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浅谈断路器弹簧操作机构

2015-4-25 22:06:41      点击:
弹簧操作机构 动作原理 维护 故障分析 处理方法
  断路器由本体和操作机构组成,操作机构是用来使断路器合闸、并使断路器保持在合闸状态且能迅速使断路器分闸的装置,它对断路器的输出特性有着至关重要的影响。它由储能单元、合闸单元及分闸单元等构成。
  1 弹簧机构的特点与结构
  按合闸所用能源的不同,操作机构可划分为电磁机构、弹簧机构、液压机构和气动机构。目前35kV及以下断路器主要使用的是弹簧机构。弹簧操动机构是利用储能的弹簧为动力使开关实现合闸动作。它可采用人力或小功率交、直流电机来驱动,因而合闸功基本不受外界因素〔如电源电压、气源气压、液压源液压〕的影响,既能够获得较高的合闸速度,又能够实现快速自动重复合闸操作;另外,与电磁操动机构相比,弹簧操动机构成本低,价格便宜,是真空断路器中最常用的一种操动机构,其生产厂家也比较多[1]。
  2 弹簧机构的组成
  弹簧机构尽管种类较多,但一般有由储能单元,合闸单元,分闸单元,本体组成,下面以VBI弹簧机构为例[2],说明如下,见图1:
  2.1 储能单元
  储能机构单元位于左侧板和中间隔板之间,为一级齿轮减速机构。储能既可由储能电动机自动进行,也可用往复摇动储能的手柄进行手动储能,储能状态指示器显示当前的储能情况。作为自动重合闸顺序的先决条件,操作机构在一次合闸操作后,由储能电动机进行再储能。
  2.2 合闸单元
  合闸单元也位于左侧板和中间隔板之间,主要包括合闸电磁铁、合闸半轴、合闸挚子轴、凸轮等,见图3。合闸动作原理:当按下手动合闸弯板8或起动合闸电磁铁9,合闸半轴1逆时针转动,合闸挚子6解锁,脱扣机构释放预先已储能的弹簧能量,通过凸轮4撞击主轴拐臂滚轮,直接驱动主轴转动,并通过大连板带动绝缘拉杆,真空灭弧室内的动触头由绝缘拉杆带动向上运动,直到触头接触为止,同时触头弹簧被压紧,以保证主触头有适当的接触压力,在合闸过程中分弹簧也同时被拉伸储能[3]。
  2.3 分闸单元
  它是使断路器能快速脱扣分闸的机构。对于机械式操作机构它是指分闸脱扣装置及相应的连杆系统,见图4。当按下手动分闸弯板8或起动分闸电磁铁7时,分闸扣板4和分闸挚子9解锁,分闸过程便开始。脱扣机构在触头压力和分闸弹簧的作用下开始动作,真空灭弧室内的动触头在绝缘拉杆的带动下向下运动,主轴拐臂上的滚轮与油缓冲器1相接触,最终到达分闸位置[4]。
  2.4 本体
  本体主要指机构的支撑、传动系统。
  2.5 弹簧机构设计
  一般弹簧操动机构有上百个零件,且传动机构较为复杂,故障率较高,运动部件多,制造工艺要求较高。另外,弹簧操动机构的结构复杂,滑动摩擦面多,而且多在关键部位,在长期运行过程中,这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。笔者通过大量工作实践,现提出该类机构关键控制点如下[5]:
  (1)合、分闸半轴转动灵活:机构要使储能保持和合闸锁扣可靠,必须确保机构合、分闸半轴长期转动灵活。由于合、分闸半轴的复位扭簧力值一般不是很大,而半轴加工光洁度问题、润滑问题对半轴灵活度影响较大。因此设计时应考虑合、分闸半轴支撑增加滚针轴承,同时选择耐低温长效润滑脂,确保长期润滑有效。(2)合、分闸半轴扣进量:储能到位时合闸挚子压在合闸半轴上,距离合闸半轴缺口2mm的锁扣量称为合闸半轴扣进量。同样,合闸状态分闸扣板压在分闸半轴上,距离分闸半轴缺口2mm的锁扣量称为分闸半轴扣进量。两种扣进量主要与半轴缺口、通过弹性圆柱销连接到半轴的手动和电动分、合闸推板周向角度有关。而该工艺不可避免存在一定误差导致扣进量不合适。半轴扣进量太大不能合、分闸或低电压合、分闸存在问题,太小可能导致储能保持不住或合闸保持不住。因此必须设计专用工装,把合、分闸半轴缺口与推板周向角度偏差控制在合理范围,且必须有专门检具检验。(3)合闸和分闸弹簧:合闸和分闸弹簧力值大或小将会对合闸可靠性、合闸速度、分闸速度产生重大影响,因此对每批次合闸和分闸弹簧均须严格按检验规范检验。同时合闸弹簧装好两头弹簧挂板必须采用专用检具检查弹簧自由状态两挂板孔间距。
  关键零件热处理硬度:半轴、合闸挚子、分闸扣板、分闸挚子需局部高频淬火,防止磨损致锁扣保持不住,而受冲击较大凸轮、凸轮撞击的拐臂处滚轮、连接销一般需考虑渗碳淬火,以增加零件耐磨性、抗疲劳能力。
  3 弹簧机构常见故障的分析处理[6][7]
  尽管从设计、生产检验加强控制和检查,但弹簧机构零件众多,实际生产由于零部件差异或人员大意等主观因素,还是会出现一些故障,现根据生产过程经常出现故障提出分析及解决措施见(表1)。
  4 结语
  弹簧操作机构类型多样且更新换代速度很快,但其基本组成单元、动作原理大致相同,以上分析说明可以提供一种解决问题的参考思路。