七、高压断路器的操动机构

一、简答题

1．高压断路器的操动机构由几部分组成，它们的作用是什么？

操动机构的组成和它们的作用如下：

(1)能量转换机构

它把执行操作的赋能变成机械能，使操动机构按规定的目的发生机械运动，这种机构如电磁铁、电动机、液压转动工作缸、压缩空气工作缸等。当然，最简单的是人力，但随着断路器容量的加大及自动化水平的提高，依靠人力操作已不能满足运行工作的要求了。

(2)联动机构

它把能量转换机构所变成的机械运动能用来促使断路器的动触头发生按操作目的的规定动作。这种机构多由四边形连杆机构、拐臂、拉杆等组成。

(3)保持机构

它使操动机构完成的操作得以保持，不因瞬时命令信息的消失而不能完成规定目标的任务，这种机构由动作灵活的机械卡销等组成。

(4)释放机构

它接受操作人员和继电保护系统的命令信息，对保持机构进行反作用，即解除保持。从而使断路器的跳闸弹簧释放能量，使断路器分闸。它由电磁线圈推动可动铁芯，由可动铁芯打动保持卡销使保持解除，或者由电磁阀启动分闸油路或气路来实现。

2．断路器操动机构按工作能量形式的分类有几种？

根据能量形式不同分以下几类

（1）CS：手动操动机构

（2）CD：电磁操动机构

（3）CT：弹簧操动机构

（4）CJ：电动操动机构

（5）CQ：气动操动机构

（6）CY：液压操动机构

3．论述断路器各种操动机构特点？

断路器的操动机构主要有电动弹簧储能机构、电磁操动机构和液压操动机构。对于机械电动弹簧储能机构，它所暴露出来的缺点是机械结构十分复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。对于电磁操动机构，其结构复杂程度和工作可靠性比电动弹簧储能机构要有所改善，但其致命的问题是

合闸线圈消耗功率太大，要求配置价格昂贵的蓄电池组，以及电磁机构结构笨重，动作时间较长。液压机构致命的缺点是密封问题。统计资料表明：设备故障中有70％－90％以上为操动机构的机械故障。因此必须对操动机构进行改进，以提高断路器的可靠性和免维护水平，以及实现开关设备的自动化、远动化和智能化。

真空断路器所配套的操动机构主要有两类，一类是电磁机构，另一类是电动弹簧机构。从国外的产品发展趋势看，  10 kV以下的真空断路器还是以采用电磁机构为主，而    10 kV以上的真空断路器以采用电动弹簧机构为主。随着真空断路器的迅速发展，对配套使用的弹簧操动机构有了更高的要求。早先的电磁操动机构，因合闸功率大、合闸速度低等逐渐被弹簧操动机构取代。C T8是我国开发研制的第一代弹簧操动机构产品，在此基础上，衍生出CT10、CT12等弹簧操动机构，得到了广泛的推广使用。20世纪七八十年代，我国还没有适合于真空断路器使用的长寿命弹簧操动机构。 1992年以后发展了几种长寿命弹簧操动机构，我国开发第二代CT17，CT19等新一代弹簧操动机构。它们的输出特性与真空断路器的反力特性能有较好的匹配，输出功能满足大容量真空断路器的要求，机械寿命已达到 3 0 000次。多数真空断路器用的操动机构（包括电磁机构和弹簧机   构）是集中布置的，即机构被设计成的元件，自成一体，这样做便于操动机构的集中生产，有利于保证产品质量。

4．电磁操动机构有哪些优缺点？

电磁操动机构是利用合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁心，撞击合闸四连杆机构进行合闸的，其合闸能量完全取决于合闸电流的大小。因此这种操动机构要求的合闸电流一般都很大，运行中的有68A、97．5A、98A三种。该机构的主要优缺点如下：

（1）优点

     ①结构简单，加工容易。

     ②可遥控操作和自动重合闸。

     ③机构输出特性与本体反力特性配合较好。

（2）缺点

     ①合闸电流大，要求大功率的直流电源。

②由于合闸电流大，一般的辅助开关、中间继电器触点等很难投切这么大的电流，因此，必须另配直流接触器，利用直流接触器的带消弧线圈的触点来控制合闸电流，从而控制合、分闸。

③动作速度低，合闸时间长，电源电压变动对合闸速度影响大。

     ④耗费材料多。

     ⑤由于户外式变电所开关的本体和操动机构一般都组装在一起，这种一体式的开关一般只具备电动合、电动分和手动分的功能，而不具备手动合的功能，因此，当机构箱内出现故障而使断路器拒绝电动合闸时，就必须进行停电，打开机构箱进行处理。否则将无法正常送电。而弹簧操动机构则具备电动储能、电动合、电动分，以及手动储能、手动合。手动分的功能，弹簧操动机构即使出现拒绝电动合闸的情况，也可就地手动合闸送电，而不需立即进行停电处理。这是弹簧操动机构优于电磁操动机构的地方。

尽管电磁操动机构存在以上缺点，但运行时却非常稳定，由于其结构简单的优点，使得电磁操动机构机构箱出现故障而使断路器拒绝电动合分闸的情况很少发生。

5．液压操动机构是由哪几部分组成的？它们的作用是什么？

液压操动机构组成部分及其它们的作用是：

（1）储能部分

由储压器、油泵与电动机组成。

储压器是充有高压力气体（氮气）的容器，能量是以气体压缩能的形式储存。

油泵和电动机供储压器储能使用。电动机带动油泵向储压器压油（打压），使

气体压缩，所以机构的能源仍然来自电源。

（2）执行元件

执行元件是工作缸，它把能量转变为机械能，推动断路器完成分、合闸操作。

（3）控制元件

控制元件为各种阀门，用以实现分、合闸的控制、连锁与保护等要求。

（4）辅助元件

辅助元件包括低压力油箱、连接管道与油过滤器、压力表、电器等。

6．试述CY-3液压操动机构的合闸和分闸工作过程。

1）合闸过程  

合闸电磁铁通电，合闸控制阀4动作，关闭了通向低压油箱的小孔a，打开阀4的钢球，使高压油通过单向阀6后分成两路：一路通向主控阀活塞的上方，使活塞动作，顶开钢球5，同时关闭了通向低压油箱的小孔b，高压油经过5进入工作缸的右侧，推动断路器合闸。另一路高压油通过单向阀6及小管d，进入分闸控制阀8使之闭锁。

在合闸电磁铁断电后，合闸控制阀4及单向阀6关闭，而主控阀5依靠节流孔10、小管c、单向阀7、小管d进来的高压油使其活塞及钢球维持在打开位置，工作缸与断路器维持在合闸状态。

2）分闸过程  

分闸电磁铁通电，打开分闸控制阀8，主控阀活塞上方的高压油经小管d与孔e泄放，主控阀关闭。工作缸右侧的高压油经小孔b流入油箱，而此时左侧仍接高压油，因此活塞向右方推动完成断路器的分闸操作。

CY-3液压操动机构，它的工作缸的位置低于油箱，依靠油的高度差维持工作缸的低压油的压力。因而这个机构的液压系统只需要一个高压力的油系统（由储压器供给）。而有些液压机构的工作缸位置高于油箱，为了维持工作缸的低压油就需要另一个低压油系统。

7．液压操动机构的优缺点是什么？

液压操动机构的优点：

1）体积小操作力大，需要控制的能量小

液压操动机构的工作压力高，一般在20MPa~30MPa左右，比气动操动机构的气体压力高几十倍。

因此在不大的结构尺寸下就可以获得几吨或几十吨的操作力而且控制比较方便。特别适宜于110kV以上的高压和超高压断路器。 

2）操作平稳无噪声 

相对于气动弹簧操动机构这也是一个很大的优点。

3）油具有润滑保护作用

4）容易实现自动控制与各种保护。

液压操动机构的缺点：

1）液压操动机构的结构比较复杂；

2）零部件加工精度比较高；

3）油系统工作压力比较高；

4）运行维修技术的要求也比较高。

8．液压操动机构维修、调整基本常识有哪些？

1）检修机构时，应十分注意机构的清洁度。

2）环境温度过低时，应起动加热器，以保证液压油的流动性，否则将影响断路器的分、合闸速度及密封的可靠性。一般情况下，加热器在0℃时投入，10℃时切除。

3）正常情况下，油泵每天启动一次，若起动次数过多，说明高压油路渗油过快，密封损坏，要及时修理。

4）贮压器的压力是微动开关ST的位置保证的，压力表的读数仅供参考。

5）断路器在正常工作中，若机构失压，可采用机械闭锁工具（如卡板）卡在水平连杆的接头上，使断路器维持在合闸状态，再检修机构。

6）机构的空载调式应注意下列事项：

①液压系统内存有气体时，会使机构的速度、时间特性不稳定，油泵打油时间长。

②检查贮压器中预存氮气的压力。

③检查贮压器活塞杆行程，一般为（182±2）mm。

④检查压力控制系统，调整各微动开关，使之能按规定压力可靠分合。

⑤油泵打压时间（从零压升到规定停止压力）不应超过三分钟。

⑥在零压时启动油泵，当油压达到氮气预压力时，按分、合闸按钮就可实现慢分、慢合。慢分、慢合操作用于检查工作缸活塞动作是否平衡，并测量工作活塞行程是否为（132±1）mm。

⑦进行电动快速分、合闸操作，检查电磁阀系统工作的可靠性。

⑧机构应进行密封检查。

⑨机构进行高压力强度检查。

7）开关在合闸位置，打开放油阀，工作缸活塞杆伸出长度的缩短应不超过2mm。

8）检修工艺及标准应按规程进行。

二、填空题

1．高压断路器依靠所配属的（操动机构）完成分、合闸操作。

2．操动机构接受（变电所控制室）或（遥控调度站）的命令信息，使断路器进行分、合闸操作。

3．接受继电器保护的命令信息，使断路器进行（保护性）分闸以切除故障。

4．能量转换机构它把执行操作的赋能变成（机械能），使操动机构按规定的目的发生机械运动。

5．联动机构它利用能量转换机构变成的（机械运动能），用来促使断路器的动触头完成按操作目的要求的规定动作。

6．联动机构多由（四边形连杆机构）、（拐臂）、（拉杆）等组成。

7．保持机构它使操动机构完成的操作得以保持，不因瞬时命令信息的消失而不能完成规定目标的任务，这种机构由动作灵活的（机械卡销）等组成。

8．释放机构它接受（操作人员）和（继电保护系统）的命令信息，对保持机构进行反作用，即解除保持。从而使断路器的跳闸弹簧释放能量，使断路器分闸。

9．操动机构分类根据能量形式不同分（手动操动机构）、（电磁操动机构）、（弹簧操动机构）、（电动操动机构）、（气动操动机构）和（液压操动机构）。

10．断路器的全部使命，归根结底是体现在触头的分、合动作上，而分、合动作又是通过（操动机构）来实现的。

11．因此（操动机构）工作的优劣，对高压断路器的工作性能和质量的优劣以及可靠性起着极为重要的作用。

12．自由脱扣的含义是：断路器合闸过程中如操动机构又接到（分闸）命令，则操动机构不应该继续执行合闸命令而应立即（分闸）。

13．靠手力直接合闸的操动机构称为（手动操动）机构。

14．当断路器关、合有预伏短路故障电路时，不论操动机构有无自动脱扣，断路器都应自动分闸。此时若合闸命令还没有解除（如转换开关的手柄或继电器还末复位），则断路器分闸后又将再次短路合闸，紧接着又会短路分闸。这样有可能使断路器连续多次分、合短路电流，这一现象称为（“跳跃”）。

15．利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构称为（弹簧操动）机构。弹簧储能通常由电动机通过（减速）装置来完成。

16．电磁操动机构是利用（电磁铁）作为断路器合闸和分闸的操作动力。

17．气动操动机构是利用（压缩空气）作为能源的操动机构称为气动操动机构。

18．标志操动机构能力大小的主要指标是（输出的机械功）。

19．液压操动机构是利用（液压油）作为动力传递的介质。

20．液压操动机构的操动方式有两种：（直接驱动式）和（储能式）。

三、判断题

1．一种型号的操动机构可以操动几种型号的断路器。                    （ +）

2．一种型号的操动机构只可以操动与之对应型号的断路器。              （  ）

3．一种型号的断路器也可以装配不同型号的操动机构。                  （ +）

4．一种型号的断路器不可以装配不同型号的操动机构。                  （  ）

5．空气断路器的操动机构常与断路器结为一体，不再做成产品。      （ +）

6．空气断路器的操动机构常常做成产品出售。                      （  ）

7．为了减少分闸的能量，达到快速分闸、简化继电器保护回路的要求，在操动机构中应有分闸省力机构。                                                （ +）

8．为了减少分闸的能量，达到快速分闸、简化继电器保护回路的要求，在操动机构中不应再有分闸省力机构。                                          （  ）

9．手动操动机构必须具有自动脱扣装置，才能保证及时开断短路故障，以保操作人员的安全。                                                         （ +）

10．手动操动机构不具有自动脱扣装置，才能保证及时开断短路故障，并保证操作人员的安全。                                                         （  ）

四、选择题

1．关于液压操动机构的缺点，下列说法中错误的是

A、液压操动机构的结构比较复杂；

B、液压操动机构的结构零部件加工精度较低           *

C、油系统工作压力比较高

D、运行维修技术的要求也比较高

2．关于液压操动机构维修、调整下面说法中错误的是

A、检修机构时，应十分注意机构的清洁度

B、环境温度过低时，应起动加热器，以保证液压油的流动性，否则将影响断路器的分、合闸速度及密封的可靠性

C、正常情况下，油泵每十天启动一次，若起动次数过多，说明高压油路渗油过快，密封损坏，要及时修理                             *

D、断路器在正常工作中，若机构失压，可采用机械闭锁工具（如卡板）卡在水平连杆的接头上，使断路器维持在合闸状态，再检修机构。