一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的制作方法

本发明涉及一种气体绝缘断路器柜使用的操作机构。

背景技术：

目前电力输配电系统中，气体绝缘断路器柜使用非常广泛，其操作机构主要使用弹簧机构。弹簧机构使用在气体绝缘断路器柜上，具有一定的稳定性，在操作次数不多、不需要远程控制管理的场所，非常适用。但是，随着技术发展，尤其互联网技术发展到今天，大数据、云计算、远程监控技术已经达到相当高的水平，如果将这些技术融合到电力系统管理中，实现智能化、信息化、网络化管理，就需要电力输配电系统中的开关设备能够适应这些技术的要求，能够实现遥测遥控的功能。当前，直接改造现有弹簧机构实现远程管理控制，实施过程中，装置组成复杂，也存在一些不可靠的因素。

技术实现要素：

为了适应新的发展需要，结合当前最新技术，采用永磁机构作为断路器分合闸的驱动装置，具有结构简单紧凑、传动部件少、系统耐用性好等优点；通过永磁机构智能控制器控制永磁机构的动作，对断路器进行分合闸操作，存储现场事件信息，将断路器状态信息通过远程有线网络或无线网络传输到管理中心，接受管理中心的动作指令进行分合闸操作，实现断路器的远程管理控制功能，组成结构相对简单，可以增加电控部份的智能化水平，简化机械结构；通过跳闸接口，直接将微机保护装置的跳闸输出电流分闸方向连接到永磁机构励磁线圈，实现故障跳闸的直接驱动，可以减少永磁机构智能控制读取微机保护装置跳闸输出信号后控制永磁机构分闸操作的判别时间，断路器故障跳闸时间更短；而且永磁机构最大动作次数和长其动作稳定性优于弹簧机构；按照现有气体绝缘断路器柜的安装结构，将弹簧操作机构直接替换成永磁操作机构，不需要改变气体绝缘断路器柜的整体设计，使改进方案达到较好的适用性，且具有较优的性价比。

本发明采取的技术方案为：

一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成包括气箱安装板（1）、安装立柱（2）、辅助开关（3）、分合闸指示（4）、联动轴（5）、永磁机构动力箱（7）、机构控制板（8）组合和传动组合；其中永磁机构动力箱（7）设置于气箱安装板（1）前视面方向，通过安装立柱（2）连接，永磁机构动力箱（7）前视面方向再设置机构控制板（8）组合，联动轴（5）设置于永磁机构动力箱（7）的上方，与永磁机构动力箱（7）的上视面平行，其轴向垂直于气箱安装板（1）前视面，由传动组合连接辅助开关（3）、分合闸指示（4）、联动轴（5）、永磁机构动力箱（7）。

所述永磁机构动力箱（7）包括箱体、分闸减振垫（701）、联动轴固定前立板（703）、联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）、永磁机构动作连接件（706）、摇杆固定支柱（707）、充电电池（709）、永磁机构（711）、储能电容（712）和分闸储能弹簧（714）；由立板（713）折弯与顶板（708）、底板（710）组成前侧面开口的固定箱体，分闸减振垫（701）、联动轴固定前立板（703）、联动轴固定后立板（704）和摇杆固定支柱（707）固定在箱体顶板（708）上方，联动轴固定安装板（705）固定于联动轴固定前立板（703）上，箱体内设置充电电池（709）、永磁机构（711）、储能电容（712）和分闸储能弹簧（714），永磁机构动作连接件（706）设置于箱体顶板（708）上方与永磁机构（711）运动轴连接。

所述联动轴（5）由合闸摆臂（501）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）、分闸摆臂（6）和轴芯组合而成，其前视端头是长度15mm左右的正六角头结构，前视方向沿轴依次设置闭锁摆臂（15）、辅助开关摆臂（502）、合闸摆臂（501）和分闸摆臂（6）。联动轴（5）通过滚珠轴承与永磁机构动力箱（7）的联动轴固定后立板（704）和联动轴固定安装板（705）连接，其合闸摆臂（501）、辅助开关摆臂（502）设置于联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）之间内侧，分闸摆臂（6）、闭锁摆臂（15）设置于联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）之间外侧。

所述机构控制板（8）组合是在机构控制板（8）安装板上设置接线端子排（801）、永磁机构智能控制器（802）、分闸按钮（803）、合闸按钮（804）、计数器（805）、电压表（806）、应急供电按钮（807）和多个减振垫（808），机构控制板（8）安装板通过减振垫（808）连接所述永磁机构动力箱（7）；永磁机构智能控制器（802）通过绝缘导线分别连接接线端子排（801）、分闸按钮（803）、合闸按钮（804）、电压表（806）、应急供电按钮（807）、充电电池（709）、储能电容（712）、永磁机构（711），计数器（805）通过绝缘导线连接辅助开关（3）；外部交流电源线接入接线端子排（801）acl、acn端，外部保护接地线通过接线端子排（801）连接金属机箱；外部跳闸信号线接入接线端子排（801）t+、t-端，t+信号线串联连接辅助开关（3）的一个触点开关、电阻r2，再通过电阻r2连接永磁机构智能控制器（802）的接线端子，由永磁机构智能控制器（802）的接线端子连通永磁机构（711）励磁线圈的h-t+端；t-信号线串联连接辅助开关（3）的另一个触点开关、电阻r1，再通过电阻r1连接永磁机构智能控制器（802）的接线端子，由永磁机构智能控制器（802）的接线端子连通连通永磁机构（711）励磁线圈的h+t-端；外部跳闸电流信号可以通过辅助开关（3）的两个触点开关、电阻r1、r2的串联电路，分闸方向接通永磁机构（711）励磁线圈，可以直接驱动永磁机构（711）分闸操作。

所述传动组合由连杆一（11）、连杆二（12）、驱动连杆三（16）、摇杆一（13）、摇杆二（14）、闭锁传动杆（9）、分闸弹簧拉杆（702）组成，永磁机构动力箱（7）中与永磁机构（711）连接的永磁机构动作连接件（706）通过销轴铰连驱动连杆三（16），驱动连杆三（16）通过销轴铰连摇杆二（14），摇杆二（14）的两端分别通过销轴铰连摇杆固定支柱（707）和连杆一（11），连杆一（11）通过销轴铰连联动轴（5）的合闸摆臂（501），联动轴（5）的分闸摆臂（6）通过销轴铰连分闸弹簧拉杆（702），分闸弹簧拉杆（702）穿过永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）限位槽连接分闸储能弹簧（714），辅助开关摆臂（502）通过销轴铰连连杆二（12），连杆二（12）通过销轴铰连辅助开关摇杆一（13），辅助开关摇杆一（13）连接辅助开关（3），闭锁传动杆（9）竖向设置在闭锁摆臂（15）正下方，并设有两个长方形槽口与永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）和底板（710）连接，由永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）和底板（710）前视边线上的“山”形结构及设置于“山”形结构中间舌板上的闭锁传动杆挡板（10）限位，分合闸指示（4）设置于联动轴（5）上方，与闭锁摆臂（15）上平面固定连接。

合闸动作时，永磁机构（711）通过永磁机构动作连接件（706）、驱动连杆三（16）推动摇杆二（14）摆动，摇杆二（14）一端铰连摇杆固定支柱（707），另一端通过连杆一（11）带动联动轴（5）的合闸摆臂（501），使联动轴（5）按顺时针方向旋转一定角度，联动轴（5）通过气体绝缘断路器柜的动配合驱动断路器合闸，完成合闸动作；联动轴（5）联动分闸摆臂（6）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）；分闸摆臂（6）通过分闸弹簧拉杆（702）将储能弹簧（714）拉紧储能；辅助开关摆臂（502）通过连杆二（12）、辅助开关摇杆一（13），带动辅助开关（3），使其切换至合闸状态，输出若干个触点开关短路接通信号；闭锁摆臂（15）带动分合闸指示（4）转动至合闸状态位，同时推动闭锁传动杆（9）至闭锁位；永磁机构（711）合闸动作产生的直线行程转换成联动轴（5）的转动角行程，驱动连杆三（16）和摇杆二（14）的铰连位置在摇杆二（14）的中间附近，可以根据联动轴（5）需要的转动角度和永磁机构（711）的合闸动作行程，确定连杆三（16）和摇杆二（14）的铰连位置；分闸动作时，拉紧的储能弹簧（714）产生作用力，驱动分闸摆臂（6），带动联动轴（5）向分闸方向逆时针转动，由分闸减振垫（701）限位并止动分闸摆臂（6），联动轴（5）通过气体绝缘断路器柜的动配合驱动断路器分闸；联动轴（5）联动合闸摆臂（6）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）；合闸摆臂（6）通过连杆一（11）、摇杆二（14）、连杆三（16）和永磁机构动作连接件（706），带动永磁机构（711）运动轴，将永磁机构（711）动铁芯推回至分闸状态；辅助开关摆臂（502）通过连杆二（12）、辅助开关摇杆一（13），带动辅助开关（3），将其切换至分闸状态，输出若干个触点开关开路切断信号；闭锁摆臂（15）带动分合闸指示（4）转动至分闸状态位，同时释放闭锁传动杆（9）闭锁限位。

所述永磁机构（711）选用单稳态永磁机构，合闸操作时，其内部励磁线圈合闸方向接通储能电容（712），储能电容（712）经励磁线圈合闸方向放电，励磁线圈合闸方向放电电流产生的磁场使永磁机构（711）内部动铁芯克服外力，进行吸合运动；动铁芯吸合后，切断储能电容（712）放电回路，合闸方向流过励磁线圈的电流归零，激励磁场归零，此时，永磁机构（711）内部永磁体建立的磁场，可以使动铁芯克服外力保持吸合状态；分闸操作时，励磁线圈分闸方向接通储能电容（712），储能电容（712）经励磁线圈分闸方向放电，励磁线圈分闸方向放电电流产生的磁场使永磁机构（711）内部永磁体建立的磁场抵消，动铁芯吸合力消失，在外力的作用下，退至分闸状态。

所述永磁机构智能控制器（802）是本发明一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成中的主控制单元，负责永磁机构的分合闸动作控制，事件记录，有线网络和无线网络的数据通信，上传本地断路器的各种状态信息，接收管理中心对本地断路器的分合闸操作指令或各类信息查询，接收分闸按钮（803）、合闸按钮（804）和应急供电按钮（807）手动操作信息并执行动作，管理控制储能电容（712）的充电储能，充电电池（709）的应急供电。

所述辅助开关（3）用以输出断路器状态相关的开关量信号；所述计数器（805）用以记录断路器的合闸次数；所述电压表（806）用以显示储能电容（711）的储能电压。

在电源供电的情况下，手动操作合闸按钮（804）时，永磁机构智能控制器（802）接通储能电容（712）输出合闸驱动电流，控制永磁机构（711）进行合闸操作；手动操作分闸按钮时，永磁机构智能控制器（802）接通储能电容（712）输出分闸驱动电流，控制永磁机构（711）进行分闸操作。

在没有电源供电情况下，手动操作应急供电按钮（807），充电电池（709）通过永磁机构智能控制器（802）产生应急供电电源，提供永磁机构智能控制器（802）的工作电源，同时给储能电容（712）充电，待电压表（806）指示储能电容（712）的储能电压正常后，所述气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成可以进行合闸、分闸操作。

在所有电控失效的情况下，可以使用手动套筒扳手，通过联动轴（5）前端的六角头，手动转动联动轴（5），进行紧急分闸操作。

在气体绝缘断路器柜上安装的微机保护装置，其跳闸电流输出的正负信号连接线，可以通过接线端子排（801）t+、t-端，以分闸方向串联连接永磁机构（711）励磁线圈，可以直接驱动永磁机构（711）分闸操作，相较于永磁机构智能控制器（802）读取微机保护装置输出跳闸电流信号后控制永磁机构（711）分闸操作的方式，或弹簧机构的保护跳闸动作，具有较高的可靠性，减少中间传输判断时间，可以缩短动作延尺时间，动作速度更快，符合断路器故障跳闸时间尽量短的需求。

附图说明

图1一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成结构图。

图2一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的永磁机构动力箱。

图3一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的接线图。

图4一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的传动组合。

具体实施方式

对照图1，一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成包括气箱安装板（1）、安装立柱（2）、辅助开关（3）、分合闸指示（4）、联动轴（5）、永磁机构动力箱（7）、机构控制板（8）组合和传动组合；其中永磁机构动力箱（7）设置于气箱安装板（1）前视面方向，通过安装立柱（2）连接，永磁机构动力箱（7）前视面方向再设置机构控制板（8）组合，联动轴（5）设置于永磁机构动力箱（7）的上方，与永磁机构动力箱（7）的上视面平行，其轴向垂直于气箱安装板（1）前视面，由传动组合连接辅助开关（3）、分合闸指示（4）、联动轴（5）、永磁机构动力箱（7）。

对照图2，一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的永磁机构动力箱（7）包括箱体、分闸减振垫（701）、联动轴固定前立板（703）、联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）、永磁机构动作连接件（706）、摇杆固定支柱（707）、充电电池（709）、永磁机构（711）、储能电容（712）和分闸储能弹簧（714）；由立板（713）折弯与顶板（708）、底板（710）组成前侧面开口的固定箱体，分闸减振垫（701）、联动轴固定前立板（703）、联动轴固定后立板（704）和摇杆固定支柱（707）固定在箱体顶板（708）上方，联动轴固定安装板（705）固定于联动轴固定前立板（703）上，与联动轴固定后立板（704）、气箱安装板（1）平行排列，箱体内设置充电电池（709）、永磁机构（711）、储能电容（712）和分闸储能弹簧（714），永磁机构动作连接件（706）设置于箱体顶板（708）上方与永磁机构（711）运动轴连接。

所述联动轴（5）由合闸摆臂（501）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）、分闸摆臂（6）和轴芯组合而成，其前视端头是长度15mm左右的正六角头结构，前视方向沿轴依次设置闭锁摆臂（15）、辅助开关摆臂（502）、合闸摆臂（501）和分闸摆臂（6）；联动轴（5）通过滚珠轴承与永磁机构动力箱（7）的联动轴固定后立板（704）和联动轴固定安装板（705）连接，其合闸摆臂（501）、辅助开关摆臂（502）设置于联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）之间内侧，分闸摆臂（6）、闭锁摆臂（15）设置于联动轴固定后立板（704）、联动轴固定安装板（705）之间外侧。

所述机构控制板（8）组合是在机构控制板（8）安装板上设置接线端子排（801）、永磁机构智能控制器（802）、分闸按钮（803）、合闸按钮（804）、计数器（805）、电压表（806）、应急供电按钮（807）和多个减振垫（808）；机构控制板（8）安装板通过减振垫（808）连接永磁机构动力箱（7）；对照图3，永磁机构智能控制器（802）通过绝缘导线分别连接接线端子排（801）、分闸按钮（803）、合闸按钮（804）、电压表（806）、应急供电按钮（807）、充电电池（709）、储能电容（712）、永磁机构（711）；计数器（805）通过绝缘导线连接辅助开关（3）；外部交流电源线接入接线端子排（801）acl、acn端，外部保护接地线通过接线端子排（801）连接金属机箱；外部跳闸信号线接入接线端子排（801）t+、t-端，t+信号线串联连接辅助开关（3）的一个触点开关、电阻r2，再通过电阻r2连接永磁机构智能控制器（802）的接线端子，连通永磁机构（711）励磁线圈的h-t+端；t-信号线串联连接辅助开关（3）的另一个触点开关、电阻r1，再通过电阻r1连接永磁机构智能控制器（802）的接线端子，连通永磁机构（711）励磁线圈的h+t-端。

对照图4一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的传动组合由连杆一（11）、连杆二（12）、驱动连杆三（16）、摇杆一（13）、摇杆二（14）、闭锁传动杆（9）、分闸弹簧拉杆（702）组成。

其中，所述永磁机构动力箱（7）中与永磁机构（711）连接的永磁机构动作连接件（706）通过销轴铰连驱动连杆三（16），驱动连杆三（16）通过销轴铰连摇杆二（14）的中间位置，摇杆二（14）的两端分别通过销轴铰连摇杆固定支柱（707）和连杆一（11），连杆一（11）通过销轴铰连联动轴（5）的合闸摆臂（501），联动轴（5）的分闸摆臂（6）通过销轴铰连分闸弹簧拉杆（702），分闸弹簧拉杆（702）穿过永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）限位槽连接分闸储能弹簧（714），辅助开关摆臂（502）通过销轴铰连连杆二（12），连杆二（12）通过销轴铰连辅助开关摇杆一（13），辅助开关摇杆一（13）连接辅助开关（3），闭锁传动杆（9）竖向设置在闭锁摆臂（15）正下方，并设有两个长方形槽口与永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）和底板（710）连接，由永磁机构动力箱（7）箱体顶板（708）和底板（710）前视边线上的“山”形结构及设置于“山”形结构中间舌板上的闭锁传动杆挡板（10）限位，分合闸指示（4）设置于联动轴（5）上方，与闭锁摆臂（15）上平面固定连接。

所述永磁机构（711）是本发明一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成的关键部件，选用单稳态永磁机构。合闸操作时，合闸方向接通永磁机构（711）内部励磁线圈和储能电容（712），储能电容（712）经励磁线圈合闸方向放电，励磁线圈合闸方向放电电流产生的磁场使永磁机构（711）内部动铁芯克服外力，进行吸合运动；动铁芯吸合后，切断储能电容（712）放电回路，合闸方向流过励磁线圈的电流归零，激励磁场归零，此时，永磁机构（711）内部永磁体建立的磁场，可以使动铁芯克服外力保持吸合状态；分闸操作时，励磁线圈分闸方向接通储能电容（712），储能电容（712）经励磁线圈分闸方向放电，励磁线圈分闸方向放电电流产生的磁场使永磁机构（711）内部永磁体建立的磁场抵消，动铁芯吸合力消失，在外力的作用下，退至分闸状态，切断储能电容（712）分闸放电回路。

所述永磁机构智能控制器（802）是本发明一种气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成中的主控制单元，负责永磁机构的分合闸动作控制，事件记录，有线网络和无线网络的数据通信，上传本地断路器的各种状态信息，接收管理中心对本地断路器的分合闸操作指令或各类信息查询，接收分闸按钮（803）、合闸按钮（804）和应急供电按钮（807）手动操作信息并执行动作，管理控制储能电容（712）的充电储能，充电电池（709）的应急供电。

所述辅助开关（3）用以输出断路器状态相关的开关量信号；所述计数器（805）用以记录断路器的合闸次数；所述电压表（806）用以显示储能电容（711）的储能电压。

在电源供电的情况下，手动操作合闸按钮（804）时，永磁机构智能控制器（802）输出合闸动作控制信号，控制永磁机构（711）进行合闸操作，永磁机构（711）内部动铁芯带动运动轴推动永磁机构动作连接件（706），再经过驱动连杆三（16）、摇杆二（14）、连杆一（11）、联动轴（5）的合闸摆臂（501），带动联动轴（5）向合闸方向顺时针转动一定角度，联动轴（5）通过气体绝缘断路器柜的动配合驱动断路器合闸；联动轴（5）联动分闸摆臂（6）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）；分闸摆臂（6）通过分闸弹簧拉杆（702）将储能弹簧（714）拉紧储能；辅助开关摆臂（502）通过连杆二（12）、辅助开关摇杆一（13），带动辅助开关（3），使其切换至合闸状态，输出若干个触点开关短路接通信号；闭锁摆臂（15）带动分合闸指示（4）转动至合闸状态位，同时推动闭锁传动杆（9）至闭锁位；手动操作分闸按钮时，永磁机构智能控制器（802）输出分闸动作控制信号，控制永磁机构（711）进行分闸操作，由于永磁机构（711）内部动铁芯吸合力消失，断路器内部灭弧室的反力带动联动轴（5），拉紧的储能弹簧（714）产生反力，驱动分闸摆臂（6），带动联动轴（5）向分闸方向逆时针转动，由分闸减振垫（701）限位并止动分闸摆臂（6），联动轴（5）通过气体绝缘断路器柜的动配合驱动断路器分闸；联动轴（5）联动合闸摆臂（6）、辅助开关摆臂（502）、闭锁摆臂（15）；合闸摆臂（6）通过连杆一（11）、摇杆二（14）、连杆三（16）和永磁机构动作连接件（706），带动永磁机构（711）运动轴，将永磁机构（711）动铁芯推回至分闸状态；辅助开关摆臂（502）通过连杆二（12）、辅助开关摇杆一（13），带动辅助开关（3），将其切换至分闸状态，输出若干个触点开关开路切断信号；闭锁摆臂（15）带动分合闸指示（4）转动至分闸状态位，同时释放闭锁传动杆（9）闭锁限位。

在没有电源供电情况下，手动操作应急供电按钮（807），充电电池（709）通过永磁机构智能控制器（802）产生应急供电电源，提供永磁机构智能控制器（802）的工作电源，同时给储能电容（712）充电，待电压表（806）指示储能电容（712）的储能电压正常后，所述气体绝缘断路器柜用的永磁机构电控总成可以进行合闸、分闸操作。

在所有电控失效的情况下，可以使用手动套筒扳手，通过联动轴（5）前端的六角头，手动转动联动轴（5）进行紧急分闸操作。

在气体绝缘断路器柜上安装的微机保护装置，其跳闸电流输出的正负信号连接线，可以连接接线端子排（801）t+、t-端；当微机保护装置监测到故障时，输出跳闸动作电流，通过辅助开关（3）的两个触点开关和电阻r1、r2串联连接，连接到永磁机构（711）励磁线圈的分闸回路上，使永磁机构（711）产生分闸操作。一般情况下，永磁机构（711）分闸操作所需的分闸电流比较小，微机保护装置只需通过内部储能电容或直流电源提供dc200v100毫秒2a电流即可驱动永磁机构（711）分闸操作，这种微机保护装置输出跳闸电流信号直接驱动永磁机构（711）分闸操作的方式，相较于永磁机构智能控制器（802）读取微机保护装置输出跳闸电流信号后控制永磁机构（711）分闸操作的方式，或弹簧机构的保护跳闸动作，具有较高的可靠性，且减少中间传输判断时间，可以缩短动作延尺时间10ms以上，动作速度更快，符合断路器故障跳闸时间尽量短的需求。