寧波優(yōu)靜水表有限公司

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談?wù)務(wù)婵臻_關(guān)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合問題

2020-03-11

摘要：本文介紹了真空開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)之間配合存在的問題，從操動(dòng)機(jī)構(gòu)對真空開關(guān)負(fù)載特性的影響入手，找出解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：真空開關(guān)；操動(dòng)機(jī)構(gòu)；系統(tǒng)配合；負(fù)載特性

TalkingaboutMatchingProblemofaVacuumSwitchwithaMechanism

HUANGPei—ying，WANGQiang

(ShundeDistrictAdultSpecialSchool，F(xiàn)oshanCity，Guangdong528300，China)

Abstract：Thepaperpresentstheproblemsforthematchingofavacuumswitchwithacontralmechanism,staringwiththeeffectofthecontrolmechanismonthevacuumswith，findingoutmethodstosaveproblems．

Keywords：vacuumswitch；controlmechanism；systemmatching；loadcharacteristic

1引言

眾所周知，真空開關(guān)具有體積小、重量輕、壽命長、無火災(zāi)危險(xiǎn)、不污染環(huán)境、維護(hù)工作量少等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其是維護(hù)工作量少備受用戶青睞。因此，各單位在10kV開關(guān)設(shè)備更新?lián)Q代時(shí)都優(yōu)先選用真空開關(guān)，似乎有一股”真空熱”在加溫。然而真空開關(guān)在實(shí)際使用的過程中，仍然存在許多問題，特別是與操動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的配合還不協(xié)調(diào)。因此，如何使真空開關(guān)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到最佳配合，這個(gè)問題值得研究和探討。

2真空開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合存在的問題及原因分析

過去，真空開關(guān)沒有專用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)與之配合，一直使用少油開關(guān)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)(如電操CD10型、彈操CT8型)，這些操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有體積大、功率也偏大等缺點(diǎn)?，F(xiàn)在新設(shè)計(jì)的專門配合真空開關(guān)使用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)(如電操CD17型、彈操CT17型)與真空開關(guān)之間的配合仍然存在諸多問題。目前，國內(nèi)真空開關(guān)的生產(chǎn)廠家眾多，各個(gè)廠家生產(chǎn)出的真空開關(guān)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)五花八門，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)者很難清楚地了解各種真空開關(guān)的性能。因此，新設(shè)計(jì)出的操動(dòng)機(jī)構(gòu)很難滿足真空開關(guān)的需要。從近年來應(yīng)用的情況來看，普遍存在著機(jī)械特性參數(shù)偏低，特別是分、合閘速度慢的問題，這對真空開關(guān)性能的影響極大。常常出現(xiàn)這邊新操動(dòng)機(jī)構(gòu)剛剛設(shè)計(jì)定型，那邊又有用戶提出要加大操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功率。如新設(shè)計(jì)的CT17-31.5型彈操機(jī)構(gòu)合閘功率為100焦耳，比CT8彈操機(jī)構(gòu)的250焦耳少了1.5倍。CD17-31.5型電操機(jī)構(gòu)比CD10型的鐵芯直徑小了1.4倍，工作電流比CD10-Ⅱ型小了1.7倍，比CD10-Ⅰ型小了1.4倍，已知合閘功率與鐵芯直徑和電流的平方成正比，則CT17型的合閘功率比CD10型少了3～4倍。如果31.5型真空開關(guān)配新設(shè)計(jì)的CT17、CD17操動(dòng)機(jī)構(gòu)，那么其合閘功率比原來使用CT8、CT1O操動(dòng)機(jī)構(gòu)小了許多倍，從而造成合閘速度慢。目前的情況是新設(shè)計(jì)的CT17和CD17操動(dòng)機(jī)構(gòu)常常是降低一級功率來使用。

為什么專門為真空開關(guān)設(shè)計(jì)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，卻無法滿足真空開關(guān)的需要呢?目前我國認(rèn)同的真空開關(guān)負(fù)載特性受力情況如圖1所示。從圖中我們可以看出，許多操動(dòng)機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)者僅從真空開關(guān)自身的負(fù)載特性來進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有全面地、系統(tǒng)地進(jìn)行分析和研究。筆者認(rèn)為：真空開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)配合在一起使用的完整的系統(tǒng)，它們某些特性是相互聯(lián)系、相互影響的，系統(tǒng)的負(fù)載特性應(yīng)該包括真空開關(guān)、操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及二者之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三個(gè)方面。操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)不應(yīng)分開來單獨(dú)考慮，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一考慮。圖1中只考慮了真空開關(guān)的負(fù)載特性，忽略了操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對其負(fù)載特性的影響。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)被忽略的因素有：

1.操動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的負(fù)載特性，如機(jī)構(gòu)分合閘位置的回復(fù)彈簧力(自閉力)。

2.油緩沖器的壓縮彈簧力。

3.在GG1A開關(guān)柜中，真空開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)桿過長，導(dǎo)致傳動(dòng)慣量和傳動(dòng)間隙增加。

3操動(dòng)機(jī)構(gòu)與真空開關(guān)配合時(shí)的受力分析

真空開關(guān)存在一些問題，如因?yàn)榉珠l振動(dòng)而導(dǎo)致的分閘重燃現(xiàn)象?，F(xiàn)在生產(chǎn)的真空開關(guān)在結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，如增加了油緩沖器，以減少分閘重燃現(xiàn)象。但是油緩沖器的壓縮彈簧力(隨壓縮行程增加而增大)對真空開關(guān)的負(fù)載特性是有影響的，見圖2中F6。這個(gè)力在真空開關(guān)早期的負(fù)載特性(見圖1)上沒有反映。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)對真空開關(guān)負(fù)載特性也是有影響的。真空開關(guān)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)分電操機(jī)構(gòu)和彈操機(jī)構(gòu)兩種。真空開關(guān)最早采用電操機(jī)構(gòu)，因?yàn)殡姴俚臋C(jī)械特性是升力，與真空開關(guān)負(fù)載特性相吻合。但市場卻偏愛彈操機(jī)構(gòu)，因?yàn)閺棽贆C(jī)構(gòu)使用方便，停電時(shí)可以手動(dòng)儲(chǔ)能分合閘，機(jī)構(gòu)還省了一套直流操作電源。而彈操的機(jī)械特性是減力，與真空開關(guān)的負(fù)載特性吻合差。吻合差的表現(xiàn)是后期合閘功率不夠，致使在相同功率下彈操機(jī)構(gòu)的合閘速度偏慢。

從圖2中還可以看出：電操機(jī)構(gòu)(如CD17型)在其主軸上有一扭簧力，迫使主軸在空載時(shí)自動(dòng)復(fù)位(自閉)到分閘位置，此扭簧力隨合閘過程而增大，見圖2中F8。而彈操機(jī)構(gòu)(如CT17型)則剛好相反，機(jī)構(gòu)內(nèi)有兩個(gè)拉簧，空載時(shí)迫使輸出軸自動(dòng)復(fù)位(自閉)到合閘位置，此拉簧力隨分閘過程而增大，見圖2中F7。真空開關(guān)在分閘位置時(shí)必須克服這兩個(gè)扭簧力，即F7，CTl7型的兩個(gè)扭簧力比CT8的大很多，可合閘功率卻比它小1.5倍。這些”內(nèi)耗”抵消了一部分合閘輸出功率，導(dǎo)致CT17型的實(shí)際輸出功率比設(shè)計(jì)時(shí)的要小。以上兩種機(jī)構(gòu)的復(fù)位力在圖1上都沒有考慮，圖1只考慮了F1～F5。

實(shí)際上真空開關(guān)在分閘位置不只是克服F2，由于真空開關(guān)加了油緩沖器，且配上操動(dòng)機(jī)構(gòu)一起使用，所以真空開關(guān)還必須克服F6、F7(或F8)，才能將真空開關(guān)拉到分閘位置，達(dá)到額定開距?？朔@些力都是由分閘拉簧的預(yù)拉力F1來做到。以彈操機(jī)構(gòu)來說，這時(shí)由于增加了F6、F7，如果仍用原來真空開關(guān)的分閘拉簧，則分閘位置預(yù)拉力必須由原來的F1提高到F1″(見圖2)，則合閘位置的拉力提高了，所以真空開關(guān)的合閘功率也就增大。圖2中陰影面積為此時(shí)增加的功率。如果更換分閘彈簧，使合閘位置時(shí)拉力保持原來相對不變(即分閘速度不變)，則需要提高分閘位置的預(yù)拉力，由原來的F1提高到F1′，這時(shí)增加的合閘功率為圖2中F與F′所圍的面積。目前不換分閘彈簧的情況較多，可見合閘功率更大。如果真空開關(guān)配電操機(jī)構(gòu)，則斜線F1′和Fl″因?yàn)闆]有F7作用而分別下降一些，再加上F8所組成的合成負(fù)載力曲線下的面積，就是它的合閘功率(圖2中未畫出電操的合成力曲線)，總的來說合閘功率也加大了。如果按原來真空開關(guān)負(fù)載特性圖(圖1)設(shè)計(jì)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，配在現(xiàn)在的真空開關(guān)上，參數(shù)值肯定偏低，達(dá)不到最佳配合的要求。這就是目前真空開關(guān)分合閘速度慢的主要原因之一。

4解決問題的方法

通過上述的分析我們知道：影響真空開關(guān)與操動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的最佳配合的原因是由于F6、F7、F8的存在。找到原因后，我們可以從以下幾方面入手，解決好這個(gè)配合問題。

首先，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)系列化的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。真空開關(guān)不象少油開關(guān)那樣只有一個(gè)SN10定型產(chǎn)品，且SN10的輸出功率也固定。真空開關(guān)在結(jié)構(gòu)上是多樣的，要想適應(yīng)真空開關(guān)多樣性的要求，又要達(dá)到操動(dòng)機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，便于用戶選用。操動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中盡可能設(shè)計(jì)幾個(gè)級別的類型，最好是一種真空開關(guān)配一種操動(dòng)機(jī)構(gòu)。如果目前的國情、市場、通用性、標(biāo)準(zhǔn)化等因素不允許這樣做的話，每種類型的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)到某一階段的最大壽命值，其余因素做成可調(diào)。各真空開關(guān)廠可根據(jù)自己開關(guān)的負(fù)載特性，選配某一型號(hào)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，以變應(yīng)變，這樣才能適應(yīng)國內(nèi)市場的要求。

其次，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)包括真空開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，盡可能減少損耗。比如各廠的真空開關(guān)主軸輸出轉(zhuǎn)角、拐臂半徑是不同的，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)角、拐臂半徑也是有差異的，與真空開關(guān)的配合上，是增力還是減力，是放大還是縮小，對機(jī)構(gòu)的合閘功率影響很大。換句話說，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要考慮不同真空開關(guān)的主軸輸出轉(zhuǎn)角、拐臂長度和傳力大小；真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要考慮所配操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)角、拐臂長度、傳力等等。如果將來時(shí)機(jī)成熱，還可以綜合各家所長，搞幾個(gè)聯(lián)合設(shè)計(jì)，那時(shí)真空開關(guān)的使用性能將更加優(yōu)化。

第三，研制與生產(chǎn)不重燃的真空滅弧室，取消油緩沖器，減少油緩沖彈簧力對真空開關(guān)的影響。

以上僅為個(gè)人的一點(diǎn)淺見，不妥之處還望各位專家批評指正。

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