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高压断路器弹簧操动机构讲座 西安交通大学 刘志远 本讲座力图用浅显易懂的方式向读者介绍设计性能良好的高压断路器弹簧操动机构可 采用的方法和应注意的问题。为此本讲座从如下几个方面展开： （1）高压断路器与弹簧操动机构－性能良好的高压断路器弹簧操动机构需要具备哪些条 件。 （2 ）典型弹簧操动机构介绍－现有的弹簧操动机构产品中哪些值得学习和借鉴。 （3 ）弹簧操动机构的分析方法－如何分析一个弹簧操动机构的性能。 （4 ）弹簧操动机构关键部件的设计方法－凸轮机构、分合闸弹簧、脱扣机构、缓冲器和储 能机构设计，掌握和了解必威体育精装版的设计思路。 （5 ）弹簧操动机构的优化－让我们设计出性能良好的高压断路器弹簧操动机构。 一. 高压断路器与弹簧操动机构 本节将回答如下问题：什么样的高压断路器弹簧操动机构是“性能良好”的。为了回答 这个问题，我们按照如下的思路进行分析： （1） 一个“性能良好”的高压断路器操动机构需满足哪些要求。 （2 ） 弹簧操动机构与其它典型操动机构相比有哪些优势和不足。 （3 ） 弹簧操动机构的设计中应考虑哪些问题。 1.1 一个好的高压断路器操动机构应达到的要求 1.1.1 引言 交流 3kV 及以上电力系统中使用的断路器称为高压断路器，它是电力系统中最重要的 控制和保护设备。概括地讲，高压断路器在电网中起着两方面的作用：第一，控制作用。根 据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。第二，保护作用。 高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中无 故障部分正常运行。总之，高压断路器能够开断、关合及承载运行线路的正常电流，在规定 时间内承载、关合及开断规定的异常电流，如过载电流和短路电流。[1] 断路器的种类很多，按灭弧原理分有油断路器、压缩空气断路器、SF 断路器、真空断 6 路器等。目前常用的是少油断路器、真空断路器和SF6 断路器，它们可以选用不同的操动机 构。操动机构把势能贮存在一些弹性元件中，贮能时可以用一个小功率的能量源通过稍长时 间的贮能来进行。根据贮能方法的不同，操动机构有电磁操动机构、弹簧操动机构、压缩空 气操动机构和液压操动机构等。触头的分合动作靠操动机构来带动。 断路器操动机构的主要作用是使触头合或分。初看上去这似乎是一个简单的要求，但是 断路器在整个使用期限内的绝大部分时间内处于闭合位置，承载额定电流，而一旦需要就立 即动作，不允许有任何多余的延迟，满足这样要求的断路器操动机构就不象原来想象的那样 [2]事实上对断路器操动机构的要求很难在其它的机构中找到，例如锁扣上的载荷非常 简单。 大，磨擦对机构动作时间产生严重影响，可大大降低整体性能，所有这些因素都对操动机构 设计都产生直接的影响。[3] 不仅如此，作为电网主要保护和控制元件的高压断路器，其动作可靠性是极为重要的。 这就要求断路器在各种自然环境、各种线路条件下都能可靠地开合电路；要求断路器具有一 定的机械寿命和电气寿命。断路器该动不动，不该动时误动作都会给电力系统带来巨大的损 失。据国际大电网会议的调查[4] ，操动机构是造成断路器故障的主要原因。因此提高操动机 构的可靠性有很重要的意义。 断路器操动机构的机械故障比之其它可动设备，例如电机的机械故障多得多。主要是由 断路器操动机构的下列特点造成的：[5] （1）从结构上来看，旋转电机的转子依靠轴承的支 持而转动，运动环节少，机械效率高；而断路器操动机构从机械上分析常是不够合理的，如 润滑系统差，动作环节多等。（2 ）从工作情况看 ，电动机通常是连续运转的，机械隐患容 易发现；而断路器操动机构常年处于不动的状态，有些断路器一年也只动作一二次，隐患不 易发现。（3 ）从工作环境看，电动机多数在户内工作；而高压断路器及其操动机构大部分在 户外工作，寒冬酷暑、雨雪污秽，条件比较恶劣。（4 ）从设备种类看，断路器操动机构类型 太多，同类型的各种产品在结构上 也有很大差异，因此在制造和维修方面积累经验比较困 难。 由此可以看出，断路器对操动机构的要求是很高的。那么，断路器对操动机构有哪些具 体的要求，一个