CN108933060A - 一种级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统，包括运动输出轴、电源、固定面、若干斥力线圈及若干斥力盘，其中，斥力线圈与斥力盘的数目相同，斥力线圈与斥力盘依次平行且交错分布，其中，最外侧的斥力线圈固定于固定面上，运动输出轴固定于最外侧的斥力盘上，电源与各斥力线圈相连接，各斥力线圈产生的磁场方向相同，该机构及系统的有效输出行程较长。

Description

一种级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统

技术领域

本发明属于高压真空开关技术领域，涉及一种级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统。

背景技术

开关设备是电力系统中重要的控制和保护设备，目前额定110kV及以上电压等级系统中的断路器大多采用SF₆断路器。为满足高电压等级断路器的绝缘和开断要求，其操动机构的输出行程一般不小于100mm，且对机构操作功提出了较高的要求。

满足以上断路器的操动机构大多采用弹簧操动机构、液压操动机构、液压弹簧混合式操动机构等，其机构零部件较多，传动系统复杂，且易受温、湿度等运行环境因素的影响，其运行可靠性的保障存在较大的困难，例如，国际大电网会议(CIGRE)2013年关于运行中输电等级(110kV及以上)断路器的可靠性调研结果显示，75％以上的断路器失效现象可归结为操作机构的机械可靠性问题。

专利CN101986407A、CN104124110A、CN103928913A和CN101394085等公开的涡流斥力机构具备零部件少、动力传动结构简单等特点，在12kV～40.5kV电压等级真空断路器、直流断路器、限流器等技术领域中已有初步应用。根据电磁斥力机构的工作原理，推动机构运动的涡流斥力与其输出行程的平方成反比，因此极大的限制了该型机构的有效输出行程，目前大多为10～20mm。如何提高其输出行程，已成为该型机构向更高电压等级发展的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统，该机构及系统的有效输出行程较长。

为达到上述目的，本发明所述的级联型长行程电磁斥力机构包括运动输出轴、电源、固定面、若干斥力线圈及若干斥力盘，其中，斥力线圈与斥力盘的数目相同，斥力线圈与斥力盘依次平行且交错分布，其中，最外侧的斥力线圈固定于固定面上，运动输出轴固定于最外侧的斥力盘上，电源与各斥力线圈相连接，各斥力线圈产生的磁场方向相同。

还包括导向轴，其中，导向轴的一端固定于固定面上，导向轴的另一端依次穿过各斥力线圈及各斥力盘。

本发明所述的级联型长行程电磁斥力机构包括电源、运动输出轴、固定面、若干第一斥力线圈及若干第二斥力线圈，其中，第一斥力线圈与第二斥力线圈的数目相同，且各第一斥力线圈与各第二斥力线圈依次平行且交错分布，最外侧的第一斥力线圈固定于固定面上，运动输出轴固定于最外侧的第二斥力线圈上，电源与各第一斥力线圈及各第二斥力线圈相连接，且各第一斥力线圈产生的磁场方向相同，各第二斥力线圈产生的磁场方向相同，各第一斥力线圈与各第二斥力线圈产生的磁场方向相反。

还包括导向轴，其中，导向轴的一端固定于固定面上，导向轴的另一端依次穿过各第一斥力线圈及各第二斥力线圈。

本发明所述的分合闸锁扣系统包括机构缸体以及设置于机构缸体内的合闸保持盘、分闸保持盘、电源、合闸位置保持盘、上传力杆、固定盘、下传力杆、分闸位置保持盘、若干组分闸线圈及若干组合闸线圈；

合闸保持盘及分闸保持盘分别固定于机构缸体的顶部及底部，合闸位置保持盘固定于上传力杆的上端，上传力杆的下端固定于固定盘上，各组分闸线圈套接于上传力杆上，下传力杆的上端固定于固定盘上，下传力杆的下端固定于分闸位置保持盘上，各组合闸线圈套接于下传力杆上，且各组合闸线圈位于分闸位置保持盘上，分闸位置保持盘内、合闸位置保持盘内、合闸保持盘及分闸保持盘均设置有永磁体，电源与各组分闸线圈及各组合闸线圈相连接。

下传力杆的下端与分闸位置保持盘之间设置有油缓冲器。

机构缸体内设置有合闸限位盘，其中，合闸限位盘位于各组分闸线圈与合闸位置保持盘之间。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的级联型长行程电磁斥力机构及分合闸锁扣系统在具体操作时，通过调节第一斥力线圈及第二斥力线圈通入的电流方向及其缠绕方向，使得第一斥力线圈与第一斥力线圈产生的磁场方向相反，即相邻第一斥力线圈与第二斥力线圈之间产生斥力作用，通过各第一斥力线圈与第二斥力线圈之间位移的叠加，以提升斥力机构的有效输出行程，满足输电等级高压断路器大输出行程的要求。同时也可以通过调节各斥力线圈内电流的流通方向及其绕线方向，使得各斥力线圈产生的磁场方向相同，根据电磁感应原理，各斥力盘的涡流磁场方向均与相邻斥力线圈的磁场方向相反，从而使得相邻斥力线圈与斥力盘之间产生斥力作用，以提高升斥力机构的有效输出行程，满足输电等级高压断路器大输出行程的要求。另外，通过两个斥力机构的组合，以实现断路器的分合闸锁扣操作，结构简单，可靠性较高，并且维护成本低。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例二的结构示意图；

图3为实施例三的结构示意图。

其中，1为斥力线圈、2为斥力盘、3为导向轴、4为运动输出轴、5为固定面、6为第一斥力线圈、7为第二斥力线圈、8为机构缸体、9为合闸保持盘、10为合闸位置保持盘、11为永磁体、12为上传力杆、13为合闸限位盘、14为分闸线圈、15为固定盘、16为下传力杆、17为油缓冲器、18为合闸线圈、19为分闸位置保持盘、20为分闸保持盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

如图1所示，本发明所述的级联型长行程电磁斥力机构包括运动输出轴4、电源、固定面5、若干斥力线圈1及若干斥力盘2，其中，斥力线圈1与斥力盘2的数目相同，斥力线圈1与斥力盘2依次平行且交错分布，其中，最外侧的斥力线圈1固定于固定面5上，运动输出轴4固定于最外侧的斥力盘2上，电源与各斥力线圈1相连接，各斥力线圈1产生的磁场方向相同。本发明还包括导向轴3，其中，导向轴3的一端固定于固定面5上，导向轴3的另一端依次穿过各斥力线圈1及各斥力盘2。

断路器采用两个电磁斥力机构即可实现分合闸，在合分闸操作时，通过控制流入斥力线圈1的电流，斥力盘2感应出涡流电磁斥力，实现操动机构的大输出行程。斥力线圈1通过电容器振荡回路直接对其放电或通过PWM调节方式对其进行放电，斥力盘2之间感应出与斥力线圈1磁场方向相反的涡流磁场，通过磁场的斥力作用提供断路器所需合闸力或分闸力。

实施例二

本发明所述的级联型长行程电磁斥力机构包括电源、运动输出轴4、固定面5、若干第一斥力线圈6及若干第二斥力线圈7，其中，第一斥力线圈6与第二斥力线圈7的数目相同，且各第一斥力线圈6与各第二斥力线圈7依次平行且交错分布，最外侧的第一斥力线圈6固定于固定面5上，运动输出轴4固定于最外侧的第二斥力线圈7上，电源与各第一斥力线圈6及各第二斥力线圈7相连接，且各第一斥力线圈6产生的磁场方向相同，各第二斥力线圈7产生的磁场方向相同，各第一斥力线圈6与各第二斥力线圈7产生的磁场方向相反。本发明还包括导向轴3，其中，导向轴3的一端固定于固定面5上，导向轴3的另一端依次穿过各第一斥力线圈6及各第二斥力线圈7。

断路器采用单台电磁斥力机构即可实现合分闸操作功能，合闸操作时，控制流入第一斥力线圈6及第二斥力线圈7的电流，使相邻第一斥力线圈6及第二斥力线圈7产生方向相反的磁场，进而使各第一斥力线圈6及第二斥力线圈7产生电磁斥力，拉动运动输出轴4完成合闸操作；分闸操作时，控制流入第一斥力线圈6及第二斥力线圈7的电流方向，使相邻第一斥力线圈6及第二斥力线圈7产生方向相同的磁场，进而各第一斥力线圈6及第二斥力线圈7产生电磁吸力，拉动运动输出轴4完成分闸操作，该发明的关键点在于设置机构合闸位置时的限位或锁扣装置。

实施例三

本发明所述的分合闸锁扣系统包括机构缸体8以及设置于机构缸体8内的合闸保持盘9、分闸保持盘20、合闸位置保持盘10、上传力杆12、固定盘15、下传力杆16、电源、分闸位置保持盘19、若干组分闸线圈14及若干组合闸线圈18；合闸保持盘9及分闸保持盘20分别固定于机构缸体8的顶部及底部，合闸位置保持盘10固定于上传力杆12的上端，上传力杆12的下端固定于固定盘15上，各组分闸线圈14套接于上传力杆12上，下传力杆16的上端固定于固定盘15上，下传力杆16的下端固定于分闸位置保持盘19上，各组合闸线圈18套接于下传力杆16上，且各组合闸线圈18位于分闸位置保持盘19上，分闸位置保持盘19内、合闸位置保持盘10内、合闸保持盘9及分闸保持盘20均设置有永磁体11，电源与各组分闸线圈14及各组合闸线圈18相连接；下传力杆16的下端与分闸位置保持盘19之间设置有油缓冲器17；机构缸体8内设置有合闸限位盘13，其中，合闸限位盘13位于各组分闸线圈14与合闸位置保持盘10之间，各组合闸线圈18及各组分闸线圈14均包括一个第一斥力线圈6及一个第二斥力线圈7。

各组合闸线圈18通电进行合闸操作时，在组合闸线圈18电磁斥力作用下，分闸位置保持盘19克服永磁体11的吸力，向上运动，直至合闸位置保持盘10与合闸保持盘9接触，同时各组合闸线圈18运动至合闸限位盘13处，通过合闸保持盘9与合闸位置保持盘10内永磁体11的吸力完成断路器合闸保持功能。

当进行分闸操作时，在各组分闸线圈14的电磁斥力及传动部件重力的作用下，克服永磁体11的吸力，开始进行分闸操作，至分闸位置保持盘19运动至分闸保持盘20为止，同时合闸位置保持盘10向下运动至合闸限位盘13上边沿处，通过分闸位置保持盘19与分闸保持盘20内永磁体11的吸力完成断路器分闸保持功能，在分闸操作起始阶段，合闸限位盘13提供各组分闸线圈14电磁斥力的反作用力。

为克服级联型大输出行程电磁斥力机构的分闸过冲现象，在下传力杆16的末端部位设置油缓冲器17，以分闸缓冲作用。

参考图3，该电磁斥力机构的合分闸特性曲线可通过调节流过各组分闸线圈14及各组合闸线圈18的电流波形以及电流的供给方式实现。对于输电等级真空断路器而言，其合闸关合操作，要求其在触头刚合前预击穿发生时刻至触头金属接触时刻的整个期间，断路器以较高的速度进行关合，以降低预击穿电弧对真空灭弧室触头表面的烧蚀及破坏，降低触头熔焊的发生几率，在此种情况下，可通过调节电容器在合闸操作的后半段(尤其预击穿发生时刻前)加大放电电流(如通过PWM控制、或其他方式控制)，可显著增加此阶段的合闸速度。

对于输电等级真空断路器的分闸操作而言，要求断路器在短燃弧开断触头刚分时刻，以较高的分闸速度进行分闸，以避免集聚型真空电弧对触头表面的加热及烧蚀，降低燃弧期间的金属蒸汽压力，以利于电流过零弧后触头间隙介质强度的恢复；然而，长燃弧开断时，又要求动触头在一定的开距区域内以较慢的速度进行分闸，以使得(纵磁触头产生的纵向)磁场对电弧进行充分的控制，避免真空电弧阳极斑点的形成，提升短路电流开断性能。在此种情况下，可通过增大分闸起始阶段流入各组分闸线圈14的电流，以提供较高的起始刚分速度，在触头进入真空灭弧室最佳开断性能的开距区域后，通过给各组合闸线圈18通入电流，促使斥力盘2在与之反向的电磁斥力作用下，降低分闸速度。

Claims (7)

1.一种级联型长行程电磁斥力机构，其特征在于，包括运动输出轴(4)、电源、固定面(5)、若干斥力线圈(1)及若干斥力盘(2)，其中，斥力线圈(1)与斥力盘(2)的数目相同，斥力线圈(1)与斥力盘(2)依次平行且交错分布，其中，最外侧的斥力线圈(1)固定于固定面(5)上，运动输出轴(4)固定于最外侧的斥力盘(2)上，电源与各斥力线圈(1)相连接，各斥力线圈(1)产生的磁场方向相同。

2.根据权利要求1所述的级联型长行程电磁斥力机构，其特征在于，还包括导向轴(3)，其中，导向轴(3)的一端固定于固定面(5)上，导向轴(3)的另一端依次穿过各斥力线圈(1)及各斥力盘(2)。

3.一种级联型长行程电磁斥力机构，其特征在于，包括电源、运动输出轴(4)、固定面(5)、若干第一斥力线圈(6)及若干第二斥力线圈(7)，其中，第一斥力线圈(6)与第二斥力线圈(7)的数目相同，且各第一斥力线圈(6)与各第二斥力线圈(7)依次平行且交错分布，最外侧的第一斥力线圈(6)固定于固定面(5)上，运动输出轴(4)固定于最外侧的第二斥力线圈(7)上，电源与各第一斥力线圈(6)及各第二斥力线圈(7)相连接，且各第一斥力线圈(6)产生的磁场方向相同，各第二斥力线圈(7)产生的磁场方向相同，各第一斥力线圈(6)与各第二斥力线圈(7)产生的磁场方向相反。

4.根据权利要求3所述的级联型长行程电磁斥力机构，其特征在于，还包括导向轴(3)，其中，导向轴(3)的一端固定于固定面(5)上，导向轴(3)的另一端依次穿过各第一斥力线圈(6)及各第二斥力线圈(7)。

5.一种分合闸锁扣系统，其特征在于，包括机构缸体(8)以及设置于机构缸体(8)内的合闸保持盘(9)、电源、分闸保持盘(20)、合闸位置保持盘(10)、上传力杆(12)、固定盘(15)、下传力杆(16)、分闸位置保持盘(19)、若干组分闸线圈(14)及若干组合闸线圈(18)；

合闸保持盘(9)及分闸保持盘(20)分别固定于机构缸体(8)的顶部及底部，合闸位置保持盘(10)固定于上传力杆(12)的上端，上传力杆(12)的下端固定于固定盘(15)上，各组分闸线圈(14)套接于上传力杆(12)上，下传力杆(16)的上端固定于固定盘(15)上，下传力杆(16)的下端固定于分闸位置保持盘(19)上，各组合闸线圈(18)套接于下传力杆(16)上，且各组合闸线圈(18)位于分闸位置保持盘(19)上，分闸位置保持盘(19)内、合闸位置保持盘(10)内、合闸保持盘(9)及分闸保持盘(20)均设置有永磁体(11)，电源与各组分闸线圈(14)及各组合闸线圈(18)相连接。

6.根据权利要求5所述的分合闸锁扣系统，其特征在于，下传力杆(16)的下端与分闸位置保持盘(19)之间设置有油缓冲器(17)。

7.根据权利要求5所述的分合闸锁扣系统，其特征在于，机构缸体(8)内设置有合闸限位盘(13)，其中，合闸限位盘(13)位于各组分闸线圈(14)与合闸位置保持盘(10)之间。