一种高压双稳态侧动式高速真空断路器的制作方法

本发明属于高压电气设备领域，具体涉及一种高压双稳态侧动式高速真空断路器。

背景技术

随着电网结构和负荷特性日益复杂，连接在电力系统的许多敏感性电负荷，极易受到来自电力系统短时扰动的影响，如电压跌落和电压突升现象，因而对电能质量和运行可靠性提出了愈加严格的要求。因此，为保护敏感性的重要工业负荷以及提高电力系统的电能质量，需要保护性器件高压断路器具有很高速度的合、分闸特性，即非常短的合、分闸时间。

目前高压断路器普遍采用弹簧操动机构、电磁操动机构、永磁操动机构或液压操动机构为合闸或分闸提供动力，它们的合闸时间一般为40ms～60ms，分闸时间一般为20ms～40ms。最短的分闸时间也要大于20ms，而故障电流持续的时间越长对电网的冲击和设备的损坏程度就会越强，合闸时间延长对电气元件的损坏也很大，因此采用上述传统操动机构的高压断路器均难以实现快速合、分闸的要求。

国内应用过电磁斥力原理的快速断路器，多为采用碟簧双稳态结构，分合闸需先克服碟簧的巨大储能，因此需要很高的直流电压，产生巨大的推斥力，造成体积增大，斥力盘断裂，更容易导致严重的合闸反弹和触头损坏。

以上情况，导致产品性能不佳，寿命大大折扣，达不到产业化要求，国内目前多以理论研究为主。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，该真空断路器具有合闸速度适中、稳定无反弹，分闸速度高、无弹跳，合闸失败自动分闸机构，运动部件质量小，斥力盘出力大，结构紧凑，成本低等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，包括固封极柱部分和箱体部分，所述固封极柱部分设置在箱体部分的上端，所述固封极柱部分包括极柱上法兰、上瓷套、真空灭弧室、下瓷套、出线下法兰和绝缘拉杆，所述上瓷套与下瓷套同轴连接，所述上瓷套与下瓷套之间设有出线下法兰，所述上瓷套的上端设有极柱上法兰，所述上瓷套内设有真空灭弧室，所述绝缘拉杆与真空灭弧室的动触头连接，穿过出线下法兰延伸至下瓷套内；所述箱体部分设有箱本体、分闸横梁、机械驱动机构、电磁斥力机构和电磁脱钩机构，所述箱本体的内部一侧的侧壁上铰接有分闸横梁，另一侧的侧壁上设有电磁脱钩机构，所述分闸横梁的一端与箱体铰接，另一端与电磁脱钩机构连接，所述箱体的顶部设有机械驱动机构，所述机械驱动机构的下方设有与其相对应的电磁斥力机构，所述机械驱动机构和电磁斥力机构均与分闸横梁铰接。

所述机械驱动机构包括上法兰、支撑柱、下法兰、齿轮座、齿条座、铰链板、半轴铰链板、压杆和弹簧拉杆，所述上法兰设置在箱本体的顶部，所述支撑柱的顶端固定在上法兰的底面上，所述支撑柱的底端设有下法兰，所述下法兰上设有齿轮座和齿条座，所述齿轮座上设有齿轮，所述齿条座上设有齿条，所述齿轮与齿条互相啮合，所述齿轮分别与铰链板和半轴铰链板的一端铰接，所述铰链板的另一端与拉杆轴铰接，所述半轴铰链板的另一端与压杆的中部铰接，所述压杆的一端与齿条座铰接，另一端与弹簧拉杆连接，所述弹簧拉杆上套装有压缩弹簧。

所述电磁斥力机构包括连接座、连接法兰、斥力机构和双稳态永磁保持机构，所述连接座设置在机械驱动机构的底部，所述连接座的下方设有双稳态永磁保持机构，所述机械驱动机构的下方设有连接法兰，所述连接法兰的下方设有斥力机构。

所述双稳态永磁保持机构包括永磁法兰、间隔套、磁瓦、永磁线圈、动铁芯和斥力杆，所述间隔套内设有磁瓦，所述磁瓦的上下两端分别设有永磁线圈，所述间隔套的上下两端分别设有永磁法兰，所述间隔套内还设有能够上下移动的斥力杆，所述斥力杆上设有动铁芯。

所述斥力机构包括线圈座、分闸线圈、斥力盘和底杆，所述线圈座内设有分闸线圈，所述分闸线圈的下方设有斥力盘，所述斥力盘与斥力杆连接，所述斥力盘的下方设有底杆。

所述底杆的下方设有分闸缓冲器。

所述斥力机构的下方设有分合闸监控装置，所述分合闸监控装置包括l型座、导向座、传感器底座和传感器，所述l型座固定在箱本体的底部，所述l型座上设有导向座，所述导向座上设有传感器底座，所述传感器底座上设有传感器。

所述连接座上设有激光测距仪。

所述压杆位于压缩弹簧的一端设有阻尼缓冲器。

所述下瓷套的上端设有尼龙定位套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，该真空断路器具有合闸速度适中、稳定无反弹，分闸速度高、无弹跳，合闸失败自动分闸机构，运动部件质量小，斥力盘出力大，结构紧凑，成本低等优点；

2、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，采用机械驱动机构和电磁斥力机构，使断路器具有极快的运动速度：分闸速度为4.8m/s～5.0m/s，合闸速度为2.6m/s～3.0m/s；

3、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，采用电磁斥力机构和双稳态永磁保持机构的组合，结构紧凑、运动平稳；

4、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，设计有液压缓冲装置，大大减小了分闸时的碰撞损坏，缓冲效果非常好，分闸几乎无弹跳，采用了阻尼缓冲装置，使得分闸无空行程，分闸速度极快；

5、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，采用电磁斥力机构，其中，使用永磁机构合闸，斥力机构分闸，合闸速度适中，分闸速度极快；

6、本发明的一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，预留触头磨损行程，提高真空灭弧室使用寿命，触头磨损补偿功能得到了有效利用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的固封极柱部分结构示意图；

图3是图2中a-a剖面结构示意图；

图4是图2中b-b结构示意图；

图5是本发明的箱体部分结构示意图；

图6是图5中e-e剖面结构示意图；

图7是图6中f-f剖面结构示意图；

图8是图5中d-d剖面结构示意图；

图9是图5中c-c剖面结构示意图；

图10是本发明的机械驱动机构结构示意图；

图11是本发明的机械驱动机构剖面结构示意图；

图12是本发明的电磁斥力机构结构示意图；

其中，1、进线导电夹，2、灌胶封堵，3、上瓷套，4、导电铜块，5、固化胶体，6、挡板，7、软铜排，8、尼龙定位套，9、绝缘拉杆，10、锁紧螺母，11、极柱上法兰，12、真空灭弧室，13、出线下法兰，14、下瓷套，15、箱本体，16、压缩弹簧，17、阻尼缓冲器，18、分闸护盖，19、电磁脱扣机构，20、支撑柱，21、压杆，22、电磁斥力机构，23、导向座，24、l型座，25、分闸缓冲器，26、传感器，27、传感器底座，28、分闸横梁，29、齿条，30、齿条座，31、半轴铰链板，32、铰链板，33、滑道，34、上法兰，35、拉杆轴，36、齿轮，37、齿轮座，38、铜套，39、压杆销，40、激光测距仪，41、电动推杆，42、拉簧销，43、导向杆，44、弹簧拉杆，45、下法兰，46、拉簧，47、拉簧调节杆，48、滑套，49、销轴，50、固定销，51、铰链板销轴，1201、静触头，1202、波纹管，1203、动触头，1901、复位弹簧，1902、脱扣线圈，1903、铁芯，1904、脱扣主轴，1905、手分板，1906、底座法兰，1907、壳体，1908、定位块，2201、连接座，2202、永磁法兰，2203、间隔套，2204、磁瓦，2205、永磁线圈，2206、斥力杆，2207、分闸线圈、2208、动铁芯，2209、连接法兰、2210、线圈座，2211、斥力盘，2212、底杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种高压双稳态侧动式高速真空断路器，包括固封极柱部分和箱体部分，所述固封极柱部分设置在箱体部分的上端，如图2-4所示，所述固封极柱部分包括极柱上法兰11、上瓷套3、真空灭弧室12、下瓷套14、出线下法兰13和绝缘拉杆9，所述上瓷套3与下瓷套14同轴连接，所述上瓷套3与下瓷套14之间设有出线下法兰13，所述上瓷套3的上端设有极柱上法兰11，所述上瓷套3内设有真空灭弧室12，所述绝缘拉杆9与真空灭弧室12的动触头1203连接，穿过出线下法兰13延伸至下瓷套14内；如图5-9所示，所述箱体部分设有箱本体15、分闸横梁28、机械驱动机构、电磁斥力机构22和电磁脱钩机构，所述箱本体15的内部一侧的侧壁上铰接有分闸横梁28，另一侧的侧壁上设有电磁脱钩机构，所述分闸横梁28的一端与箱体铰接，另一端与电磁脱钩机构连接，所述箱体的顶部设有机械驱动机构，所述机械驱动机构的下方设有与其相对应的电磁斥力机构22，所述机械驱动机构和电磁斥力机构22均与分闸横梁28铰接。

如图2-4所示，具体的，固封极柱部分的上瓷套3与下瓷套14均为筒状结构，上瓷套3与下瓷套14同轴设置，上瓷套3与下瓷套14之间设有出线下法兰13，其中，上瓷套3的顶部设有极柱上法兰11，所述极柱上法兰11的顶面上设有进线导电夹1，所述进线导电夹1采用锁紧螺母10固定在极柱上法兰11上，所述出线上法兰34上海设有灌胶封堵2；所述上瓷套3内设有真空灭弧室12，具体的，上瓷套3内设有固化胶体5，固化胶体5将主回路电气元件进行绝缘密封，固化胶体5外侧贴合在上瓷套3的内壁上，固化胶体5的内侧形成真空灭弧室12，固化胶体5为环氧胶和固化剂混合而成，其混合比例为现有技术，在此不做赘述，所述真空灭弧室12的顶部设有朝下设置的静触头1201，底部设有朝上设置的动触头1203，所述动触头1203能够在真空灭弧室12内上下移动，所述动触头1203的下端套设有波纹管1202，其中静触头1201与进线导电夹1之间通过导电铜块4连接，固化胶体5的底部设有挡板6，动触头1203的底部依次穿过固化胶体5和挡板6，延伸至上瓷套3内；合闸时，动触头1203与静触头1201接触；分闸时，动触头1203与静触头1201分开，并保持一定的分开距离，避免电压击穿。

下瓷套14内设有绝缘拉杆9，绝缘拉杆9的上端与动触头1203连接，下端与箱体部分的机械驱动机构连接，在出线下法兰13的上方动触头1203与绝缘拉杆9连接处还设有软铜排7，为了减小合闸时动触头1203与静触头1201之间的撞击造成破坏的几率，绝缘拉杆9两端采用质量轻、强度高的钛合金金具制作。

如图5-11所示，所述机械驱动机构包括上法兰34、支撑柱20、下法兰45、齿轮座37、齿条座30、铰链板32、半轴铰链板31、压杆21和弹簧拉杆44，所述上法兰34设置在箱本体15的顶部，所述支撑柱20的顶端固定在上法兰34的底面上，所述支撑柱20的底端设有下法兰45，所述下法兰45上设有齿轮座37和齿条座30，所述齿轮座37上设有齿轮36，所述齿条座30上设有齿条29，所述齿轮36与齿条29互相啮合，所述齿轮36分别与铰链板32和半轴铰链板31的一端铰接，具体的，通过铰链板销轴51铰接，也就是说，铰链板销轴51将齿轮36、铰链板32和半轴铰链板31铰接在一起，所述铰链板32的另一端与拉杆轴35铰接，所述半轴铰链板31的另一端与压杆21的中部铰接，所述压杆21的一端与齿条座30铰接，另一端与弹簧拉杆44连接，所述弹簧拉杆44上套装有压缩弹簧16。

具体的，本申请中箱本体15的顶面上设有上法兰34，上法兰34与箱本体15之间采用焊接固定，支撑柱20设有四根，支撑柱20竖直设置，支撑柱20的上端固定在上法兰34的底面上，支撑柱20的下端设有下法兰45，所述下法兰45上分别设有齿轮座37和齿条座30，所述齿轮座37上设有齿轮36，齿轮36通过固定销50安装在齿轮座37上，固定销50与齿轮36之间设有铜套38，所述齿条座30上设有竖直设置的齿条29，齿条29能够在齿条座30上上下运动，齿条29的下端与电磁斥力机构22连接，齿轮36与齿条29互相啮合，齿轮36分别与铰链板32和半轴铰链板31铰接，铰链板32的一端与齿轮36铰接，另一端与拉杆轴35铰接，上法兰34的底部设有滑道33，滑道33上设有滑槽，拉杆轴35能够沿滑道33上的滑槽上下运动，具体的，拉杆轴35的下端设有销轴49，销轴49与拉杆轴35互相垂直，销轴49上套装有滑套48，滑套48在滑槽内运动，半轴铰链板31的一端与齿轮36铰接，另一端与压杆21的中部铰接；齿轮座37上设有弹簧拉杆44，所述弹簧拉杆44穿过齿轮座37能够上下运动，所述弹簧拉杆44上套装有压缩弹簧16，设置压缩弹簧16，其作用是在合闸时，为真空灭弧室12中的动触头1203和静触头1201提供有效的保持力，确保动触头1203与静触头1201不分离，所述弹簧拉杆44的上端设有导向杆43，所述弹簧拉杆44的下端与压杆21铰接，压杆21的中部与半轴铰链板31铰接，一端与弹簧拉杆44铰接，另一端通过压杆销39铰接在齿条座30上，这样就形成了一个以压杆销39为固定点的杠杆。

所述压杆21位于压缩弹簧16的一端设有阻尼缓冲器17。为了避免压杆21在动作时出现回弹，在压杆21的自由端设置了阻尼缓冲器17，其作用是避免压杆21在动作时出现回弹，保证分闸时没有多余的空行程，为快速分闸提供时间保证，同时阻尼缓冲器17在快速分闸时有一个短暂阻挡缓冲，等到分闸完毕后弹簧将压杆21缓慢拉至限位位置，即压杆21处于上位时的位置。

所述下瓷套14的上端设有尼龙定位套8，一是增大爬电距离，二是用于绝缘拉杆9的径向定位。

机械驱动机构的工作过程如下：合闸状态时，电磁斥力机构22不动作，此时齿条29不向下运动，压缩弹簧16处于最大压缩状态，弹簧拉杆44拉紧压杆21，使得压杆21始终有一个向上的压力，此时，压杆21的中部处于下位，压杆21依次通过半轴铰链板31-铰链板32-拉杆轴35-绝缘拉杆9-动触头1203，将动触头1203向上顶起，使动触头1203与静触头1201紧密贴合，处于合闸状态；分闸时，电磁斥力机构22动作，此时齿条29在电磁斥力机构22的带动下向下运动，向下运动的齿条29带动齿轮36转动，齿轮36转动后，通过半轴铰链板31连接的压杆21被上抬，此时，压杆21的中部处于上位，同时，与齿轮36铰接的铰链板32也向下运动，依次通过铰链板32-拉杆轴35-绝缘拉杆9-动触头1203，将动触头1203向下拉动，使动触头1203与静触头1201分离，处于分闸状态，齿轮36带动铰链板32和半轴铰链板31运动时，由于压杆21自由端始终有一个向上的拉力，直到压杆21到达限位后才分闸开始，这样会增大分闸的时间，因此在压杆21的自由端设置了阻尼缓冲器17，其作用是避免压杆21在动作时出现回弹，保证分闸时没有多余的空行程，为快速分闸提供时间保证，同时阻尼缓冲器17在快速分闸时有一个短暂阻挡缓冲，等到分闸完毕后弹簧将压杆21缓慢拉至限位位置，即压杆21处于上位时的位置。；合闸时，电磁斥力机构22带动齿条29向上运动，向上运动的齿条29带动齿轮36转动，通过半轴铰链板31、铰链板32带动拉杆轴35向上运动，当动触头1203与静触头1201在真空灭弧室12中接触时，动触头1203与静触头1201接触的瞬间，会有反弹趋势，此时动触头1203会反向施加压力，对压杆21向下施压，此时在压缩弹簧16的作用下，反向压力得到了极大的缓冲，并有效的预防了动触头1203与静触头1201在合闸时发生反弹，合闸到位后压缩弹簧16提供动触头1203与静触头1201之间额定工作时所需的压力。此时阻尼缓冲器17将快速恢复到初始位置，为下一次分闸阻尼做准备。

如图12所示，所述电磁斥力机构22包括连接座2201、连接法兰2209、斥力机构和双稳态永磁保持机构，所述连接座2201设置在机械驱动机构的底部，所述连接座2201的下方设有双稳态永磁保持机构，双稳态永磁保持机构为合闸提供动力，且为分闸和合闸到位后提供保持力，所述机械驱动机构的下方设有连接法兰2209，所述连接法兰2209的下方设有斥力机构，斥力机构为断路器提供分闸瞬时驱动力。

所述双稳态永磁保持机构包括永磁法兰2202、间隔套2203、磁瓦2204、永磁线圈2205、动铁芯2208和斥力杆2206，所述间隔套2203内设有磁瓦2204，所述磁瓦2204的上下两端分别设有永磁线圈2205，所述间隔套2203的上下两端分别设有永磁法兰2202，所述间隔套2203内还设有能够上下移动的斥力杆2206，所述斥力杆2206上设有动铁芯2208，斥力杆2206和动铁芯2208通过过盈配合连接为一体，斥力杆2206的上端与齿条29相连，下端与底杆2212连接。斥力杆2206采用钛合金制造，斥力盘2211、间隔套2203、底杆2212用高强度铝合金制造，最大限度的降低运动部件的质量，有利于提高运动部件的运行速度。

所述斥力机构包括线圈座2210、分闸线圈2207、斥力盘2211和底杆2212，所述线圈座2210内设有分闸线圈2207，所述分闸线圈2207的下方设有斥力盘2211，所述斥力盘2211与斥力杆2206连接，所述斥力盘2211的下方设有底杆2212，分闸线圈2207采用玻璃丝包聚酯薄膜铜扁线绕制，绕制完成后放入线圈座2210中用环氧树脂真空灌注并固化，大大提高了绝缘性能和击穿电压。

所述连接座2201上设有激光测距仪40，本装置中压杆21的上平面和齿轮座37的下平面在合闸时预留一定的间距，既是分闸时的限位，又是真空灭弧室12触头磨损补偿间距。压杆21的下压量随着真空灭弧室12触头的烧损而减小，直至丧失功能，为实时监控烧损量，在电磁斥力机构22的安装座上安装了一激光测距仪40，通过下法兰45上的一个孔照射到压杆21下平面上，从而实现了实时测距。

所述底杆2212的下方设有分闸缓冲器25，降低在分闸时产生的撞击破坏，同时，大大减小了分闸的弹跳。

所述斥力机构的下方设有分合闸监控装置，所述分合闸监控装置包括l型座24、导向座23、传感器底座27和传感器26，所述l型座24固定在箱本体15的底部，所述l型座24上设有导向座23，所述导向座23上设有传感器底座27，所述传感器底座27上设有传感器26，设置传感器26对分闸与合闸是否到位进行监控，保证分闸与合闸时的可靠性。

如图5和图7所示，电磁脱钩机构包括u型座，所述u型座上设有电动推杆41，所述电动推杆41设置在分闸横梁28的下方，分闸横梁28的末端设有拉簧销42，拉簧销42上设有拉簧46，u型座上设有拉簧调节杆47，拉簧46的一端与拉簧调节杆47连接，另一端与拉簧销42连接，所述u型座的上方设有电磁脱扣机构19，所述脱扣装置包括底座法兰1906、壳体、脱扣线圈1902、铁芯1903、脱扣主轴1904和定位块1908，所述底座法兰1906的一侧固定在箱体的侧壁上，所述底座法兰1906的另一侧设有壳体，所述壳体内设有脱扣线圈1902，所述脱扣线圈1902内设有能够移动的铁芯1903，所述铁芯1903固定在脱扣主轴1904上，所述脱扣主轴1904的一端延伸至底座法兰1906的外侧，另一端延伸至壳体的外侧，脱扣主轴1904延伸出底座法兰1906一端设有手分板1905，用于手动控制电磁脱扣机构19，手分板1905的外侧设有分闸护盖18，用于保护手分板1905，避免误操作，所述脱扣主轴1904延伸出壳体外侧的一端外侧套装有复位弹簧1901，末端设有定位块1908。脱扣装置能够控制分闸的时间，实现快速动作，提高分闸装置的实用性。所述脱扣装置为电磁铁。采用电磁铁，结构简单，控制方便，其中电磁铁的控制电路已是现有技术，在此不作为创新点进行描述。电动推杆41的伸缩杆正常状态处于回缩位置，保护性自动分闸后，电动推杆的作用是将分闸横梁28向上推至原位。

本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。