外置式手動分閘裝置

《外置式手動分閘裝置》是張立成於2013年2月27日申請的專利，該專利的公布號為CN103165356A，授權公布日為2013年6月19日，發明人是張立成。該發明涉及永磁技術。

《外置式手動分閘裝置》該分閘裝置包括外磁軛，位於所述外磁軛內部中間位置的動銜鐵，以及位於所述外磁軛底部的下磁軛，所述分閘裝置還包括磁短路環和具有自鎖功能的機械連鎖機構，所述磁短路環套在所述動銜鐵下部的外部並位於所述外磁軛內，所述磁短路環的底部連線有鎖桿，所述鎖桿穿過所述下磁軛與所述機械連鎖機構連線，所述機械連鎖機構用於控制所述磁短路環的上、下運動。該發明採用外置式的機械連鎖機構與外磁軛內部的磁短路環相配合的分閘方法，實現了高可靠性、高穩定性和迅速便捷的緊急手動分閘功能，解決了在控制電源故障的情況下緊急分閘的要求，保證了設備運行和操作人員的安全。

2016年9月，《外置式手動分閘裝置》獲得第二屆吉林省專利獎優秀獎。

（概述圖為《外置式手動分閘裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：外置式手動分閘裝置
• 申請人：張立成
• 申請日：2013年2月27日
• 申請號：201310061705X
• 公布號：CN103165356A
• 公布日：2013年6月19日
• 發明人：張立成
• 地址：吉林省吉林市解放中路1號方舟綜合樓305室
• 分類號：H01H71/32(2006.01)I
• 代理機構：北京路浩智慧財產權代理有限公司
• 代理人：韓國勝
• 類別：發明專利

專利背景

2013年之前的永磁機構以其結構簡單，零部件少，可靠性高等優點成功地套用於電力系統高低壓開關領域。深得用戶單位的好評和信賴。2013年前，中國國內生產的永磁機構的結構形式分為單拍合與雙拍合兩種，其合閘的共同點是電磁驅動動銜鐵到達合閘終端位置，完成壓縮觸頭彈簧並儲備足夠的能量，依靠永磁吸合力代替傳統的機械鎖扣裝置來實現合閘穩態保持。電動分閘時，這兩種結構形式（單拍合與雙拍合）的永磁機構又分為拉動與推動兩種工作方式，該兩種工作方式分別通過電磁線圈對稱布置與非對稱布置來實現的，其分閘終端位置同樣依靠永磁吸合力。為了保證電力系統運行的安全性與高可靠性，不管哪種結構形式與工作方式的永磁機構都必須具備緊急手動分閘裝置，使得在操作過程中電源中斷的情況下，可靠地進行分閘操作。

永磁機構的手動分閘裝置，其可靠性、操作便捷性及與二次保護控制系統的配合上，遠不如彈簧操動機構的托鎖扣裝置。

中國國內2013年2月之前的永磁機構的手動分閘裝置：一種為內置式強制性手動分閘，如圖1，在永磁機構的外磁軛10上開一個軸孔，用於安裝偏心凸輪軸，通過外部手柄與偏心凸輪20連線，聯動偏心凸輪20對動銜鐵30直接施加以與永磁吸合力相反方向的巨大外力，使其脫離合閘終端位置，到達分閘位置；另一種為永磁機構的外置式機械手動分閘裝置如圖2所示，包括有偏心凸輪40、軸座50、扭簧60、扭簧掛銷、輪軸、和扭簧另銷，組成後偏心凸輪手動分閘裝置，同樣是依託外力手扳，或搖桿與偏心凸輪40對接對動銜鐵直接施加於永磁吸力相反方向外力，使其脫離合閘終端位置，到達分閘終端位置。

以上兩種永磁機構的手動分閘裝置存在一下缺陷：

1、對永磁操動機構真空斷路器手動分閘需施加強大外力，永磁機構的最大特點是要依靠磁場的正、反向磁場實現斷路器的合、分位置保持，完成斷路器的合分，當斷路器額定容電流為1250A額定短路開斷電流40ka時，需永磁操動機構提供合閘靜態吸合力9-9.5千牛，因此對永磁機構的內、外置強力手動分閘所要求的外力很大。

2、當電流故障情況下，操作極為不方便，為事故的擴大化埋藏著隱患。當配套的開關櫃及電源設備突然斷電，永磁機構真空斷路器要求儘快將負載斷電的緊急情況下，操作人員須將開關櫃及開關設備櫃門打開，再用手柄與永磁機構手分裝置輸出軸對接，逆時針轉動30度角將斷路器分閘，即使操作人員非常熟練操作程式，操作程式也需要最少5分鐘的時間，能將永磁機構分閘，即擴大了事故隱患，也不能保障操作人員的人身安全。會給用戶帶來巨大不可估量的經濟損失。

3、自動化程度較低，需要近距離地操作，安全性能較低。

4、偏心凸輪軸的工作穩定性較差，在使用中易出現不能正常復位的問題，當處於偏心凸輪最高點卡滯時，幾個操作循環下來會導致手動分閘裝置失靈，無法實現正常手動分閘。

專利目的

《外置式手動分閘裝置》要解決的技術問題是如何提高2013年2月之前分閘裝置的安全性和穩定性的問題。

技術方案

《外置式手動分閘裝置》其包括外磁軛，位於所述外磁軛內部中間位置的動銜鐵，以及位於所述外磁軛底部的下磁軛，該分閘裝置還包括磁短路環和具有自鎖功能的機械連鎖機構，所述磁短路環套在所述動銜鐵下部的外部並位於所述外磁軛內，所述磁短路環的底部連線有鎖桿，所述鎖桿穿過所述下磁軛與所述機械連鎖機構連線，所述機械連鎖機構用於控制所述磁短路環的上、下運動。

進一步地，所述磁短路環的上表面設有環狀凸台，所述動銜鐵上部的下表面設有與所述環狀凸台相對應的環狀凹槽。進一步地，所述磁短路環開有開口朝下的限位槽，所述限位槽內設有托動彈簧，當所述磁短路環位於所述下磁軛的位置時，所述托動彈簧處於壓縮狀態。進一步地，所述機械連鎖機構包括鎖桿定位座、鎖扣半軸、傳動機構和復位彈簧；所述鎖桿定位座固定安裝在所述下磁軛的下方，所述傳動機構與所述鎖桿定位座固接；所述鎖扣半軸的一端與所述傳動機構鉸接，另一端與鎖桿連線，所述鎖扣半軸與鎖桿的連線處設為脫口凸台，所述鎖桿上設有與所述脫口凸台相匹配的脫口凹槽，所述鎖桿上位於脫口凹槽的下方開有限位導軌，所述鎖扣半軸可在所述限位導軌內滑動；所述鎖扣半軸上設有復位彈簧。

進一步地，所述機械連鎖機構還包括限位板和限位調節螺釘，所述限位板的一端與所述傳動機構鉸接，另一端與所述鎖桿定位座連線，所述限位調節螺釘設於所述鎖桿定位座上，用於限制限位板的轉動位置。進一步地，所述鎖扣半軸的端部設有脫口板。進一步地，所述脫口凸台為半圓盤形狀。進一步地，所述鎖桿為對稱設定的兩根。進一步地，所述磁短路環和鎖桿採用不導磁材料製成。

有益效果

《外置式手動分閘裝置》採用外置式的機械連鎖機構與外磁軛內部的磁短路環相配合的分閘方法，實現了高可靠性、高穩定性和迅速便捷的緊急手動分閘功能，解決了在控制電源故障的情況下緊急分閘的要求，保證了設備運行和操作人員的安全，實現了電力系統運行過程中過壓、欠壓、過流和速斷等事故的可靠脫口功能。該發明為實現國家電網自動化，以及一二次設備融合奠定了技術基礎。

附圖說明

圖1是2013年2月之前的技術內置式強制性手動分閘的結構示意圖；

圖2是2013年2月之前的技術外置式機械手動分閘裝置的結構示意圖。

圖3是該發明一種外置式手動分閘裝置的半剖面的主視圖；

圖4是一種外置式手動分閘裝置的半剖面的左視圖；

其中，1、外磁軛；2、動銜鐵；2a、環狀凹槽；2b、卡槽；3、下磁軛；4、磁短路環；4a、環狀凸台；4b、限位槽；4c、托動彈簧；5、鎖桿；5a、脫口凹槽；5b、限位導軌；6a、鎖桿定位座；6b、鎖扣半軸；6c、傳動機構；6d、限位板；6e、脫口凸台；6f、脫口板；6h、復位扭簧；6g、限位調節螺釘；10、外磁軛；20、偏心凸輪；30、動銜鐵；40、偏心凸輪；50、軸座；60、扭簧。

權利要求

1.《外置式手動分閘裝置》包括外磁軛，位於所述外磁軛內部中間位置的動銜鐵，以及位於所述外磁軛底部的下磁軛，其特徵在於，所述分閘裝置還包括磁短路環和具有自鎖功能的機械連鎖機構，所述磁短路環套在所述動銜鐵下部的外部並位於所述外磁軛內，所述磁短路環的底部連線有鎖桿，所述鎖桿穿過所述下磁軛與所述機械連鎖機構連線，所述機械連鎖機構用於控制所述磁短路環的上、下運動。

2.如權利要求1所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述磁短路環的上表面設有環狀凸台，所述動銜鐵上部的下表面設有與所述環狀凸台相對應的環狀凹槽。

3.如權利要求1所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述磁短路環開有開口朝下的限位槽，所述限位槽內設有托動彈簧，當所述磁短路環位於所述下磁軛的位置時，所述托動彈簧處於壓縮狀態。

4.如權利要求1所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述機械連鎖機構包括鎖桿定位座、鎖扣半軸、傳動機構和復位彈簧；所述鎖桿定位座固定安裝在所述下磁軛的下方，所述傳動機構與所述鎖桿定位座固接；所述鎖扣半軸的一端與所述傳動機構鉸接，另一端與鎖桿連線，所述鎖扣半軸與鎖桿的連線處設為脫口凸台，所述鎖桿上設有與所述脫口凸台相匹配的脫口凹槽，所述鎖桿上位於脫口凹槽的下方開有限位導軌，所述鎖扣半軸可在所述限位導軌內滑動；所述鎖扣半軸上設有復位彈簧。

5.如權利要求4所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述機械連鎖機構還包括限位板和限位調節螺釘，所述限位板的一端與所述傳動機構鉸接，另一端與所述鎖桿定位座連線，所述限位調節螺釘設於所述鎖桿定位座上，用於限制限位板的轉動位置。

6.如權利要求4所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述鎖扣半軸的端部設有脫口板。

7.如權利要求4所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述脫口凸台為半圓盤形狀。

8.如權利要求1所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述鎖桿為對稱設定的兩根。

9.如權利要求1所述的外置式手動分閘裝置，其特徵在於，所述磁短路環和鎖桿採用不導磁材料製成。

實施方式

如圖3，《外置式手動分閘裝置》包括外磁軛1，位於該外磁軛1內部中間位置的動銜鐵2，以及位於外磁軛1底部的下磁軛3，該分閘裝置還包括磁短路環4和具有自鎖功能的機械連鎖機構，磁短路環4套在動銜鐵2下部的外部並位於外磁軛1內，該磁短路環4的底部對稱設有兩根鎖桿5，每根鎖桿5分別穿過下磁軛3與機械連鎖機構連線，該機械連鎖機構用於控制磁短路環4的上、下運動。對稱設定的兩根鎖桿5是為了提高磁短路環4運動的平衡性。

當磁短路環4位於下磁軛3的上表面時，磁短路環4處於分閘位置；啟動機械連鎖機構驅使磁短路環4向動銜鐵2上部的方向運動，當磁短路環4與動銜鐵2接觸時，發生磁短路，此時動銜鐵2上的合成磁力低於觸頭彈簧和分閘彈簧的合力，觸頭彈簧和分閘彈簧釋放能量推動磁短路環4並帶動動銜鐵2向下磁軛3的方向運動，使得斷路器脫口分閘，至磁短路環4與下磁軛3連線，此時，機械連鎖機構自鎖使得磁短路環4連同動銜鐵2鎖定在分閘位置，完成手動分閘操作。該分閘裝置實現了高可靠性、高穩定性和迅速便捷的緊急手動分閘功能，解決了在控制電源故障的情況下緊急分閘的要求，保證了設別和操作人員的安全，實現了電力系統運行過程中過壓、欠壓、過流和速斷等事故的可靠脫口功能，並實現了智慧型化電網的要求。

其中，磁短路環4和鎖桿5獨立加工後鉚接固定。為了實現永磁機構表面不漏磁，完全降低永磁機構外部傘磁通量，從而實現永磁機構無漏磁，鎖桿5採用不導磁材料製成，優選為1Cr18Ni9Ti。

為了加強磁短路環4與動銜鐵2之間的結合力，磁短路環4的上表面設有環狀凸台4a，動銜鐵2上部的下表面設有與該環狀凸台4a相對應的環狀凹槽2a。該環狀凸台4a優選為錐形，這是因為錐形的結合力更強。在磁短路環4向上運動直到與動銜鐵2連線，此時，環狀凸台4a與環狀凹槽2a緊密卡合為一體，然後磁短路環4帶動動銜鐵2開始向下運動。

磁短路環4開有開口朝下的限位槽4b，該限位槽4b內設有托動彈簧4c，當磁短路環4位於下磁軛3的上表面時，托動彈簧4c處於壓縮狀態。受壓的拖動彈簧4c在磁短路環4向上運動時起到推動的作用，減少了磁短路環4向上運動的阻力，從而提高了分閘的初始加速度。該限位槽4b優選為環狀，可在該環向上設定托動彈簧4c以提高磁短路環4的運動平衡性。為了進一步加強磁短路環4與動銜鐵2之間的結合力，限位槽4b的上部突出，在動銜鐵2上部的下表面開有與該限位槽4b的突起部位相對應的卡槽2b。

如圖3，上述的機械連鎖機構包括鎖桿定位座6a、鎖扣半軸6b、傳動機構6c、限位板6d和復位彈簧6h。傳動機構6c、限位板6d和鎖扣半軸6b鉚接為一體形成一傳動裝置。其中，鎖扣半軸6b為對稱設定的兩根，每根鎖扣半軸6b的的一端與傳動機構6c鉸接，其另一端與鎖桿5連線，在其中一根鎖扣半軸6b的端部設定有脫口板6f，該脫口板6f用於轉動鎖扣半軸6b；鎖扣半軸6b還可以與自動驅動裝置連線，以實現自動轉動和停止，該自動驅動裝置可為馬達和控制器等。傳動機構6c可以為傳動桿或傳動支架或其它傳動裝置。其中，限位板6d的一端與傳動機構6c鉸接，另一端與鎖桿定位座6a連線，並在鎖桿定位座6a上設定有限位調節螺釘6g，用於限制限位板6d的轉動位置；其中，在傳動機構6c兩側的鎖扣半軸6b上分別設定有復位彈簧6h，該復位彈簧6h優選為扭簧。

鎖桿定位座6a固定安裝在下磁軛3的下方，傳動機構6c與鎖桿定位座6a固接。鎖扣半軸6b與鎖桿5的連線處設為脫口凸台6e，該脫口凸台6e優選為半圓盤形狀，鎖桿5上設有與脫口凸台6e相匹配的脫口凹槽5a，鎖桿5上位於該脫口凹槽5a的下方開有限位導軌5b，限位導軌5b與脫口凹槽5a連通。限位導軌5b的寬度在脫口凸台6e的高度和寬度的範圍之間，可允許脫口凸台6e從脫口凹槽5a滑入限位導軌5b。

分閘狀態下，如圖4所示，限位板6d處於限位狀態下，磁短路環4與下磁軛3的上端面處於接觸位置，拖動彈簧4c在限位槽4b內處於儲能狀態，鎖扣半軸6b在復位彈簧6h較強力的作用下使脫口凸台6e被限制在脫口凹槽5a內，脫口凸台6e下端面與鎖桿5上脫口凹槽5a的下端平面接觸，實現鎖扣，此時限位板6d抵在調節螺釘6g上處於限位狀態。合閘操作時，在採用機械連鎖或馬達或控制器脫扣時，點觸脫口板6f轉動鎖扣半軸6b，使得脫口凸台6e落入限位導軌5b中並沿限位導軌5b滑動，此時鎖扣半軸6b通過傳動機構6c實現限位板6d的轉動，限位板6d離開調節螺釘6g脫離限位狀態，鎖桿5和磁短路環4在托動彈簧4c的推動下迅速地向上運動直到與動銜鐵2結合上。

榮譽表彰

2016年9月，《外置式手動分閘裝置》獲得第二屆吉林省專利獎優秀獎。