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CN107120327B - 断路器及其液压联动式操动机构 - Google Patents

断路器及其液压联动式操动机构 Download PDF

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CN107120327B CN201710174090.XA CN201710174090A CN107120327B CN 107120327 B CN107120327 B CN 107120327B CN 201710174090 A CN201710174090 A CN 201710174090A CN 107120327 B CN107120327 B CN 107120327B
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Abstract

本发明涉及开关设备领域，特别涉及断路器及其液压联动式操动机构。液压联动式操动机构包括液控单元和用于与断路器的各相一一对应的操动单元，操动单元包括动力主阀，动力主阀具有主阀信号油口，液控单元具有用于与主阀信号油口连通以向主阀信号油口通入高压信号油和使主阀信号油口与低压油箱连通的液控信号油口，液控单元为总液控单元，各动力主阀的主阀信号油口同时与总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制。液压联动式操动机构的断路器各相对应的动力主阀均由总液控单元控制，简化了操动机构的结构，通过液压控制实现操动机构的联动，提高了操动机构的可靠性，解决了目前的电气联动式操动机构可靠性低、成本高的问题。

Description

断路器及其液压联动式操动机构
技术领域
本发明涉及开关设备领域，特别涉及断路器及其液压联动式操动机构。
背景技术
三相电力系统在运行中，一般不允许缺相运行，要求断路器进行分、合闸操作时三相要同步动作。对中、低压系统，由于断路器结构尺寸小，多采用一台操动机构通过机械联动的方式实现断路器三相同步动作，对高压、超高压电力系统，由于相间距离比较大，断路器的结构尺寸、操作力及冲击振动都较大，在结构上不易实现机械联动。
目前，在超高压、特高压电力系统中，断路器的三相联动操作一般采用电气联动的方式，电气联动适用于相间距较大、操作力较大的断路器，通过一个电气控制柜控制三个液压操动机构带动三相断路器进行分、合闸动作。
公告号为CN203733655U、公告日为2014.07.23的中国专利公开的一种分合闸用液压操动机构，分合闸用液压操动机构包括由工作缸、与工作缸连通的三级阀等液压元件组成的操动单元，还包括由控制面板模块上的电气控制元件构成的电气控制单元，由一级阀、分合闸二级阀构成的液控单元，电气控制单元和液控单元构成液压操动机构的控制单元。其中，一级阀为用于将电控信号转化为液控信号的电信号转换阀，分、合闸二级阀为用于放大液控信号的放大阀，分闸二级阀、合闸二级阀具有连通的液控信号油口，三级阀为用于控制工作缸动作的动力主阀，三级阀具有与工作缸的无杆腔连通的工作油口、与液控信号油口连通的主阀信号油口、与低压油腔连通的高压油出口、与高压回路连通的高压油进口。断路器合闸时，液控信号油口输出高压信号油进入动力主阀，动力主阀的工作油口与高压油进口连通，高压油进入工作缸无杆腔内推动活塞杆运动，从而带动断路器的开断组件合闸；断路器分闸时，分闸二级阀内的高压信号油经过液控信号油口回流，动力主阀的工作油口与高压油出口连通，工作缸无杆腔内油压降低，活塞杆向无杆腔移动，带动断路器的开断组件分闸。该液压操动机构工作时通过电气控制单元控制操动单元的动作，对于具有三相的断路器而言，通常需要电气联动控制三个液压操动机构带动断路器的三相进行分合闸操作，每个液压操动机构均包括控制单元和操动单元，电气联动式液压操动机构包括三套控制单元和操动单元，结构复杂，使用元器件多，控制回路复杂，降低了断路器运行的可靠性，三个液压操动机构的分散性也会增大断路器三相分、合闸时间的同期性误差，另外，采用三台液压操动机构使产品成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种液压联动式操动机构，以解决目前的电气联动式操动机构可靠性低、成本高的问题。另外，本发明的目的还在于提供一种使用上述液压联动式操动机构的断路器。
为实现上述目的，本发明的液压联动式操动机构的技术方案为：液压联动式操动机构包括液控单元和用于与断路器的各相一一对应的操动单元，所述的操动单元包括动力主阀，所述动力主阀具有主阀信号油口，所述液控单元具有用于与主阀信号油口连通以向主阀信号油口通入高压信号油和使主阀信号油口与低压油箱连通的液控信号油口，所述的液控单元为总液控单元，各动力主阀的主阀信号油口同时与所述总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制。
所述的液压联动式操动机构包括低压油箱和与低压油箱连通的辅助油箱，所述的低压油箱与各动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的数量与动力主阀的数量相同且辅助油箱与动力主阀一一对应，所述的辅助油箱与对应的动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的位置高于低压油箱的位置。
所述的动力主阀包括上阀腔和下阀腔，所述的上阀腔包括上信号腔、高压腔及设置在上信号腔与高压腔之间的上工作腔，所述的上工作腔用于与工作缸的无杆腔连通，上信号腔与上工作腔之间设有上信号活塞，上工作腔与高压腔之间设有与信号活塞联动的上阀芯，所述的下阀腔包括下信号腔、用于与低压油箱连通的低压腔、设置在下信号腔与低压腔之间的下工作腔，所述的下信号腔与上信号腔连通，所述的下工作腔与上工作腔连通，所述的下信号腔与下工作腔之间设有下信号活塞，所述的下工作腔与低压腔之间设有与下信号活塞联动的下阀芯。
所述的液控单元包括分配阀，所述的分配阀为液控两位三通阀，所述的液控两位三通阀具有分配阀工作油口、分配阀信号油口、用于通入高压油的分配阀进油口、用于与低压油箱连通的分配阀回油口，所述的分配阀工作油口与各主阀信号油口连通以构成所述的液控信号油口。
所述的分配阀进油口连接有辅助储压器。
本发明的断路器的技术方案为：断路器包括开断组件及驱动开断组件分合闸的液压操动机构，液压操动机构，包括液控单元和用于与断路器的各相一一对应的操动单元，所述的操动单元包括动力主阀，所述动力主阀具有主阀信号油口，所述液控单元具有用于与主阀信号油口连通以向主阀信号油口通入高压信号油和使主阀信号油口与低压油箱连通的液控信号油口，所述的液控单元为总液控单元，各动力主阀的主阀信号油口同时与所述总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制。
所述的液压操动机构包括低压油箱和与低压油箱连通的辅助油箱，所述的低压油箱与各动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的数量与动力主阀的数量相同且辅助油箱与动力主阀一一对应，所述的辅助油箱与对应的动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的位置高于低压油箱的位置。
所述的动力主阀包括上阀腔和下阀腔，所述的上阀腔包括上信号腔、高压腔及设置在上信号腔与高压腔之间的上工作腔，所述的上工作腔用于与工作缸的无杆腔连通，上信号腔与上工作腔之间设有上信号活塞，上工作腔与高压腔之间设有与信号活塞联动的上阀芯，所述的下阀腔包括下信号腔、用于与低压油箱连通的低压腔、设置在下信号腔与低压腔之间的下工作腔，所述的下信号腔与上信号腔连通，所述的下工作腔与上工作腔连通，所述的下信号腔与下工作腔之间设有下信号活塞，所述的下工作腔与低压腔之间设有与下信号活塞联动的下阀芯。
所述的液控单元包括分配阀，所述的分配阀为液控两位三通阀，所述的液控两位三通阀具有分配阀工作油口、分配阀信号油口、用于通入高压油的分配阀进油口、用于与低压油箱连通的分配阀回油口，所述的分配阀工作油口与各主阀信号油口连通以构成所述的液控信号油口。
所述的分配阀进油口连接有辅助储压器。
本发明的有益效果为：操动单元的各动力主阀的主阀信号油口同时与总液控单元的液控信号油口连接，与目前的通过电气联动控制的操动机构的电气联动式操动机构相比，本发明的液压联动式操动机构的断路器各相对应的动力主阀均由总液控单元同时控制，简化了操动机构的结构，降低了操动机构的成本，同时通过液压控制实现操动机构的联动，也提高了操动机构的可靠性。
进一步的，所述的液压联动式操动机构包括低压油箱和与低压油箱连通的辅助油箱，所述的低压油箱与各动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的数量与动力主阀的数量相同且辅助油箱与动力主阀一一对应，所述的辅助油箱与对应的动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的位置高于低压油箱的位置，在驱动工作缸进行分闸时，动力主阀的高压油出口需要向外快速排油，辅助油箱可以加快工作缸排油的过程，从而减小断路器固有的分闸时间。由于辅助油箱高于低压油箱，所以辅助油箱内的低压油最终返回到低压油箱，不影响下次分合闸操作的正常使用。
附图说明
图1为本发明的液压联动式操动机构的具体实施例的原理示意图；
图2为本发明的液压联动式操动机构的具体实施例的结构示意图；
图3为图2中D部分的放大视图；
图4为现有技术中的液压操动机构的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的液压联动式操动机构的具体实施例，如图1至图3所示，液压联动式操动机构包括控制单元和与断路器三相对应的三个操动单元A、B、C，液压联动式操动机构还包括油箱模块11，控制单元包括电气控制单元和总液控单元1，总液控单元1包括与油箱模块11连接的分合闸控制模块12，油箱模块11包括低压油箱111、辅助油箱112、主储压器113、第一辅助储压器114、第二辅助储压器115，分合闸控制阀模块12包括组合控制阀121、与组合控制阀121连接的分配阀122，分配阀122为液控两位三通阀，分配阀122具有分配阀工作油口1221、分配阀信号油口1222、用于通入高压油的分配阀进油口1223、用于与低压油箱连通的分配阀回油口1224。
三个操动单元的结构相同，操动单元A包括传动机构23和与传动机构连接用于带动断路器的断口组件动作的工作缸21及与工作缸21联动的动力主阀22。动力主阀22具有通过信号油路1-A与分配阀工作油口1221连通的主阀信号油口221及与主储压器113连接的高压油进口222、与低压油箱111和辅助油箱112连通的高压油出口223、与工作缸连通的主阀工作油口224。本实施例中，主储压器、第一、二辅助储压器均相互连通。分配阀工作油口1221与各主阀信号油口连通以构成液控信号油口。
低压油箱111与各动力主阀22的高压油出口连通，辅助油箱112的数量与动力主阀22的数量相同且辅助油箱112与动力主阀22一一对应，辅助油箱112与对应的动力主阀22的高压油出口223连通，辅助油箱112的位置高于低压油箱111的位置。在驱动工作缸进行分闸时，动力主阀的高压油出口需要向外快速排油，辅助油箱可以加快工作缸排油的过程，从而减小断路器固有的分闸时间。由于辅助油箱高于低压油箱，所以辅助油箱内的低压油最终返回到低压油箱，不影响下次分合闸操作的正常使用。
动力主阀22包括上阀腔225和下阀腔226，上阀腔225包括上信号腔2251、高压腔2252及设置在上信号腔2251与高压腔2252之间的上工作腔2253，上工作腔2253用于与工作缸21的无杆腔213连通，上信号腔2251与上工作腔2253之间设有上信号活塞2254，上工作腔2253与高压腔2252之间设有与信号活塞联动的上阀芯2255，下阀腔226包括下信号腔2261、低压腔2262及设置在下信号腔2261与低压腔2262之间的下工作腔2263，下信号腔2261与上信号腔2251连通，下工作腔2263与上工作腔2253连通，下信号腔2261与下工作腔2263之间设有下信号活塞2264，下工作腔2263与低压腔2262之间设有与下信号活塞联动的下阀芯2265，下低压腔2262与低压油箱111连通。通过设置上、下信号活塞，可以提高主动力阀的可靠性，同时方便安装，装配时上信号活塞与上阀芯匹配，下信号活塞与下阀芯匹配，降低装配精度。
各动力主阀的主阀信号油口同时与总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制，总液控单元1仅设有与各操动单元同时对应的一个。三个操动单元的动力主阀22的主阀信号油口221均与分配阀工作油口1221连通以使三个操动单元并联，三个操动单元的分合闸动作由控制单元控制。操动单元A通过信号油路1-A、高压油路2-A、低压油路3-A与控制单元连接；操动单元B通过信号油路1-B、高压油路2-B、低压油路3-B与控制单元连接；操动单元C通过信号油路1-C、高压油路2-C、低压油路3-C与控制单元连接；
工作缸21内设有与传动机构23连接的活塞杆211，工作缸21具有有杆腔212和无杆腔213，有杆腔212与主储压器113连通，无杆腔213与动力主阀22的主阀工作油口224连通。
低压油箱111连接有油泵116，组合控制阀121的高压油路与油泵116连接，组合控制阀121的低压油路与低压油箱111连接。组合控制阀121包括合闸一级阀1211、分闸一级阀1212和分合闸二级阀1213，本实施例中，分合闸二级阀1213、分配阀122均起到放大流量的作用。分闸一级阀1211与分合闸二级阀1213为集成式一体阀。分合闸一级阀为用于将电控信号转化为液控信号的电液转换阀，分、合闸二级阀和分配阀为用于放大液控信号的液控放大阀。
低压油箱111与油泵116进油口连通，油泵116出油口与防震容器117的进油口连通，防震容器117具有两个防震容器出油口，其中一个防震容器出油口连接有安全阀118，另一个防震容器出油口连接第一辅助储压器114，防震容器出油口与第一辅助储压器114的油压工作腔连通。低压油箱111与辅助储压器的辅助储压器出油口和安全阀出油口连通。微动开关119位于辅助储压器出油口和低压油箱111之间，第一辅助储压器连接有压力监视装置120。低压油箱111通过回油管路与组合控制阀121、分配阀122、动力主阀22连通。其中连接低压油箱111与组合控制阀121的回油管路在低压油箱111的端口高于组合控制阀中分闸一级阀阀口的油面高度。
第一辅助储压器114的油压工作腔与信号缸的工作腔、合闸一级阀1211的进油口和分合闸二级阀1213的进油口连通。合闸一级阀1211的进油口与高压油路连通，分配阀信号油口连接分合闸二级阀1213。分合闸二级阀1213的液控信号油口与分配阀信号油口连通。
工作过程：首先液压系统建立压力，电机MO运转，油泵116的活塞下移使油腔增大，低压油箱111中的低压油经过过滤器和阀芯E1进入油腔，此时，油泵116的活塞上移使油腔内的油成为高压油排出，高压油经过阀芯E3进入防震容器117中，由于防震容器117的减震作用，油压的脉冲拨动被减小，高压油经防震容器117的逆止阀进入主储压器113、第二辅助储压器115和第一辅助储压器114。高压油推动各储压器内的活塞压缩各储压器内的氮气，使各储压器储能。
各储压器的油压达到设定的油压时，油泵116停止打压，各储压器完成储能。此时震容器117中的逆止阀芯AM关闭，将油泵116从液压系统中隔离出来，以减少油压泄漏。如果控制油泵116停止打压的电气线路发生故障，油泵116打压超过规定值，防震容器117中的安全阀芯AG将开启，泄放高压、从而保证液压系统免受过压的危险。
液压系统压力建立完成后，合闸操作时，合闸电磁铁123接受合闸命令后动作，打开合闸一级阀的阀芯AH1，关闭阀芯AF1，逆止阀阀芯AH6打开，高油压进入分合闸二级阀1213的上部空腔AV2，推动分合闸二级阀1213的阀杆向下，打开阀芯AH4，关闭阀芯AH5，高压油进入分合闸二级阀1213的内腔AV3，此时高压油经定径孔AN后进入分配阀122，关闭阀芯D3，打开阀芯D4，高压油进入与操动单元连通的三根控制油管到各自操动单元的动力主阀22的上信号腔2251。高压油进入动力主阀22以后，将上阀芯2255打开，下阀芯2265关闭，主储压器113中的高压油经定径孔N1进入工作缸21的合闸端，其活塞受压面积为ME。工作缸的分闸端受常高压，其活塞受压面积MD。因ME>MD，所以工作缸活塞向上运动即断路器合闸。合闸完毕后，工作缸的合闸端继续处于高压下，断路器维持合闸状态。
如果在合闸过程中，合闸电磁铁断电，合闸一级阀中的阀芯AH1关闭，阀芯AF1开启，此时逆止阀芯AH6关闭，而分合闸二级阀1213的内腔AV3内的高压油经定径孔AK补充到空腔AV2内，使分合闸二级阀1213保持在合闸位置以继续完成合闸全过程。
在分合闸二级阀1213合闸动作时，其空腔AV3的高压油经定径孔FB1进入信号缸FB的合闸端，其活塞受压面积为FBE，信号缸的分闸端受常高压，其活塞受压面积为FBD，因FBE>FBD，所以信号缸活塞向右运动，通过齿条齿轮机构带动辅助开关转动。定径孔FB1的大小可保证辅助开关中在合闸位置时闭合的接点，在断路器合闸到底后才接通。辅助开关转换后，其接点将合闸电磁铁断电。
分闸操作时，分闸电磁铁124接受分闸命令后动作，打开分闸一级阀芯AH2，空腔AV2内的高压油被降压，分合闸二级阀1213返回，关闭阀芯AH4，开启阀芯AH5，空腔AV3内的高压油降压，分配阀122复位，阀芯D4关闭，D3开启，管路子1-A、1-B、1-C降压，动力主阀22中的上信号腔2251和下信号腔2261也随之降压，上阀芯2255关闭，而C3开启，工作缸合闸端的高压油经定径孔N2被泄到辅助油箱112，该辅助油箱是为了加快工作缸排油的过程，从而减小断路器的固有分闸时间。由于辅助油箱高于低压油箱，所以油最终返回到低压油箱111。由于工作缸的分闸端受常高压，所以工作缸活塞向下运动，断路器分闸。分闸完成后，动力主阀中的下阀芯2265在弹簧作用下复位。由于工作缸分闸端受常高压，断路器维持在分闸位置。
在内腔AV3放压时，信号缸FB的合闸端FBE也降压，因分闸端FBD受常高压，信号缸返回，辅助开关也随之换位，其接点将分闸电磁铁断电。
本发明的操动单元的各动力主阀的主信号油口同时与总液控单元的液控信号油口连接，使各动力主阀均由总液控单元同时控制。目前的液压操动机构如图4所示，目前的液压操动机构的三相液压操动机构100分别包括控制单元101和操动单元102，通过电气控制柜103控制三相液压操动机构100的同时动作，与目前的通过电气联动控制液压操动机构的电气联动式操动机构相比，本发明的液压联动式操动机构的断路器各相对应的动力主阀均由总液控单元同时控制，简化了操动机构的结构，降低了操动机构的成本，同时通过液压控制实现操动机构的联动，也提高了操动机构的可靠性。
本发明的断路器的具体实施例，断路器包括开断组件及驱动开断组件分合闸的液压操动机构，其中液压操动机构的结构与上述液压联动式操动机构的具体实施例中所述的液压联动式操动机构的结构相同，不予赘述。
其他实施例中，根据断路器相应的端口数量，操动单元可以设置两个；上述辅助油箱可以设置一个，此时三各操动单元的动力主阀均与辅助油箱连通；上述辅助储压器可以不设，或者仅在流量放大阀上设置；上述总液控单元可以由背景技术中公告号为CN203733655U的专利文件中的一级阀、二级阀构成，上述操动单元也可以是由该专利文件中的由工作缸、与工作缸连通的三级阀等液压元件组成。

Claims (10)

1.液压联动式操动机构，包括液控单元和用于与断路器的各相一一对应的操动单元，所述的操动单元包括动力主阀，所述动力主阀具有主阀信号油口，所述液控单元具有用于与主阀信号油口连通以向主阀信号油口通入高压信号油和使主阀信号油口与低压油箱连通的液控信号油口，其特征在于：所述的液控单元为总液控单元，各动力主阀的主阀信号油口同时与所述总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制。
2.根据权利要求1所述的液压联动式操动机构，其特征在于：所述的液压联动式操动机构包括低压油箱和与低压油箱连通的辅助油箱，所述的低压油箱与各动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的数量与动力主阀的数量相同且辅助油箱与动力主阀一一对应，所述的辅助油箱与对应的动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的位置高于低压油箱的位置。
3.根据权利要求2所述的液压联动式操动机构，其特征在于：所述的动力主阀包括上阀腔和下阀腔，所述的上阀腔包括上信号腔、高压腔及设置在上信号腔与高压腔之间的上工作腔，所述的上工作腔用于与工作缸的无杆腔连通，上信号腔与上工作腔之间设有上信号活塞，上工作腔与高压腔之间设有与信号活塞联动的上阀芯，所述的下阀腔包括下信号腔、用于与低压油箱连通的低压腔、设置在下信号腔与低压腔之间的下工作腔，所述的下信号腔与上信号腔连通，所述的下工作腔与上工作腔连通，所述的下信号腔与下工作腔之间设有下信号活塞，所述的下工作腔与低压腔之间设有与下信号活塞联动的下阀芯。
4.根据权利要求1或2或3所述的液压联动式操动机构，其特征在于：所述的总液控单元包括分配阀，所述的分配阀为液控两位三通阀，所述的液控两位三通阀具有分配阀工作油口、分配阀信号油口、用于通入高压油的分配阀进油口、用于与低压油箱连通的分配阀回油口，所述的分配阀工作油口与各主阀信号油口连通以构成所述的液控信号油口。
5.根据权利要求4所述的液压联动式操动机构，其特征在于：所述的分配阀进油口连接有辅助储压器。
6.断路器，包括开断组件及驱动开断组件分合闸的液压操动机构，液压操动机构包括液控单元和用于与断路器的各相一一对应的操动单元，所述的操动单元包括动力主阀，所述动力主阀具有主阀信号油口，所述液控单元具有用于与主阀信号油口连通以向主阀信号油口通入高压信号油和使主阀信号油口与低压油箱连通的液控信号油口，其特征在于：所述的液控单元为总液控单元，各动力主阀的主阀信号油口同时与所述总液控单元的液控信号油口连接而由总液控单元同时控制。
7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于：所述的液压操动机构包括低压油箱和与低压油箱连通的辅助油箱，所述的低压油箱与各动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的数量与动力主阀的数量相同且辅助油箱与动力主阀一一对应，所述的辅助油箱与对应的动力主阀的高压油出口连通，所述的辅助油箱的位置高于低压油箱的位置。
8.根据权利要求7所述的断路器，其特征在于：所述的动力主阀包括上阀腔和下阀腔，所述的上阀腔包括上信号腔、高压腔及设置在上信号腔与高压腔之间的上工作腔，所述的上工作腔用于与工作缸的无杆腔连通，上信号腔与上工作腔之间设有上信号活塞，上工作腔与高压腔之间设有与信号活塞联动的上阀芯，所述的下阀腔包括下信号腔、用于与低压油箱连通的低压腔、设置在下信号腔与低压腔之间的下工作腔，所述的下信号腔与上信号腔连通，所述的下工作腔与上工作腔连通，所述的下信号腔与下工作腔之间设有下信号活塞，所述的下工作腔与低压腔之间设有与下信号活塞联动的下阀芯。
9.根据权利要求6或7或8所述的断路器，其特征在于：所述的总液控单元包括分配阀，所述的分配阀为液控两位三通阀，所述的液控两位三通阀具有分配阀工作油口、分配阀信号油口、用于通入高压油的分配阀进油口、用于与低压油箱连通的分配阀回油口，所述的分配阀工作油口与各主阀信号油口连通以构成所述的液控信号油口。
10.根据权利要求9所述的断路器，其特征在于：所述的分配阀进油口连接有辅助储压器。
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