[科普中国]-断路器操作机构

高压断路器都是带触头的电器,通过触头的分、合达到开断与关合电路的目的,因此必须依靠一定的机械操作系统才能完成。在断路器本体以外的机械操作装置称为操作机构,而操作机构与断路器动触头之间连接的传动部分称为传动机构和提升机构。1

分类与运作原理根据能量形式的不同,操动机构可分为手动操作机构(CS)、电磁操作机构(CD)、弹簧操作机构(CT)、电动机操作机构（CJ）。操动机构的合闸能源从根本上讲是来自人力或电力。这两种能源还可以转变为其他能量形式,如电磁能、弹簧位能、重力位能、气体或液体的压缩能等。

大部分断路器的分闸操动可以依靠安装在断路器上的分断弹簧来提供能量,但有些气动操作机构与液压操作机构也可利用操作机构本身提供的能量来完成断路器的分闸操作。操作机构一般为独立产品,一种型号的操作机构可以与几种不同型号的断路器相配装;同样,一种型号的断路器也可以与几种不同型号的操作机构相配装。也有操作机构与断路器组成一体的,如压缩空气断路器。还有部分断路器只装配其专用的操作机构。

提升机构是带动断路器动触头运动的机构。它能使动触头按照一定的轨迹运动,通常为直线运动或近似直线运动。传动机构是连接操作机构和提升机构的中间环节。由于操作机构与提升机构之间常常相隔一定距离,而且它们的运动方向往往也不一致,因此需要增设传动机构;但有些情况下也可不要传动机构，提升机构与传动机构通常由连杆机构组成。

断路器操作时的速度很高。为了减少撞击,避免零部件的损坏,需要装置分、合间缓冲器。缓冲器大多装在提升机构的近旁。操作机构按照分、合闸信号进行操作。根据运行与维护要求,操作机构除了应有分、合闸的电信号指示外,在操作机构及断路器上还应具有反映分、合闸位置的机械指示器。1

对操作机构的基本要求操作机构的工作性能和质量的优劣,直接影响到断路器的工作性能和可靠性。高压断路器对操作机构的基本要求有：

1.动作可靠、稳定,制动迅速断路器操作机构在接到动作命令后,动作必须准确可靠,动作时间和分合闸速度满足断路器标称的技术指标。

2.足够的操作能量,满足断路器开断、关合在电网正常运行时,断路器接通和断开电路比较容易。但在关合有预伏短路故障的电路时,由于电动力过大,断路器有可能合不到位,从而引起触头严重烧伤,因此要求操作机构必须有足够大的操作功来克服此电动力,以使断路器迅速、可靠完成合闸任务。

3.保持合阐由于合闸过程中,合闸命令的持续时间很短,而且操作机构的操作力也只在短时内提供,因此操作机构中必须有保持合闸的部分,以保证在合闸命令和操作力消失后,断路器仍保持在合闸位置。

4.防“跳跃”功能当断路器关合有故障电路时,断路器将自动分闸。若此时合闸命令还未解除,断路器分闸后将再次合闸,接着又会分闸。这样,断路器可能多次关合和开断短路故障,这一现象称为“跳跃”。出现“跳跃”现象时,会使断路器触头严重烧伤,因此断路器必须具备防“跳跃”功能,一般有机械和电气两种方法。

5.联锁功能为保证操作机构的动作可靠,要求操作机构具有一定的联锁装置。常用的联锁装置有:

(1)分合闸位置联锁。保证断路器在合闸位置时,操作机构不能进行合闸操作;断路器在分闸位置时,操作机构不进行分闸操作；

(2)低气(液)压与高气(液)压联锁。当气体或液体压力低于或高于额定值时,操作机构不能进行分、合闸操作；

(3)弹簧操作机构中的位置联锁。弹簧储能不到规定要求时,操动机构不能进行分、闸操作；

(4)断路器和隔离开关之间的联锁。利用断路器的辅助触点和隔离开关的操动机构之间设立电磁联锁,保证断路器只有在分闸位置时才能操作隔离开关。

6.缓冲功能断路器的分合闸速度很快,在分、合闸操作时,要使高速运动的触头平稳停止下来,减少在制动时的巨大冲击力的破坏作用,需要在操作机构上装设缓冲装置。

7.自由脱扣自由脱扣指断路器合闸过程中,如操作机构又接到分闸命令,则操作机构不应继续执行合阐命令而应立即分闸。手动操作机构必须具有自由脱扣装置,才能保证及时开断短路故障,以保障操作人员的安全。某些操作小容量断路器的电磁操作机构,在失去合闸电源而又迫切需要恢复供电时,操作人员往往不得不违反正常操作规定,利用检修调整用的杠杆应急地用手力直接合间,对于这类操作机构也应装有自由脱扣装置。

断路器需要提供自由脱扣操作功能,是因为断路器关合预伏短路故障时,操作机构要提供能量使得断路器能开断这个短路故障。因此操动机构的合、分应是相互独立、互不干涉的。

8.分闸断路器分闸时,锁扣机构的脱扣力要小,动作要快而准确,不能有拒分现象。此外断路器在分过程中,动触头速度随开距变化要满足一定的规律。

9.复位断路器分闸后,操作机构中各个部件应能自动地回复到准备合闸的位置。因此操作机构中还需装设一些复位用的零部件,如连杆或返回弹簧等。

此外,操作机构还要有足够的使用寿命,满足环境要求,具备防火、防小动物、驱潮等功能。1

断路器操作机构的选用正确、合理地选用断路器操作机构通常应从以下几方面进行考虑：

1、操作能源性质根据变电站的操作能源性质,断路器的操作机构可选用下列形式之

（1）电磁操作机构。

（2）弹簧操纵机构

（3）液压操纵机构。

（4）气动操纵机构。对于新建和扩建的工矿企业变电站,均不应再采用手动操纵机构。

2、操纵方式操作机构的操纵方式应满足实际的运行工况要求

3、动作电压操作机构脱扣线圈的端子动作电压应满足以下条件:

(1)低于额定电压的30%时,应不动作；

(2)高于额定电压的65%时,应可靠地动作。

4、合闸电源对于采用电磁机构操纵方式的,对合闸电源有以下要求：

（1）在任何运行工况下,合闸过程中的电源均应保持稳定。

（2）运行中电源电压如有变化,其合闸线圈通电时,端子电压不应低于额定电压的80%(在额定短路关合电流大于或等于50kA时,不低于额定电压的85%),最高不得高于额定电压的110%。

（3）当直流系统运行接线方式改变(如直流电源检修采取临时措施及环形母线开环运行等)时;也应满足以上电压变化的要求。

5、气源压力采用气动机构时,对合闸压缩空气气源的压力要求基本保持稳定,一般变化幅值不大于±kPa。

6、具有“先压慢分”装置液压操纵机构及采用差压原理的气动机构应具有防“先压慢分”装置,所谓“先压慢分”是指液压操作机构因某种原因压力降到零,然后重新起动油泵打压时,会造成断路器缓慢分闸。

7、工作压力采用液压或气动机构时,其工作压力大于1MPa时,就有压力安全释放装置。

8、防尘、防潮和通风及其他断路器操纵机构应具有防尘、防潮、防小动物进入及通风措施,液压与气动机构应有加热装置和恒温控制措施。2

本词条内容贡献者为:

杨明 - 副教授 - 西南大学