摘要：户内高压真空断路器属于当前电力系统当中的重要组成部分，其本身的性能指标直接影响到系统整体稳定可靠性。主要是由于其能够在所规定时间范围内针对过载电流和短路电流等进行关合、开断及承载。再加上户内高压真空断路器本身开距小、重量轻、使用寿命长且维修情况少等一系列优点，因此在实际使用上获得了迅猛发展。而操作机构属于户内高压真空断路器的核心构成，起到了极为重要的作用。为此，本文针对户内高压真空断路器操作机构的优化进行探究，由此展开深入探讨以供参考。
关键词：户内高压；真空断路器；操作机构
一、户内高压真空断路器的结构
（一）极柱
极柱属于真空断路器内的核心结构，由真空灭弧室、上下导电连接件、软连接、绝缘拉杆、绝缘筒组成。其中真空灭弧室借助相应的上下导电连接件固定在绝缘筒当中，真空灭弧室的动导电杆通过软连接，直接和绝缘拉杆互为连接，这样能够切实保障断路器框架和主导电回路间的绝缘性。同时在绝缘拉杆当中还配备有相应的触头弹簧，能够由此来提供相应的弹力来保持合闸可靠性，并为分闸提供初始分闸力。而在绝缘拉杆的另外端连接操作机构输出部位，能够促使操作机构输出动作直接传递至真空灭弧室的动导电杆方面，最终由此达成断路器本身的合分闸动作。
（二）分合闸电磁体、二次回路
分合闸电磁体、二次回路是户内高压真空断路器的控制元件，二次回路与真空断路器机构的分合闸电磁铁连接，在功能上主要集中在真空断路器分合闸命令的触发，其也是最终构成真空断路器所必须的重要组成部分。当真空开关柜控制单元发来指令时，借助二次回路进而由此控制真空断路器的分合闸动作。此外，真空断路器的二次回路当中，辅助功能的开闭点也直接为开关柜的监控单元提供了有效的状态信号。
（三）操作机构
其中的操作机构属于真空断路器动力输出来源，其能够在此基础上展现出相应的关合、开断能力。国内真空断路器的操作机构通常是VSI机构，其是一种平面布置的弹簧操作机构，具备电动和手动两种主要的储能形式。并且该操作机构在位置上主要处于极柱前框架范围中，而整个框架则被中央的隔板划分为五个独立的间隔空间，并分别具备操作机构的脱扣、缓冲、储能及传动功能。VSI真空断路器能够促使操作机构的输出与灭弧室开合性能互为吻合，由此极大的缩减了中间环节，促使真空断路器实现更为可靠的操作性能。
二、户内高压真空断路器操作机构
VSI属于国内自主研发的、具备代表性的真空断路器，其在操作机构上更为简单，当前主要被广泛用于多种等级的电压断路器上。VSI操作机构主要安装于断路器的框架当中，具体可划分为储能、合闸传动及分闸脱扣等单元。如下图所示：
图1 VSI操作机构
（一）储能单元
在储能单元当中，具体包含了储能电机、储能轴及手动储能模块。储能单元的作用主要在于促进合闸弹簧储能，能够由此提供合闸所需要的能量。当其中的链轮开始转动时，将自动推动上方销子推动储能传动轮的滑块，由此转动储能轴，并拉伸储能弹簧。当储能到位时，相应的限位杆将促使传动轮滑板下压，促使储能轴分离链轮传动系统。具体是借助弹簧拉力来促使储能轴持续运动，这样传动轮上的滚轮将有效顶住储能掣子维持储能位置。
（二）合闸传动单元
当机构自动储能时，相应的储能弹簧将处在一种拉伸状态，其能够借助传动轮的滚轮和储能维持掣子接触状态。一旦断路器接收合闸信号后，储能保持轴转动将促使储能保持掣子及滚轮进行分离。最终储能轴将由此处于一种自由状态，储能弹簧也将因此释放弹性势能并有效拉动储能轴不断转动。与此同时，固定在储能轴上方的凸轮也将随之不断转动，通过撞击推动合闸滚轮来实现动能效果。此外，主轴和主轴拐臂、传动连扳、输出连板以及支撑轴等可组合为四连杆机构，其能够将主轴的转动传递至输出连扳，并由此围绕支撑轴进行转动。而其中输出连板的另一端与断路器的绝缘拉杆互为连接，能够由此实现断路器的开合闸的动作。
（三）分闸脱扣单元
其具体是由分闸脱扣半轴与合闸保持轴有效组合，在功能上具体是促使操作机构维持合闸状态。当期接收到分闸指令后，相应的操作机构将迅速恢复到分闸状态。具体而言，当其中的主轴转动达到某个角度时，合闸滚轮将推动合闸保持掣子运动，促使其处于紧密接触状态。合闸过程结束后，主轴在触头弹簧及分闸弹簧作用下，将自动反向旋转，合闸保持滚轮也将随之反向运动。但在回复运动轨迹上，合闸保持掣子将与合闸保持滚轮相接触，最终将分闸反力传递合闸保持轴，压块上部为止受力将与分闸脱扣接触。一旦断路器接收分闸指令，则脱扣半轴将在电磁铁作用下自动进行逆时针转动，在合闸保持滚轮压力下，合闸轴开始转动，达到某个角度，合闸保持掣子将与合闸滚轮相脱离，由此主轴呈现出自由状态，最终通过逆时针转动带动拐臂完成最终分闸动作。
三、户内高压真空断路器操作机构的优化
（一）优化储能单元
主要需要将储能单元模块进行简化处理，也即是当期未处于储能状态时，其中的储能弹簧将具备一定的初始拉力，这就需要将拐臂指向和储能轴中心及弹簧安装点中心线方向维持一致，其中需要考虑到储能轴的自重。储能轴经过拐臂可将作用力施加在储能轴上，其作用力经过储能轴中心，储能弹簧对储能轴而言，将只有拉力而五转矩。这就需要考虑合闸时，掣子和滚轮在合闸线圈下是否处于脱离状态，因此采用的驱动合闸保持掣子的力不可过大，这样才能便于控制合闸线圈功率，达到小型化目标。针对储能弹簧力的优化上，需充分满足合闸过程当中所需的能量要求，具体不可产生过剩情况，否则将很容易致使机构陷入不稳定状态。
（二）优化合闸传动单元
合闸传动单元具体由平面四连杆机构组成，因此需要针对其连杆机构加以设计，要求四连杆机构不但能够实现预期运动效果，同时还可达成高效、便捷的传动目标。具体需要从断路器合闸力及合闸阻力变化情况来展开综合性分析，要求当合闸开始时，压力角将随之逐渐减少，合闸结束后，要求其压力角控制为零。其次，在合闸位置上，要求以四连杆为主动力时，压力角则应当尽可能增大。此外，还需针对其中的合闸凸轮进行优化设计，因为储能轴转动，具体是连杆运动与主轴转动，因此就需要一个与储能轴互为固定的传动凸轮，凸轮边缘与合闸滚轮相触，由此促进合闸滚轮运动。对其优化的目的在于促使连杆机构维持极限位置一定时限，这样才能保证分闸脱扣装置的合闸保持掣子留有一定回复时间。
（三）优化分闸脱扣单元
因分闸脱扣单元由合闸维持周及脱扣半轴组合而成，因此在合闸当中，其作用上面以作阐述，不再一一赘述。针对其优化设计，主要要求其不仅应当能够保障合闸的功能，同时在分闸脱扣过程中，脱扣力度应当切实满足相应要求。并且在一定范围当中，分闸脱扣力度应当不断减小，这样才能利于控制分闸线圈的功率，最终实现分闸线圈及操作机构的小型化。而在分闸电压方面，当分闸操作电压低于额定电压将分不了闸，因此需控制操作电压低于额定电压的65%，这样才能可靠分闸。
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论文作者:蔡建涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：储能论文; 机构论文; 户内论文; 操作论文; 真空断路器论文; 弹簧论文; 单元论文; 《电力设备》2018年第30期论文;