动方式——用于操作DS、FES；3）液压传动方式——用于操作DS、FES；；4）气压机械混合传动方式——用于操作CB（氮气储能）；5）液压机械混合传动方式——用于操作CB（弹簧储能）。4.连杆机构的常用类型：1）四连杆机构；2）摇杆滑块机构；3）准确椭圆机构；4）近似椭圆机构；5）五连杆机构；6）连杆式脱扣机构。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍（三）缓冲装置1.缓冲装置的作用：吸收冲击力，减少撞击，避免零部件变形和损坏，改变速度特性。2.缓冲装置的类型：1）油缓冲器；2）弹簧缓冲器；3）气体缓冲器；4）橡皮缓冲器。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍二、对操动机构的相关要求一）使用环境要求1.正常使用条件1）户内开关设备和控制设备•海拔不超过1000m；•环境温度按最低周围空气温度分为“－5℃户内”、“－15℃户内”、“－25℃户内”三级；•周围空气温度不超过40℃，日均不超过35℃；•水蒸气压力平均值不超过2.2kPa；•相对湿度平均值不超过95%，月均平均值不超过90%；•电磁干扰幅值不超过1.6kV。2）户外开关设备和控制设备•能够耐受风、雨、雪、沉积的尘埃、凝露、冰和白霜等的作用；•海拔不超过1000m；•环境温度按最低周围空气温度分为“－10℃户外”、“－25℃户外”、“－40℃户外”三级；•周围空气温度不超过40℃，日均不超过35℃；•污秽等级不超过Ⅰ级；•耐受太阳辐射1000W/m^2；•具有防止凝露、降水和污秽的功能；•电磁干扰幅值不超过1.6kV。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍2.特殊使用条件1）高海拔——大于2000m；2）严寒气候——－50℃～+40℃或更寒冷的户外场合；3）酷热气候——－5℃～+50℃或更高温的户外场合；4）高湿气候——湿热气候环境下的户内和在24h内测得相对湿度平均值达到98%；5）振动——在可能发生地震的地区，用抗震等级来规定。二）替代的操动机构1.替代的操动机构的试验要求如果断路器设计成可配替代的操动机构使用时，对每一种操动机构均应进行各自的一系列短路试验方式，除非能证明更换机构并不影响公共部分的特性，特别是有关断路器的分闸和合闸特性。如能证明这一点符合要求后，则仅要求用其中一种操动机构做一套完整系列的短路试验方式。对其它所有替代的机构则只需随断路器重复进行出线端故障T100s，峰值耐受电流试验，机械寿命试验及寿命后温升试验、防雨试验、噪音试验、控制回路的绝缘试验、操动及控制回路的温升等试验。2.替代的操动机构等价性的证据应采用下述验证试验1）对每一台断路器（带原来的操动机构和带替代的操动机构）都应进行空载的合—分操作循环。每一试验均应记录触头行程的轨迹。试验中，配原来的操动机构的触头行程轨迹应作为参考。配替代的操动机构在分闸和合闸过程中获得的曲线从触头分离瞬间或触头接触瞬间分别到触头行程终止时应根据需要在参考的机械行程特性规定的（±5%）、（-10%，0%）、（+10%，0%）选取的两条包络线内。2）每一台断路器(带原来的操动机构和替代的操动机构)都应在最长燃弧时间，任何方便的试验电压条件下按照试验方式T100s进行一次开断操作。第一部分：第一部分：高压开关操动机构的基本知识和应用介绍高压开关操动机构的基本知识和应用介绍三）断路器用操动机构的通用要求1.准确、可靠地执行操作命令——分合闸过程平稳，缓冲性能稳定，速度及其特性满足设计的需要。在完成操作后自动切换，为下一个操作作好准备。发出相应的信号(指示、报警、控制、连锁等)；2.关合、开断性能——关合和开断短路电流能力：关合时间、开断时间；3.合—分时间——40～50ms；4.各极间的同期性要求——合闸≤5ms,分闸≤3ms；5.运行中的操作循环——O-t-CO-t´-CO和CO-t´´-CO；6.机械寿命——M1级（2000次）和M2级（10000次）；7.无线电干扰电压——在1.1Ur/√3时≤500μV；8.噪声水平——户外≤100dB,户内≤90dB；9.电磁兼容性（EMC）要求——幅值不超过1.6kV；10.液压机构液压介质的要求——种类、用量、品质、说明；11