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1、 108 提供图 6-166-31、6-336-36动画；提供各类操作机构的实物图片或视频。第五节 高压断路器的操动机构 一、操动系统概述 高压断路器的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。主要部分的功能分述如下：（一）操动机构 2.操动机构的种类及特点 高压断路器的操动机构种类很多，结构差异很大，但基本上都是由操作能源系统、分闸与合闸控制系统、传动系统及辅助装置等四个部分构成。按操作能源性质的不同，操动机构可分以下几类：（1）手动操动机构。（2）电磁操动机构。（3）弹簧操动机构。（4）液压操动机构。（5）气动操动机构。手力和电磁操动机构属于直动机构，由做
2、功元件、连板系统、维持和脱扣部件等几个主要部分组成。弹簧、气动和液压机构属储能机构，由储能元件、控制系统、执行元件几大部分组成。（二）传动系统 1.传动系统的作用和组成 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，高压断路器的操动机构和本体在分、合闸过程中通过传动系统传递能量和运动，按照设计的性能要求完成分、合闸的操作。高压断路器的传动系统主要由操动机构中的传动元件、断路器中的提升机构和它们之间的传动机构三部分组成。操动机构中的传动元件由连杆机构或液压、气动传动机构等构成，通过传动机构与断路器的提升杆相连。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
3、器传递能量的作用。由于提升机构与操动机构总是相隔一定的距离，而且两者的运动方 109 向也不一致，因此需要有传动机构，一般由连杆机构组成。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。以上三者之间相互关系见图 616。图 616 传动系统相互关系图 2.传动系统的分类 传动系统形式很多，大致可分为以下几类：（1）机械传动方式。常用的有杠杆、连杆机构、凸轮、齿轮等传动方式，其中以连杆机构使用最广泛。其优点是传动可靠，同步性好，加工简单，调整方便，维护容易，缺点是传递大功率时速度较低，冲击力大。（2）压缩空气传
4、动方式。一般使用在高压空气断路器及气动机构中，优点是反应较快，动作迅速。缺点是管道增长时动作时间随之增长，结构较复杂，加工及维护要求高。（3）液压传动方式。多用于液压操动机构中，优点是动作平稳，传动力大，速度快，调整方便。缺点是结构复杂，加工难度大，传递速度受温度的影响。（4）气压机械混合传动方式。多用于压缩空气断路器和少油断路器，这种传动方式是以杠杆代替部分管道和元件，优点是同步性好，传动快，缺点是结构复杂，维护要求较高。（5）液压机械混合传动方式。多用于少油及 SF6断路器中，此种传动方式也是以杠杆代替部分管道和元件，优点是动作速度快，制造比液压机构简单，缺点是结构较复杂，冲击力大。3.连
5、杆机构 连杆机构在高压断路器的传动系统中占有重要位置，各种传动机构大多都是由连杆机构组合而成。高压断路器及操动机构的连杆机构是比较复杂的，但是任何复杂的连杆都可以把它分解成几个四连杆机构，在有自由脱扣机构的操动机构中还会有一个五连杆机构。连杆机构的常用类型有以下几种：（1）四连杆机构。110 四连杆机构由三根活动连杆和一根固定连杆共组成，如图 617 所示，O1 与 O2 为固定轴销，A、B 为可动轴销，连杆 AB、AOl、BO2 为能往复摆动或转动可动的连杆，O1O2可视为一根固定连杆。其中连杆 AOl、BO2 常称为拐臂，简称为臂，连杆 AB 简称为杆。若 AOl 为主动臂，BO2 则为从
6、动臂，加在主动臂上的操作力产生的力矩 M 与主动臂的转动方向一致，而从动臂产生的力矩与从动臂转动的方向是相反的。用作图的与法可得到它们的运动轨迹和运动特性。改变四连杆机构各连杆的相对尺寸，可得到不同的机构型式。（2）摇杆滑块机构。摇杆滑块机构是四连杆机构的一种变形，常用作变直机构。如图 618 所示，O 为固定轴销，它没有从动臂，但有导向装置。当臂 OA 绕 O 摇动时，轴销 B 和滑块在导轨中作直线滑动。（3）准确椭圆机构。如图 619 所示，O 为固定轴，且 AB=AC=AO。其中 OAC 相当于一个摇杆滑块机构，C 点在导轨内作直线运动，BC 是连杆，B 端限制在直线导轨里滑动。当滑块
7、C 在导轨中运动时，推动 A 点绕 O 旋转，这时 B 点作经过轴 O 的直线运动，而 BC 杆上除了 A、B、C 三点的其他任意点均作椭圆运动，故称准确椭圆直线机构。如果将断路器的导电杆或绝缘提升杆连接在 C 点，那么动触头（B 点）分、合闸都作直线运动。图 619 准确椭圆机构 图 620 近似椭圆机构 图 621 五连杆机构（4）近似椭圆机构。如图 620 所示，是由图 619 变化而来，即将图 619 导轨中的 C 点改在绕 O2 摆动的摇杆端点上，这时若摇杆 O2C 摆动不大，则 C 点轨迹为近似直线，B 点的轨迹也变为近似直线，而 BC 杆上除 A 点以外其他点的运动变为近似椭圆。
8、（5）五连杆机构。五连杆机构如图 621 所示，它有两个拐臂和两个连杆。其特点是主动臂与从动臂间没有确定的运动特点，即主动臂转过某一角度时，从动臂转过的角度可大可小，五连杆机构不能作传动机构，可在操作中用来实现自由脱扣。（6）连杆式脱扣机构 常用脱扣形式有折杆式、锁钩式、滚轮锁扣式三种。1）折杆式脱扣机构。如图 622 所示，折杆式脱扣机图 617 四连杆机构 图618 摇杆滑块机构 111 构由连杆 4、5、6 组成。当操动机构接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力 F2 推动 C 点向上运动脱离死区后，断路器在分闸弹簧作用下自动分闸。2）锁钩式脱扣机构。如图 623 所示为锁钩式脱扣机构原
9、理图，断路器在合闸位置时，分闸力产生的力矩 M 作用在连杆 2 上，由于锁钩 l 的阻挡，连杆 2 不能被力矩 M 推动，因而可使断路器维持在合闸位置。断路器接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力 F 推动销钩反时针方向运动，当销钩抬起一定距离后，连杆 2 在力矩 M 的作用下，使断路器分闸。3）滚轮锁扣式脱扣机构。如图 624 为滚轮锁扣式脱扣机构原理图，断路器在合闸位置时，滚轮 1 被锁扣锁住，连杆 3 上虽然有分闸力矩 M 作用，但无法使连杆 3 转动，使断路器保持在合闸位置。当操动机构接到分闸信号后，分闸电磁铁通电，电磁力 F 推动锁扣 2 向顺时针方向转动。要使滚轮不被锁扣锁住，锁扣
10、不仅要转过角，而且还要转过一个角度，使 A 点转出死区后，滚轮才能向顺时针方向转动，断路器分闸。（三）缓冲装置 1.缓冲装置的作用 断路器在操作过程中运动部件的速度很高，使得运动部件在运动即将结束时具有很大的动能，要使运动部件在较短的行程内停止下来，需要装置分、合闸缓冲器，使动作过程即将结束时的动能有控制地释放出来并转化为其他形式的能量，以保证在制动过程中吸收危及设备正常运行的冲击力，减少撞击，避免零部件变形损坏。缓冲器有时也可用于改变动作过程中的速度特性。缓冲器一般装设在提升机构旁。2.缓冲装置的类型 常用的缓冲装置有四类，即油缓冲器、弹簧缓冲器、气体缓冲器和橡皮缓冲器。（1）油缓冲器。油缓
11、冲器一般用作分闸缓冲器，其原理结构如图 625 所示，它由油缸、活塞、撞杆、返回弹簧、端盖等组成，活塞与油缸壁之间有很小的间隙。当高速运动的部件撞击到缓冲器活塞上的撞杆后，活塞与运动部件一同向下运动，由于活塞下的油只能通过很小的缝隙向上流到活塞上方，使油流受阻，对活塞底部产生压图 624 滚轮锁扣式脱扣机构（a）合闸位置；（b）分闸位置 1滚轮；2锁扣；3连杆 图 625 油缓冲器 图 626 弹簧缓冲器 112 力，阻碍活塞向下运动，形成对运动部件的缓冲。一般油缓冲器多用于吸收分闸终了时的动能，因为分闸行程终了时传动系统的摩擦力很小，采用其他缓冲器易产生反弹跳跃或缓冲特性难以满足要求。（2）
12、弹簧缓冲器。弹簧缓冲器利用运动部件撞击并压缩弹簧来吸收运动部件的动能而产生缓冲，其制动力与弹簧的压缩行程成正比。当需强力缓冲时必须增大弹力，在运动终了时，强力弹簧会使运动部件反弹，引起振动。弹簧缓冲器由弹簧、导杆、底座、撞杆组成，如图 626 所示。当运动部件与弹簧缓冲器相撞后，撞杆向上运动，弹簧被压缩，使运动部件的动能一部分变为弹簧的势能。弹簧缓冲器结构简单，使用方便，特性不受温度影响，其缺点是有较大的反冲力。弹簧缓冲器多用作合闸缓冲器，因为合闸终了触头的摩擦阻力大，不易产生反弹振动，另外，被压缩的弹簧在分闸时释放能量还可以增加动触头的刚分速度。（3）气体缓冲器。气体缓冲器的原理与油缓冲器类
13、似，只不过是缓冲器活塞运动压缩气体介质产生缓冲而已，但气体缓冲器在缓冲过程中产生的反弹力较大。气体缓冲器多用于压缩空气断路器及 SF6 断路器中。（4）橡皮缓冲器。橡皮缓冲器在受到运动部件的撞击后，其动能消耗到压缩橡皮上，产生缓冲。橡皮缓冲器的优点是构造简单，反冲力不大，缺点是低温时橡皮弹性变坏，不耐油。一般用在缓冲能量不大的地方。二、电磁操动机构 电磁操动机构的结构类似，主要由作功元件（电磁系统）、连板系统、合闸维持、脱扣装置和缓冲系统等几部分组成。下面以 CDl7 型电磁操动机构为例介绍电磁操动机构的结构及动作原理。1.结构和特点 CDl7 型电磁操动机构是专为 ZN2812 型真空断路器
14、设计的操动机构，为平面五连杆机构，半轴脱扣，具备自由脱扣功能，脱扣功率小。机构左侧装有辅助开关，右侧装有分闸电磁铁，机构下部为合闸电磁铁。为了防止铁心吸合时粘附，合闸铁心加一黄铜垫和压缩弹簧，以保证铁心合闸终了时迅速落下。绕组和铁心间装有铜套，防止铁心运动时磨损绕组。合闸电磁铁下部由铸铁座和调整缓冲垫组成，座上装有合闸手柄供检修手动合闸用，橡胶调整缓冲垫不仅可起铁心缓冲作用，并可用于调整铁心顶杆与轮之间隙，以调整合闸速度。2.动作原理（1）合闸操作。合闸前扣板 8 处于复位状态，如图 627（a）所示，合闸线圈通电后，铁心上扣板 8 与半轴 7 扣死，铁心推动顶轮 2 上移，通过连杆 5 带动
15、输出轴 6 转动约 113 38，通过机构外的传动杆，使断路器合闸，如图 627（b）所示，此时断路器分闸弹簧储能，触头弹簧压缩。当铁心升到终点时，环 3（图中虚线）与掣子 4 出现 20.5mm 间隙，如图 627（c）所示。这时，因主轴转动，带动辅助开关，使合闸回路常闭触点打开，切断合闸线圈电源，铁心落下，环 3 被掣子 4 撑住，完成合闸动作，如图 627（d）所示。（2）分闸操作。分闸线圈通电或用手力分闸时，半轴 7 沿顺时针方向转动，扣板与半轴解扣，使环 3 离开掣子 4，连杆系统变为不确定的五连杆机构，在分闸弹簧与触头弹簧的共同作用下，输出轴 6 逆时针方向转动，完成分闸动作，同时
16、带动辅助开关，使分闸回路常闭触点打开，切断分闸线圈的电源，如图 627（e）所示。（3）自由脱扣动作。合闸过程中，合闸铁心顶着轮 2 向上运动，一旦接到分闸指令，使分闸铁心启动，使半轴与扣板解扣，在分闸弹簧与触头弹簧的共同作用下，轮 2 从合闸铁心顶杆 1 的端部滑下，实现自由脱扣，如图 627（f）所示。图 627 CDl7 型操动机构动作状态图（a）分闸状态；（b）合闸过程；（c）合闸到顶点位置；（d）合闸状态；（e）分闸过程；（f）自由脱扣状态 1顶杆；2滚轮；3环；4支架；5连杆；6输出轴；7半轴；8扣板；9连板 三、弹簧操动机构 1.结构和特点 弹簧机构主要由合闸储能部分、传动部分和
17、控制部分三部分组成。合闸储能部分包括电动机、减速装置、合闸弹簧、储能装置及保持释放装置。弹簧机构的合闸储能弹簧主要有压簧（也称螺旋弹簧）、拉簧（也称螺旋卷簧）和扭簧（也称蝶形弹簧）三种型式。按 114 合闸弹簧储能所用的能源不同，弹簧机构可分为电动机储能弹簧机构和手力储能弹簧机构两种。合闸和分闸控制部分主要有脱扣器即脱扣机构。2.动作原理 3.CT201XP型弹簧操动机构 CT201XP 型弹簧操动机构如图 628 所示。在图 628（a）中，弹簧机构在合闸位置且分闸弹簧 2 与合闸弹簧 5 均已储能。拐臂 14 和 18 受分闸弹簧 2 逆时针方向的力矩，此力矩被合闸保持掣子 13 和分闸掣
18、子 12 阻挡。断路器分闸时，分闸电磁铁 10 的线圈接受分闸信号后带电，其铁心 11 动作，冲击分闸掣子 12，分闸掣子 12 顺时针方向旋转，释放合闸保持掣子 13，合闸保持掣子 13 顺时针方向旋转，释放销子 A，拐臂 14 和 18 受分闸弹簧 2 的推力，向逆时针方向旋转，拐臂18 通过连接的水平拉杆等传动元件和操作杆，使动、静触头快速分离，断路器分闸。弹簧机构在分闸位置，合闸弹簧 5 已储能时，棘轮轴 4 承受连接在棘轮 3 上的合闸弹簧 5 逆时针方向的力矩，此力矩被储能保持掣子 6 和合闸掣子 7 销住。断路器合闸时，合闸电磁铁 8 的线圈接受合闸信号后带电，掣子 9 动作，冲
19、击合闸掣子 7，合闸掣子 7 向顺时针方向旋转，释放储能保持掣子 6，储能保持掣子 6 逆时针旋转释放 B 销，棘轮 3 在合闸弹簧的作用下，逆时针方向旋转，同时带动棘轮轴 4 旋转，使凸轮 1 推动拐臂 14 顺时针方向旋转，并带动拐臂轴 15 上的拐臂 18 顺时针方向旋转，同时压缩分闸弹簧 2 储能。与拐臂 18 相连接的水平拉杆和操作杆 2，使动触头快速合闸。合闸操作完成后的机构状态如图 628（c）所示，A 销再次被合闸保持掣子 13 锁住。机构合闸操作完成后，合闸弹簧 5 处于释放状态，棘爪轴 17 通过齿轮与电机相连，断路器合闸到位后，对合闸弹簧进行储能。合闸弹簧储能动作过程如下
20、：电动机启动，使棘爪轴 17 旋转；偏心的棘爪轴 17 上的两个棘爪 16，在棘爪轴的传动中与棘轮 3 上齿交替进行啮合，使棘轮转动；棘轮 3 逆时针方向旋转，带动拉杆使合闸弹簧 5 储能，通过死点后，棘轮轴 4 由合闸弹簧 5 给以逆时针方向的转动力矩，此力矩通过B 销被储能保持掣子 6 锁住。图 628 弹簧操动机构工作原理图 115（a）合闸位置（合闸弹簧储能状态）；（b）分闸位置（合闸弹簧储能状态）；（c）合闸位置（合闸弹簧释放状态）l凸轮；2分闸弹簧；3棘轮；4棘轮轴；5合闸弹簧；6储能保持掣子；7合闸掣子；8合闸电磁铁；9掣子；10分闸电磁铁；11铁心；12分闸掣子；13合闸保持掣
21、子；14、18拐臂；15拐臂轴；16棘爪；17棘爪轴；18拐臂 四、液压操动机构 1.结构和特点 液压操动机构的主要构成元件有：储能元件、控制元件、操动（执行）元件、辅助元件、电气元件等五个部分。（1）储能元件。包括储压器、滤油器和油泵等元件。当电动机驱动油泵时，油通过滤油器从油箱抽出打压送入储压器，压缩 N2储存能量。当操作时，气体膨胀对外做功，通过液压油传递给工作缸，转变成机械能，实现断路器分、合闸操作。（2）控制元件。作为储能元件与操动元件的中间连接，发出分、合闸动作的液压脉冲信号，去控制操动元件。包括分、合闸电磁铁、分、合闸启动阀和二级阀等。（3）操动元件。包括工作缸、压力开关、安全阀
22、和放油阀等元件。工作缸借助连接件与断路器本体连接，受控制元件控制，驱动断路器实现分、合闸动作；压力开关用于控制电动油泵起动、停止和分、合闸闭锁；安全阀用于释放故障情况引起的过高压力，以免损坏液压元件；放油阀用于在调试和检修时释放油压，分为高压放油阀和低压放油阀。（4）辅助元件。包括信号缸、油箱、排气阀、压力检测器和辅助储油器等元件。信号缸用于带动辅助开关切换电气控制回路，有的还带动分、合闸指示器及计数器；油箱是储油容器，平时与大气相通，操作时因工作缸排油，将会使它的内部压力瞬时升高；排气阀用以在液压系统压力建立之前排尽工作缸、管道内气体，以免影响动作时间和速度特性；压力检测器用于测量液压系统压
23、力值；辅助储油器用于充分利用液压能量，减小工作缸分闸排油时的阻力，提高分闸速度。（5）电子元件。包括分合闸线圈、加热器和微动开关等元件。分、合闸线圈分别用以操作分、合闸电磁阀（一级阀）；加热器用于在外界低温时，保持机构箱内的温度，防止油液冻结和驱散箱内潮气，分为手动和自动两种；微动开关作为分、合闸闭锁触点和油泵起动、停止用触点，同时给主控室转换信号，以使起到监控作用。液压操动机构的主要优点是输出功率大，时延小、动作快，负载特性配合好，噪声小，速度易调整，可靠性高，维修方便等。其主要缺点是加工工艺要求高，如果制造或装配不良，容易渗漏油，速度特性易受环境温度的影响。2.液压操动机构的工作原理 液压
24、操动机构采用差动原理，利用同一工作压力的高压油作用在活塞两侧的不同截面上测试作用力差，从而使活塞运动来驱动断路器进行分合闸操作。工作缸活塞和二级阀芯均按差压原理设计，一图 629 液压操动机构的工作原理 116 般在分闸侧常充有高压油，而在合闸侧则由阀系统进行控制，只有在合闸操作及合闸位置时才充入高压油，在分闸位置时与低压油箱连通。液压操动机构系统的工作原理如图 629 所示。工作缸活塞右侧分闸腔与储压器直接连通，因此，不论是在合闸位置还是在分闸位置，都处在常高压状态。活塞左侧合闸腔则通过阀来控制。当合闸时，电磁铁线圈受电产生磁力，打开合闸电磁阀（一级阀），使高压油进入二级阀操纵活塞的合闸腔，
25、操纵活塞推动二级阀的阀芯运动，于是关闭工作缸通往低压油缸的油路，打开高压阀口，使操纵活塞分闸腔的油从排油孔排出。储压器中的高压油进入工作缸活塞合闸侧，由于在活塞的合闸腔侧承压面积大于分闸腔侧承压面积，使活塞快速向右运动，实现合闸。当分闸时，合闸腔中的高压油泄至低压油箱，同时在分闸腔内高压油的作用下，活塞向左运动，实现快速分闸。液压操动机构是用油作为机械能传递的媒介，机械能是储存在储压筒内，目前，储压筒储存能量的方式主要有两种：利用氮气来储存能量，即在储压筒活塞的上部充人规定预充压力的氮气。氮气受压缩时就储存了能量。弹簧储能方式，即结构上使储压筒活塞与专用碟形弹簧相连。油泵打压时，被压的液压油推
26、动储压筒活塞压缩碟形弹簧储能。3.液压操动机构的闭锁防护功能（1）油泵超时运转闭锁功能。一般油泵运转超过 35min 时，时间继电器的常闭触点延时断开，切断电动机电源，停止打压。（2）防慢分闭锁功能。1）电气闭锁。当断路器和隔离开关处于合闸位置时，如果出现油压非常低，或降至零压时，将切断油泵电动机电源不会起动打压。2）慢分阀。有三种方法：将二级阀活塞锁住或加装防慢分装置；在三级阀处设置手动阀，当油压降至零压时，将手动阀拧紧，使油压系统保持在合闸位置；当油压重新建立后松开此手动阀；设置管状差动锥阀，该阀不论开关在分、合闸位置，只要系统一旦建立压力，不管压力有多大，该管状锥阀均产生一个维持在分、合
27、闸位置的自保持力。3）机械法。利用机械手段将工作缸活塞杆维持在合闸位置上，待机械故障处理完毕后，即可拆除机械支撑。（3）油压低闭锁功能。当油压降低至不足以保证断路器合闸或分闸时，利用微动开关使有关继电器励磁，断开合闸起动回路和分闸起动回路，从而实现分闸、合闸或重合闸闭锁功能。4.CY型液压操动机构（1）结构简介。CY3 系列液压操动机构如图 630 所示。该机构主要由机构箱、储压筒、阀系统、工作缸、油泵、控制板等组成。1）机构箱。机构箱是整个机构的支承基架和保护外壳，箱内左右两侧和上方开有 3个活门供检修用，上盖可以打开至 45。下部装有加热器，当环境温度低于 0时投入运行。左侧门上开有监视压
28、力表的孔。117 2）储压筒。储压筒上部内腔中（活塞上方）预充有一定压力的氮气。储压筒活塞杆处装有微动开关，分别起到油泵启动与停止、合闸闭锁、分闸闭锁、重合闸闭锁、压力降低发告警信号等作用。3）阀系统。阀系统由滤油器、放油阀、操动阀组成。操动阀放在油箱中，箱内有 10号航空液压油。4）工作缸。工作缸和活塞为高强度耐磨元件，活塞左端接高压油，运行时，活塞左端始终保持常高压，活塞右端接操作管，高压油经合闸回路进入活塞右端。根据差动原理，活塞向左运动，通过水平拉杆带动断路器合闸。当右侧合闸回路中压力释放后，活塞在常高压作用下，向右运动，带动断路器分闸。5）油泵。油泵是双柱塞式的，柱塞是打压元件，柱塞
29、与阀座为滑动配合，电动机带动油泵工作时，低压油经单向阀进入阀座内腔，曲轴转动时，滚珠轴承推动柱塞向阀座运动，于是腔内的油被挤压，并将另一侧单相阀（高压侧）打开，油经阀口进入高压油管，单相阀打开，液压油经管道进入储压筒中储存起来。曲轴转动一周，两柱塞各工作一次。6）控制板。控制板上装有辅助开关、接触器、中间继电器、电接点压力表，接线端子排等。（2）动作原理。1）机构储能。油泵电机的电路接通后，油泵 3 开始始运转，油箱中的低压油经滤油器 2 进入油泵，高压油进入储压筒 7 内。当储压筒活塞杆使停泵位置微动开关动作时，油泵停止运转，储能过程结束。运行中，当储压筒活塞杆向下位移至起泵位置使微动开关动
30、作时，油泵自动运转补压。由于在电路中没有油泵零压闭锁，在零表压时油泵不能自启动打压，为此须人为地将闭锁回路临时短接一下（或者人为地按动）。图 630 CY3 系列液压操动机构 l、4、6、8、9、11、2l、25、26管道；2过滤油；3油泵；5、17逆止阀；7储压筒；l0管接头；12一级控制阀；l3工作缸；14活塞；15一级启动阀；16泄油孔；18二级启动阀；19二级阀钢球；20、24排油孔；22分闸阀钢球；23保持阀；27合闸电磁铁；28分闸电磁铁；29电触点压力表；30微动开关；31辅助开关；32高压放油阀 2）合闸及合闸自保持。118 如图所示，当合闸电磁铁 27 接到合闸命令或者手按铁
31、心按钮时，合闸电磁铁的可动铁心向下运动，推动合闸一级启动阀 15 的阀杆运动，先堵住阀座下排油孔 16，然后打开一级球阀，于是从合闸控制油管 11 来的高压油通过被推开的球阀阀口，并经内部通道推交流接触器的动铁心。当油压高于低压力异常闭锁压力时，油泵的起停才能自动进行。开合闸保持逆止阀 17。高压油进入二级阀的锥阀心 18 的上部，推动该锥阀心高速向下运动。它首先预封住阀座上排油孔 20 的通路，然后推开下球阀心 19。上锥阀心 18 利用其锥面密封住二级阀的上阀口，并堵住排油回路。从合闸进油管 9 来的高压油经二级阀的下阀口和管路 25 进入工作缸 13 的合闸腔（无活塞杆的一侧）。这时，工
32、作缸活塞两端均受到相同压强的高压油作用，由于合闸侧受压面积大得多，使该活塞向合闸方向运动，直到合闸终了为止。此时，辅助开关 3l 也完成了切换，合闸电磁铁失电，合闸一级阀在其复位弹簧力作用下返同，合闸一级阀腔中的高压油通过排油孔 16 泄放。同时，由于高压油自保持回路的作用，操动机构得以保持在合闸状态。合闸二级阀的锥阀芯 18 所处的位置，决定了断路器是处于合闸还是分闸状态。为了保持合闸状态，必须使二级阀锥阀芯处于合闸位置，即在合闸操作后，该锥阀芯上部必须始终保持有高压油作用，以保证使该二级阀的下阀口打开，而上阀口关闭。为了防止由于慢性渗漏使锥阀芯上部的油压降到零，机构设置了自保持的高压油补充
33、回路。它是由油管 26、带 0.5mm 节流孔的接头、保持阀 23 和油管路 21 等部件组成，借此来实现合闸自保持。3）分闸。当分闸电磁铁 28 接到分闸命令或者手按分闸按钮时，分闸电磁铁 28 的动铁心推动分闸一级阀的阀杆向下运动，从而使分闸阀钢球 22 阀口打开。合闸保持回路的高压油经管路 21 和分闸一级阀阀口，通过阀座上排油孔 24 排放到低压油箱中。二级阀芯 18 在其下部高压油作用下立即向上返回，先将上阀口打开，工作缸 13 合闸侧腔内的高压油经管路25 和上阀口以及阀座上的排油孔 20 排泄到低压油箱中。工作缸活塞在分闸侧高压油作用下向分闸方向运动，最终完成分闸操作。同时，辅助
34、开关 31 也完成切换，将分闸电磁铁的电路断开。在二级阀上阀口打开的同时，二级阀钢球 19 在其复位弹簧作用下，迅速将下阀口关闭，使高压油不会过多地被泄放掉。4）合闸闭锁。当储能装置的油压已不够合闸时，储压筒活塞下移，当降到闭锁合闸的微动开关时，微动开关触点闭合，合闸闭锁继电器动作，切除了合闸控制同路。另外当储压筒氮气漏气，氮气压力异常降低或由于某种原因油压不正常升高时，压力表接点闭合，启动有关继电器，从而切除合闸同路及油泵电动机电源回路。5）分闸闭锁。当储能装置的油压降低已不满足分闸要求时，储压筒活塞杆下移，当降到闭锁分闸的微动开关时，微动开关接点闭合，分闸闭锁继电器随之动作，从而切除分闸控
35、制回路。如上所述，如油压异常升高或降低以及氮气漏失，则电接点压力表动作，同样切除分闸回路及油泵电动机电源。119 6 集成化液压操动机构 图 631 集成化液压操动机构的动作原理 1工作缸；2活塞；3换向阀；4液泵组件；5液压泵；6油箱；7电动机；8油位计；9安全阀；10蓄能器；11高压氮气；12油压开关；13油压表；14分闸线圈；15合闸线圈；16分合指示器；17断路器 集成化液压操动机构是为满足断路器需要操动机构提供较小操作功率而设计的，它不仅体积缩小，且实现了功能元件的模块化。机构外部无配油管，元件小型化，各主要部件 集成化，减少了泄漏点，实现了产品高质量，机构无外漏，操作噪声低，更方便
36、检修。集成化液压操动机构的动作原理。如图 631 所示（1）分闸动作。接到分闸命令，分闸线圈 14 受电励磁，换向阀 3 向右移动。由于换向阀的移动，活塞 2 上侧的高压油排出。蓄能器 10 向活塞 2 下侧充入高压油，借助油压作用下，活塞向分闸方向高速移动，进行分闸动作。活塞两侧的压力差使活塞可靠地保持在分闸的位置。（2）合闸动作。接到合闸命令，合闸线圈 15 受电励磁，换向阀 3 向左移动。换向阀的移动，使蓄能器 10 的高压油流入活塞 2 的上侧，进行合闸动作。尽管活塞上下两侧都充满了高压油，由于活塞杆上下两侧横截面积差导致的压力差，活塞 2 向下快速移动，完成合闸动作，并可靠地保持在合
37、闸位置（具有固有的失压防慢分功能）。120 7.第二代液压操动机构弹簧贮能液压机构（2）AHMA 弹簧贮能液压操动机构工作原理。AHMA 弹簧贮能液压操动机构将全部液压元件汇集在高压区，各部件环绕中央高压区主轴排列，结构十分紧凑，取消了外部联接管路，其构造如图 632 所示。AHMA 弹簧贮能液压操动机构其工作过程如图 633 所示：1）充压。液压泵 8 将油加压输送到高压蓄压器（又称蓄压缸）14，蓄压器的贮能活塞 5 与组装碟形弹簧圆柱 1 联接。依靠弹簧的压缩行程指示弹簧圆柱的贮能状态，通过控制杆 10 带动液压泵控制系统的小开关。液压泵与高压蓄压器之间装有逆止阀，防止停泵时压力下跌。2）
38、合闸。工作活塞 3 带有操作杆的一侧是常充压的，工作活塞顶端侧与低压贮油箱 13 联接，由于一端常充压就能可靠地保持在分闸状态。当合闸导向阀 7b 动作，主阀 6 切换，隔绝工作活塞顶端侧与低压贮油箱通路，同时将高压蓄压器 14 与工作活塞顶端侧接通，工作活塞两端都接入高压系统，由于工作活塞顶端侧面积是盘形，大于工作活塞带操作杆侧的环形面积，工作活塞就移动到合闸位置。在工作活塞停留在关合位置期间，液压系统一直处在工作压力状态下，关合力一直存在，断路器不会受振动或其他原因分闸，机械闭锁 15 由液压力控制，防止当压力下跌时处在合闸位置的工作活塞向分闸方向移动。3）分闸。当分闸导向阀 7b 动作，
39、主阀 6 转换到初始位置，工作活塞顶端侧液压介质流向低压贮油箱 13，工作活塞即移动到分闸位置。合闸和分闸的操作速度，可通过功能各自独立的节流丝杆来调节。4）其他。用机械方法操作的安全阀 12 来防止弹簧贮能过度和高压油系统压力过高，从贮能活塞 5 的位置来控制各种操作程序的联锁接点。图 632 弹簧贮能液压操动机构结构图 1盘形弹簧柱；2固定皮革；3高压部件；4控制阀；5油泵；6电动机；7压力释放螺栓；8耦合器；9连接法兰；10外罩；11油量表；12断路器位置指示器；13连接插座 121 图 633 中等功率和大功率操动机构 1碟形弹簧圆柱；2拉紧螺栓；3工作活塞；4高压部件；5贮能活塞；6
40、主阀；7a控制线圈；7b导向阀；8液压泵；9电动机；10控制连杆；11辅助开关；12安全阀；13低压贮油箱；14高压蓄压缸；15防失压慢分闭锁；16放油阀；17压力释放阀；18连接轴；19连接法兰；20罩壳 电气控制回路由插入式触子引出，辅助开关 11 由工作活塞机械联动。可在外部直接观察到工作活塞 3 是在分闸或合闸位置，弹簧组装柱 1 是在贮能状态还是释能状态。五、压缩空气操动机构 1.结构和特点 2.动作原理 气动合闸、弹簧分闸的气动机构原理，如图 634 所示。合闸时，电磁铁 1 通电，铁芯推动启动阀 2的顶杆把阀口打开，使压缩空气通过保持阀 3 及复归阀 8 而将中间阀 4 打开。压
41、缩空气通过调节螺钉 5 上端的孔口进入工作阀活塞的下面，推动活塞向上运动而使断路器合闸。在合闸过程中，若合闸信号提前撤除，则保持阀的球向上封住阀口而保证合闸过程继续进行到底。合闸完毕时，工作阀 7 的活塞打开通向复归阀的孔口，使复归阀的活塞向右运动，中间阀活塞上部的压缩空气通过复归阀排向大气，中间阀复位，工作阀活塞下的压缩空气通过阀下部的排气口排出，活塞下落复位。3.CQ6 型气动操动机构 CQ6 型气动操动机构是由活塞和气缸组成的驱动机构，还包括控制压缩空气补给的控图 634 气动机构原理图 l电磁铁；2启动阀；3保持阀；4中间阀；5调节螺钉；6缓冲垫；7工作阀；8复回阀 122 制阀、由电
42、信号操纵的合闸和分闸电磁铁，以及合闸弹簧、缓冲器、分闸保持掣子、脱扣器等其他零件组成。CQ6I 型气动操动机构配用于 252kVSF6断路器或 GIS，每极断路器均装有一个机构箱，机构箱装有气动操动机构和压缩空气罐，各极断路器的压缩空气罐之间用 22mm 的铜管连通，以维持压力一致，压缩空气由中间极机构箱内空气压缩机组提供。每台断路器既可进行单相操动，又可进行三相电气联动。CQ6型气动操动机构配用于 126kVSF6断路器或 GIS，每台断路器在中间相装设一个机构箱。机构箱装有气动操动机构、空气压缩机组和压缩空气罐。断路器三相动作靠机构箱内的传动部件实行三相机械联动。（1）分闸操作 断路器在合
43、闸位置时，圆柱阀被凸轮拐臂压在最低端且由掣子 1 锁住，从而将压缩空气封闭在储气罐中。由于装在圆柱阀上的弹簧的作用，掣子 1 受到一个逆时针的力矩，但其同时又被掣子 2 锁住，如图 635（a）所示。分闸操作的动力是由储存在储气罐中的压缩空气供给的。打开圆柱阀，压缩空气进入气缸，气缸内的活塞向下运动，使触头分开。分闸动作过程如下：分闸线圈通电，分闸线圈的铁心杆向下运动，撞击掣子 2，掣子 2 是由二个连杆和三个销钉组成，标白点的一个销钉连接两个连杆，标黑点的二个销钉分别将两个连杆固定在机架上。掣子 2 的右侧的连杆在分闸线圈铁心杆的撞击下将顺时针转动，左侧的连杆则逆时针转动，则掣子 1 与掣子
44、 2 间的啮合被释放，如图 635（b）。当掣子 1 被解脱时，圆柱阀便不受约束从而靠弹簧力打开。储气罐中的压缩空气流入气缸。压缩空气使活塞向下运动，带动触头分闸，如图 635（c）。在分闸过程的末期，圆柱阀又被与活塞连在一起的凸轮拐臂压回最低端并被掣子 1 123 图 635 CQ6（AM）操动机构动作原理（a）合闸位置；（b）分闸过程；（c）分闸位置 锁住。这样，圆柱阀便返回到合闸位置，气缸中的压缩空气通过排气口排出。最后，销钉“A”被分闸保持掣子锁住，断路器被保持在分闸状态。在分闸位置时，断路器是通过连接在机架上的分闸保持掣子在机械上锁住。分闸保持掣子受到由合闸弹簧力产生的逆时针方向的力
45、矩作用，同时，又与脱扣掣子和自身轴销构成“死点”结构产生顺时针方向的力矩，保持断路器的分闸位置。在分闸过程中，合闸弹簧被压缩储能，为下一次的合闸做好了准备。（2）合闸操动 合闸操作的动力是由合闸弹簧供给的。分闸保持掣子解脱后，活塞在合闸弹簧的作用下向上运动，带动触头合闸。合闸动作过程：合闸线圈通电，合闸线圈的铁心杆向下运动，撞击脱扣掣子。脱扣掣子与分闸保持掣子的啮合被解脱。分闸保持掣子逆时针转动，销钉“A”从分闸保持掣子的约束中释放。活塞和触头在合闸弹簧力的作用下向上运动完成合闸。（3）防跳装置 在 CQ6型操动机构上装有一个机械防跳装置。防跳装置的原理如图 636 所示，其动作构成如下：分闸
46、保持掣子锁住销钉“A”，使断路器保持在分闸位置。销钉“A”与操作杆连在一起，合闸弹簧的反力作用在其上，这样，销钉“A”便给分闸保持掣子一个逆时针的转矩，但同时该掣子还被脱扣掣子通过滚轮锁住。当合闸线圈被合闸信号励磁时，铁心杆带动脱扣杆撞击脱扣掣子，使它逆时针方向转动，解脱了对分闸保持掣子的约束，分闸保持掣子便在合闸弹簧的反力作用下逆时针转动，销钉“A”被解脱，断路器合闸。同时，铁心杆通过脱扣杆压下防跳销钉。滚轮推动脱扣掣子的回转面，使其进一步逆时针转动。从而，脱扣掣子使脱扣杆顺时针转动，如图 636（b）所示，从防跳销钉上滑脱，而防跳销钉使脱扣杆保持倾斜状态，如图 636（c）所示。如果断路器
47、此时得到了意外的分闸信号而开始分闸，销钉“A”便会向下运动，分闸 图 636 防跳装置（a）分闸；（b）在合闸线圈励磁下开始合闸；（c）存合闸线圈励下合闸；124 d）在合闸线圈不被励磁下合闸；（e）在合闸线圈被励磁下分闸（防跳位置）1合闸线圈；2铁心；3滚柱；4固定插销；5销子 A；6触发器；7防跳杠杆；8防跳销子；9弹簧 保持掣子在复位弹簧作用下顺时针转动锁住销钉“A”。然后，分闸保护掣子本身又被脱扣掣子锁住。在这一过程中，只要合闸信号一直保持，脱扣杆由于防跳销钉的作用始终是倾斜的，从而铁心杆便不能撞击脱扣掣子，因此，断路器不能重复合闸操作，实现防跳功能。如图636（e）所示。当合闸信号解
48、除时，合闸电磁铁失磁，铁心杆通过电磁铁内弹簧返回，则铁心杆和脱扣杆均处于图 636（a）的状态，为下次合闸作好了准备。AM 型与 CQ6 型气动操动机构的结构和动作原理完全相同。六、新型操动机构 1.永磁操动机构 永磁操动机构不同于电磁机构和弹簧机构，它是一种崭新的用于真空断路器的操动机构。它利用电磁铁操动，永久磁铁锁扣，电容器储能，电子器件控制。在进行分、合闸操作时，储能电容器向分闸或合闸线圈放电，使其受电励磁，从而产生电磁吸力驱动动铁心运动。利用永久磁铁产生保持力，而不需任何机械能，就可将真空断路器保持在分、合闸位置上。电容器提供的巨大脉冲能量，够一次重合闸之用。永磁机构的控制采用现代的电
49、力电子技术构成电子控制单元。一般采用接近开关来检测开关的分、合闸状态。永磁机构大致可分三种：双线圈式永磁机构、单线圈式永磁机构及分磁路式永磁机构。（1）双线圈式永磁机构。双线圈式永磁机构的特点是采用永久磁铁使真空断路器分别保持在分闸和合闸的极限位置上，使用励磁线圈将机构的铁心从分闸位置推动到合闸位置，使用另一励磁线圈将机构的铁心从合闸位置推动到分闸位置。其特点是：由于机构在进行合闸时，不需给分闸提供能量，合闸能量较小，合闸线圈线径较细，需要的电源电流小。机构在合闸位置时，永久磁铁只需提供克服触头弹簧的力，而不包括分闸弹簧的力。（2）单线圈式永磁机构。单线圈式永磁机构也是采用永久磁铁使真空断路器
50、分别保持在分闸和合闸的极限位置上，但分闸、合闸共用一个励磁线圈。合闸的能量主要来自励磁线圈，分闸的能量主要来自分闸弹簧。其特点是：分闸是靠分闸弹簧和触头弹簧释放的能量，可以通过调整分闸弹簧来调整分闸特性。分闸的弹簧输出特性可与断路器所要求的速度特性一致。分、合闸共用一个操作线圈，结构较简单，体积较小，更适合户外封闭式箱体内安装。（3）分离磁路式永磁机构。分离磁路式永磁机构就是把分闸、合闸和保持磁路分开，使用这种方法能优化磁路，永久磁铁只用于保持合闸位置。其特点是：该类型机构在永久磁铁所产生的合闸保持力方面表现出了优越的性能。由于双工作气隙较短的导磁回路，使该机构能用较少的永磁材料提供较大的合闸