操动机构类型及工作原理：电磁型操动机构案例分析

根据断路器合闸所需能量的不同，操动机构的类型如下。

（1）手动机构（CS）。用人力合闸，用已贮能的分闸弹簧分闸。适用于10kV、开断电流为6kA以下的断路器。

（2）电磁机构（CD）。用直流螺管电磁铁产生的电磁力进行合闸，靠已贮能的分闸弹簧或分闸线圈分闸，可进行远距离控制和自动重合闸。

（3）弹簧机构（CT）。用合闸弹簧（事先用电动机或人力贮能）进行合闸，靠已贮能的分闸弹簧进行分闸。动作快，可实现快速自动重合闸。

（4）液压机构（CY）。用高压油推动活塞实现分闸、合闸操作。动作迅速，实现自动重合闸。

（5）气动机构（CQ）：用压缩空气推动活塞实现分闸、合闸操作。

（一）电磁型操动机构

直接依靠电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构。它结构简单、工作可靠、价格低廉，但直接依赖合闸电源、所需功率较大、结构较笨重、合闸时间还不够短，一般只用于110kV及以下的断路器。CD型操动机构是一种户内壁挂式操动机构，可以电动合闸、电动分闸、手动分闸、非正常手动合闸，也可以进行自动重合闸。操动电源采用直流220V或110V。本文以常用于断路器的CD10型操动机构为例，说明其结构及工作原理。

1.CD10型操动机构

CD10型操动机构由做功元件、连板系统、合闸维持和脱扣装置等几个部分组成，如图2-17所示。

图2-17　CD10型操动机构的结构

（a）前视图；（b）侧视图
1—合闸铁芯；2—磁轭；3—接线板；4—信号用辅助开关；5—分合指示牌；6—罩壳；7—分合闸用辅助开关；8—分闸线圈；9—分闸铁芯；10—合闸线圈；11—接地螺栓；12—拐臂；13—操作手柄；14—盖

其动作过程如图2-18所示。

（1）合闸。合闸前连板2和3接近180°，见图2-18（a）。合闸信号发出，合闸电磁铁线圈受电、铁芯向上运动推动滚轮轴7上移，通过连杆机构使输出主轴4顺时针转动，使断路器合闸，见图2-18（b），与此同时断路器的分闸弹簧被拉伸储能。当铁芯达到终点时，滚轮轴7与拖架出现1～1.5mm的间隙，见图2-18（c），此时由于输出主轴的转动带动了辅助开关，使合闸回路接点打开，合闸信号消失、合闸线圈断电，铁芯下落，滚轮轴被托架支撑住，使断路器保持在合闸位置，见图2-18（d）。

图2-18　CD10机构动作过程示意图（单元：mm）

（a）准备合闸状态；（b）合闸过程中；（c）合闸到顶点位置；（d）合闸动作结束；（e）分闸动作；（f）自由脱扣动作
1—止钉；2、3—连杆；4—输出主轴；5—连杆机构；6—支架；7—滚轮轴；8—重合闸铁芯顶杆；9—分闸铁芯

（2）分闸。分闸信号发出后，分闸电磁铁线圈受电，分闸铁芯9向上运动，撞击连板2和3，使连板2和3的中间轴向上移动并越出“死区”，见图2-18（e），滚轮轴脱离托架、在断路器分闸弹簧的作用下，输出拐臂逆时针转动，断路器分闸，与此同时，输出轴带动辅助开关运动，切断分闸回路，分闸信号消失，分闸线圈失电，铁芯回落。

（3）自由脱扣。合闸过程中，合闸铁芯顶住滚轮轴7向上运动，如果接到分闸信号、分闸铁芯向上撞击连板2和3，使其中间轴越出“死区”，这时临时固定中心不固定，四连杆机构变成五连杆机构，在断路器分闸弹簧力的作用下，滚轮轴7即重合闸铁芯顶杆8的端部下滑，实现自由脱扣，见图2-18（f）。

2.CD型电磁操动机构常见故障及其可能产生的原因分析

CD型电磁操动机构常见故障及其可能产生的原因分析见表2-2。

表2-2　电磁操动机构常见异常现象（以CD10机构为例）

续表

3.CD10型电磁操动机构调试数据

CD10型电磁操动机构主要调试数据见表2-3。

表2-3　CD10型电磁操动机构主要调试数据

（二）CT2型弹簧操动机构

CT2型弹簧操动机构属储能操动机构，它由储能元件、储能维持机构、连板传动系统、合闸维持合分闸脱扣几个主要部分组成，其机构如图2-19所示，其动作位置图如图2-20所示。

1.储能

合闸弹簧可用电动机储能，亦可用手动储能。

图2-19　CT2型操动机构图

1、6—拐臂；2—合闸弹簧；3、4—齿轮；5—合闸电磁铁；7—离合器；8—滚轮；9—蜗杆；10—牵引杆；11—涡轮；12—手柄；13—轴；14、15—锁扣；16—滚子；17—钩子；18—斧状拐臂；19—锁扣；20—离合器；21—锁扣

图2-20　CT2型弹簧机构动作位置图

（a）机构合闸弹簧已储能；（b）机构合闸弹簧释放；（c）机构分闸弹簧释放

（1）电动储能。当完成合闸动作后，涡轮向前旋转2/3圈时，在涡轮上与牵引杆10相连接的一点通过涡轮上半部的死点，因此相当于在涡轮上产生了顺时针方向的力矩使涡杆向左移动，而将离合器7、20啮合，同时顶杆被涡轮上的凸缘推动而接通电动机的触点，于是涡轮就通过齿轮由电动机驱动继续旋转。当再转过1/3圈时弹簧2再度被储能，在牵引杆10刚通过涡轮下半部死点时，由于凸块与拐臂的作用使蜗杆向右移动，离合器7、20随之脱开，涡轮回到原始位置，牵引杆10、涡轮11被锁扣21所阻止，离合器保持在分开位置，这时顶杆又滑过涡轮上的凸缘而将电动机电路断开，此时合闸机构处在预合位置，如图2-20（a）所示。

（2）手动储能。啮合齿轮所起作用和上述相同，将手柄装在转轴上，同时抬起手柄12防止涡轮涡杆脱开，手动储能时为顺时针方向旋转（擎子阻止转轴作反向旋转），当弹簧储能完毕时，有一种声音可以听见指示机构已处在预合位置。

2.合闸(www.xing528.com)

当合闸电磁铁5接到合闸信号、锁扣14即行旋转释放锁扣15，使牵引杆10从锁扣21上滑开，于是合闸弹簧2即驱动涡轮11作逆时针旋转，将所需动力往拐臂1传出，同时，由于滚轮8将斧状拐臂18上抬并被锁扣19撑住，这样合闸动作经拐臂6传出，使断路器合闸，如图2-20（b）所示。合闸后，弹簧又自动储能一次。

3.分闸

断路器合闸后，装在断路器上的反作用弹簧通过拐臂6及一套省力的连杆而传至滚子16，齿轮3被钩子17所阻止。当分闸线圈通电或将分闸按钮按下时，钩子17旋转释放滚子16，于是机构在断路器反力弹簧的作用下将断路器推向分闸位置，机构内的杠杆由本身弹簧作用而恢复到原来的位置，图2-20（c）为分闸弹簧尚未储能，杠杆不能复位，而图2-20（a）所示弹簧已被储能，杠杆已复位。

当弹簧正在被储能，同时又接受分闸信号时，这时弹簧继续被储能，但钩子17旋转而将杠杆释放使仍能得到可靠的分闸。

分闸脱扣器组合成串联形式，当任意一个分闸线圈动作时，动铁芯吸合带动撞头去撞击联结，而使断路器分闸。

失压脱扣器装于其他线圈的下面，当电压降低至规定值时在弹簧作用下，铁芯释放推动杠杆而使断路器分闸，在分闸后，通过一套连杆传动，仍将失压线圈的动铁芯压下，处于接近闭合状态，使电压恢复后保证铁芯可靠地吸住。

4.重合闸

断路器处于合闸位置，合闸弹簧2已经储能。这时当线路发生故障经继电器保护接通分闸线圈而使断路器分闸，经一定时间（重合闸周期时间）后合闸线圈被接通，断路器又被重新合闸，此时离合器重新啮合，同时辅助开关又接通电动机，使合闸弹簧再行储能，所以当线路故障仍未消除，断路器第二次分闸后，只需经过一段弹簧的储能时间（一般小于8s）断路器又将进行第二次重合闸，故能满足多次重合闸的要求。

5.慢合分操作

（1）慢合闸动作。用受柄装于转轴上，将合闸弹簧进行手动储能，这时涡轮就沿着逆时针方向慢慢转动，同时分闸机构中的一组杠杆也随着慢慢转动，当滚子16回到钩子17中时就立即停止储能，否则将可能损坏零件。

然后将手柄反转（这时需用手将擎子按一下使离开棘轮），这样在合闸弹簧作用，涡轮就沿顺时针方向旋转，拐臂1带动斧状拐臂18使拐臂6转动将断路器慢慢合闸。在合闸过程中不使离合器分开，可把手柄12提起顶住涡杆。

（2）慢分闸动作［原始位置如图2-20（b）］。在缓慢合闸动作完成后，将锁扣19向上转动离开斧状拐臂18，然后用手柄将合闸弹簧储能，在断路器反作用弹簧作用下，牵引杆10就向下运动断路器就慢慢分闸。

表2-4分析了弹簧操动机构常见的异常现象。

（三）液压操动机构

CY3系列（包括CY3—Ⅲ）、CY3A系列（包括CY3A—Ⅲ）液压操动机构均属储能机构，它由储能元件、控制阀系统、执行元件、辅助部件等几个主要部分组成。CY3系列采用管式结构，而CY3A系列改进为集成块式结构，它将原CY3机构的油缸、分闸一级阀、合闸一级阀、合闸二级阀、放油阀全部集成于一体，取消全部连接管路，大大减少了外泄漏，同时减小了体积和重量。

表2-4　弹簧操动机构常见的异常现象

续表

CY3系列机构与CY3A系列机构虽有不同的结构布置，但工作原理基本相同。

CY3液压机构的工作原理如图2-21所示。表2-5分析了液压操动机构常见的异常现象。

表2-5　液压操动机构常见的异常现象（以CY3为例）

续表

图2-21　CY3型液压操动机构液压原理图

1—手按合闸按钮；2—手按分闸按钮；3—油箱；4—活塞；5—储压器；6—杆；7—密封圈压板；8—油泵；9—滤油器；10—阀；11—阀；12—分闸阀；13—静铁芯；14—动铁芯；15—推杆；16—泄油孔；17—逆止阀；18—油路；19—接头；20、21—油路通道；22—接头；23—二级阀；24—泄油孔；25—活塞；26—油路管道；27—一级阀；28—泄放孔；29—推杆；30—动铁芯；31—合闸阀；32—工作缸；33—合闸管道；34—活塞阀；35—放油阀；36—传动拉杆；37—导向支架；38—电接点压力表（YX型）YC—合闸线圈；YT—分闸线圈；M—电动机；SS—微动开关；Q—辅助开关；K1—高压力电接点；K2—低压力电接点

CY3液压机构的工作过程如下。

（1）储能。启动油泵8，液压油经过滤器9进入油泵，经压缩将高压油送到储压器5的下部、推动活塞4上升、压缩氮气，当活塞4上升到一定位置，微动开关将切断电动机电源，储能完成。在储能过程中，高压油除进入储压器之外，同时通过管道21进入合闸一级阀和二级阀下口及工作缸32的分闸腔，准备好合闸条件。

（2）合闸。当合闸线圈YC接受合闸信号后，合闸电磁铁的动铁芯30推动合闸一级阀的推杆29，堵死通道（泄油孔）28，打开一级阀阀口27，从控制油路管26来的高压油经一级阀27并打开逆止阀17、推动二级阀的活塞25向下运动、活塞堵死泄油孔24，同时打开二级阀阀口23，活塞的锥面将油箱3中的油与高压油隔开，从逆止阀17过来的高压油，一方面推动二级阀活塞向下运动，另一方面经油路18进入分闸阀12，即使逆止阀17关闭，这部分高压油可使二级阀活塞维持在打开位置，形成自保持。由于二级阀的打开，从油路21来的高压油经过油路33进入工作缸32的右端（合闸腔），利用差动工作原理，使工作缸活塞阀34向左运动，断路器实现合闸并一直保持在合闸位置。

（3）分闸。当分闸线圈YT接到分闸信号后，分闸电磁铁动铁芯14推动分闸阀12的推杆15，打开阀11，使油路18内的高压油从分闸阀泄油孔16排入油箱3中，合闸二级阀活塞因无高压油保持而复位，使二级阀关闭，并同时打开泄油孔24，使工作缸活塞34右侧（合闸腔）的高压油从泄油孔24排入油箱3中，工作缸活塞在左侧（分闸腔）高压油的作用下迅速向右移动，带动断路器分闸。

（4）合闸保持。断路器在合闸状态、分闸阀12中的阀10和具有节流孔的接头与油路通道20中的高压油相通，当二级阀上部的油泄漏时，油路通道20中的高压油可通过接头19和阀10予以补充，使二级阀始终保持在打开位置，以保证断路器的可靠运行。

除此之外，断路器本身还有合闸保持弹簧，防止机构油压突然消失而影响断路器的运行状态。

（5）慢分慢合操作。断路器在调试时需要进行慢分慢合操作，其操作方法是将储压器中油放至零压，启动油泵电动机打开，当液压系统油压刚达到储压器中予充氮气压力时，即按动分闸或合闸电磁铁，即可实现慢分慢合。

（四）气动操动机构

气动操动机构的工作原理如图2-22所示。

图2-22　LW11-220P型六氟化硫的气动机构工作原理

1—合闸线圈；2、16—衔铁；3、4、17—掣子；5—拐臂；6—合闸弹簧；7、10、19、20、22—活塞；8—汽缸；9—活塞杆；11—锥阀；12—弹簧；13—油缓冲器；14、15—扣板；18—凸轮；21—分闸线圈；23—储气罐；24—螺塞；25—手力操作

（1）合闸操作。当合闸线圈1受电时，吸动衔铁2，掣子3和4，拐臂5在合闸弹簧的作用下，带动活塞7向上运动，通过与之相连活塞杆驱动断路器合闸。合闸后，辅助开关转换，同时与拐臂相连的凸轮18解脱，做好分闸准备。

（2）分闸操作。当分闸线圈21带电时，吸动衔铁16，带动扣板15转动，拨动掣子17，使扣板14脱扣，在弹簧12的作用下，推动锥阀11顶开活塞10，高压气体即通过阀口进入活塞19的左侧，推动活塞19向右运动，打开活塞20，高压气体即进入主阀活塞22的底部，推动活塞向上运动打开上阀口，同时关闭下阀口，高压气直进入气缸。推动气缸活塞7向下运动，通过与之相连的活塞杆9驱动断路器分闸。分闸后凸轮18在拐臂带动下项起扣板14，锥阀11返回，各阀口复位、气缸内残余气体通过排气管排出。分闸后，辅助开关转换，准备下次合闸。为了减少合闸时的冲击，还装有油缓冲器13，以吸收分闸临终时的动能。