自从中压真空断路器问世、在国内迅速推广和大量生产以来，为提升国产断路器的质量、缩小与国外技术先进型产品之间的差距，研制长寿命、高性能的操动机构遂成为一项关键的工作。
操动机构是各类高压开关的关键部件，高压开关的关合与开断，是由操动机构来执行的，操动机构的可靠性与电网的安全运行密切相关。因此，为确保开关理想的开断性能和高可靠性、满足机械特性各项严格的要求，在研制和生产高质量操动机构的全过程中，必须严格进行模拟计算与设计优化、原材料优选与严格检验、新工艺探讨和加工的改进、智能检测等各个复杂的工序。
宁波舜利高压开关科技有限公司的产品战略是研制与专业生产优质操动机构，配用的断路器额定电压为12～252kV。公司下设操动机构研究所，负责产品开发、工艺改进，并为生产提供技术支持。通过与国内院校和研究机构如西安高压电器研究院、中国电力科学研究院、国网公司电力科学研究院、浙江大学、西安森源电气研究所等长期合作，同时，还与著名跨国公司如伊顿、GE、西门子、施耐德等建立了多项研发与技术合作关系，由此，公司的设计能力、工艺水平得以不断提高，产品发展方向和质量水准接近或达到了国际先进水平。公司现已开发各类中、高压开关及断路器操动机构40多个品种，拥有专利技术57项，2010年被授予国家级高新技术企业。目前公司的年生产能力达到7万台，产品大都为国内多家大中型开关制造厂首选；同时，还有一定数量的操动机构出口到东南亚、欧美等国和地区。
附图2-1 SLCF-X15X30D型激光切割机
为生产技术先进型操动机构，除有丰富的设计经验之外，对原材料的优选与严格检验、采用先进的加工设备和制造工艺以及应用智能特性测试系统是必不可少的重要手段。为此，公司引进了国内外最新的自动加工设备，如激光切割机、数控加工中心、表面处理生产线、数控热处理生产线等关键设备，并设置了完善的理化、金相分析、盐雾试验、无损探伤、轴承震动测试仪、自动磨合试验系统等数十种先进的检测设备和常规测试仪器，以提高生产效率并确保零件符合高标准的技术要求。部分关键加工设备的照片如附图2-1～附图2-5所示。
附图2-2 RM600型数控加工中心
附图2-3 GGP-100-0.25型热处理生产线
附图2-5 XGI-160型X射线实时成像装置
储能弹簧是直接影响操动机构可靠性和使用寿命的关键部件。经对国内、外弹簧原材料的分析对比发现，国产弹簧材料具有下列缺陷：因生产过程中控制水平较低致使常有硬性非金属夹杂物的存在，容易造成弹簧的早期疲劳断裂、表层多处脱碳，不仅降低了弹簧的疲劳寿命，还对后续的磷化质量和总压缩量有不良影响，所以公司选用日本神户制钢、韩国浦项等公司的4～12mm优质弹簧钢丝，它们不但具有抗疲劳性强的优点，还能适宜-45℃的低温运行环境。
其他关键零部件的加工工序则根据不同零件加以区分，即小零件采用毛坯调质后加工；稍大零件在粗加工后经调质再精加工；凸轮、挚子等毛坯先经锻打再回火然后加工；侧板等用激光切割加工后再送数控机床精加工。通过以上工艺流程并使用各种专用工装、夹具，达到确保零部件的加工精度、满足设计参数的要求。
经过20多年在弹簧操动机构的研发设计、工艺制造及在线智能检测等方面进行的大量探讨、研究和不懈努力，公司为提高操动机构的可靠性积累了丰富的经验，尤其对技术先进型中压断路器弹簧操动机构模块化设计取得了显著成果。
在机构的整体设计上，公司注重独立模块单元，与平面布置形式的机构（如VS1等）相比，它具有一定的优越性。独立模块单元机构的机构制造精度有保证，零部件分散性完全可控，且通用性强，能与不同形式的断路器配套使用。而平面布置形式的机构通常为框架式机构，当前通常加工手段难以保证框架加工精度，结果使装配后整机技术参数的分散性较大。目前，独立模块单元弹簧操动机构的结构形式绝大部分是夹板式，在设计上通过支撑点的合理布局，严格控制支撑件的定位精度，提高了机构的整体刚度。
在机构的小型化设计方面，弹簧操动机构传动效率的高低是影响机构机械寿命的一个重要因素。在满足断路器各项特性参数的前提下，用较小合闸功的机构操动相同额定开断电流的断路器是达到长寿命、提高机构可靠性的技术关键，也是机构小型化的设计方向。因为合闸功大，机械零件的磨损加剧，对零部件的机械强度要求也大，所以在设计时，必须注重优化各运动副的机械效率。同时，减少设计的可调性也是提高产品稳定性、可靠性的另一个环节。由于产品在装配过程中是由人工完成的，弹簧操动机构许多三维尺寸误差一般不易测量或不能精确地测量，如半轴与挚子的扣接量、行程开关的最佳切换位置等，所以公司在设计中就把这些部件根据设计要求作精确定位，将可调的变为固定的，消除了由于可调而产生的分散性。
弹簧操动机构最终实现其功能的机械运动是机械冲击。公司设计的基本都是采用低副连接的平面连杆机构，可以承受较大的载荷，特别是耐冲击载荷。承受冲击的零件包括凸轮、连杆、脱扣件等除严格控制材质外，还必须经过严格的热处理工序，以提高其强度、韧性、硬度，实践证明，这在很多情况下是唯一有效的手段。为此，公司配备了一套包括高频、渗碳、氮化、回火、调质、整体淬火的热处理自动生产线，确保热处理零件的质量。工艺规定：
（1）所有中碳钢（包括原材料和熔铸材料）全部进行调质处理，消除材料内应力，提高材料综合机械性能，使零部件具有较高的机械强度和韧性。
（2）所有局部淬火的零部件全部采用专用的感应器和国内最先进的高频淬火设备，全过程计算机控制进行热处理，保证淬火部位准确，控制淬火硬度和淬火线形状均匀，减少淬火变形和氧化皮层。
（3）热处理加温、回火过程采用防脱碳保护工艺以控制脱碳深度，保证零部件后续处理性能稳定。
（4）碳氮共渗、渗碳过程采用计算机控制，确保准确的渗碳深度。
（5）整体、调质采用韩国进口的专用淬火液，高频淬火采用美国好富顿专用淬火液，以提高淬火质量。(www.xing528.com)
弹簧操动机构在高压开关运行中大部分时间处于合闸储能状态，分、合动作周期较长，在开关要求分、合时又必须可靠动作，这样对机构的合闸弹簧在承受疲劳方面设计、零部件表面的防腐处理及传动部位的润滑要求都必须根据不同环境条件下作综合设计考虑。为提高操动机构在特殊运行环境下具有比常规设备更好的耐腐蚀性能，公司引进了符合欧洲ROHS环保标准的德国先进的锌镍合金电镀工艺，所有的黑色金属零部件在表面处理后，大大提高了防腐能力，经GB/T 2423.17—2008《电工电子产品基本环境试验规程 试验Ka：盐雾试验方法》规定的中性盐雾试验700～1000h后，零件无锈蚀，防锈能力为普通镀锌工艺的7～10倍，表面镀层硬度达到HV 250～300，而普通镀锌工艺的零部件承受的试验时间仅为92h。
对于机件的润滑，选用高质量润滑剂也是保持操动机构长期工作稳定性的必要技术措施之一。公司生产的操动机构全部选用德国BEULU品牌的优质润滑脂，适用环境温度范围为-50～+120℃，使操动机构具有较低的启动扭力，较强的抗老化、抗氧化能力。
弹簧操作机构在线智能检测技术的应用是现代化生产过程中重要的一环。公司的在线智能检测系统主要分两部分，即电气参数和机械参数的检测与分析。内容包括：
电气参数：合闸、分闸电流，储能电机电流和端电压的检测以及合、分闸线圈，储能电机线圈的通断检测；静态下检测合、分闸线圈，储能电机线圈的通断情况，端电压的变化情况；动态下检测合、分闸电流和储能电动机电流。
机械参数：测量合、分闸电磁铁动铁芯位置及复位时间；检测合、分闸半轴复位位置及复位时间；检测合、分闸单元联动装置摩擦力变化、储能弹簧和分闸弹簧疲劳程度，并增加了真空断路器极柱绝缘拉杆动触头位移和压力的检测项目，总之，可以方便地检测刚分、刚合速度及其时间等一切开关机械特性的要素。
对上述各参数进行分析、判断，然后预警。达到对操动机构运行状态的在线检测和监视目的，使运行更加可靠安全。
附图2-6 SL（JH）-12型三工位开关操动机构
附图2-6和附图2-7所示两种典型的弹簧操动机构。其中SL（JH）-12型是用于12～24kV固体绝缘环网柜的双操作轴三工位操动机构，它的联锁功能确保在分闸位置时才能操作隔离刀或接地刀；在合闸位置时，无法操作接地刀；在接地位置时，无法操作隔离刀；而机构不在工作位置时，无法拔出操作手柄；当机构到达工位时，继续摇动手柄将发生打滑，提示操作人员停止摇动且防止机构不致因过度施力而损坏。SL（JH）-12型的机械寿命为10000次。
附图2-7 SL-1A型弹簧操动机构
（a）弹簧操动机构；（b）直接安装在真空断路器内的操动机构
SL-1A型是为国内大量中置式开关柜中真空断路器开发的专用弹簧操动机构。它的设计特点是将主要承载零件布置在两跨距仅58mm隔板之间，因而体积小、零件少，结构简化，机械寿命长达30000～60000次，并且传动效率高。与其他机构相比，只需70%动力即可驱动相同开断容量的断路器。所以广泛配用于12kV/50kA及以下规格的真空断路器，也可作为24kV、40.5kV真空断路器的操动机构。其主要技术数据见附表2-1。
附表2-1 SL-1A型弹簧操动机构的主要技术参数
续表
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