浅谈弹簧操作机构的应用

摘 要：阳泉煤业（集团）股份有限公司某变电站在2004年将少油型断路器更换为真空断路器，并配套使用了CD19型电磁操作机构。电磁操作机构在实际使用过程中暴露出一些问题，于是将其更换为弹簧操作机构，使站内设备运行更加安全、可靠。现主要对该站现场使用的弹簧操作机构的优缺点进行了分析，以供相关人员参考。

关键词：断路器;电磁操作机构;弹簧操作机构

0 引言

阳泉煤业（集团）股份有限公司某变电站自1983年投入运行至今，站内设备随着我国电力的不断发展，根据地区需求进行了多次改造和更换，电气设备的更新换代也见证了我国电力建设的不断进步和发展。当前该站各设备已经能满足和适应电力发展的需要。断路器是变电站一次设备的重要组成部分，该站于2004年将少油型断路器更换为更加安全可靠的真空断路器，不仅满足了变电站对电气设备发展的需要，同时也满足了变电站对设备安全性、可靠性等方面的需求。与该站真空断路器相配套的操作机构为电磁型操作机构，是断路器重要的配套设备，可以实现断路器的分合闸操作。按照操作机构不同的动作能量来源，可以将其分为电磁操作机构、弹簧操作机构、液压操作机构等。

断路器触头实现分合闸是通过断路器中配套的操作机构完成的。操作机构性能好坏对断路器工作性能有着直接影响，对于变电站来说，操作机构能够可靠地进行分合闸，直接影响到变电站的安全运行。因此，变电站要根据实际设备运行需要，选用合适的断路器操作机构，以保证设备运行的可靠性。

1 电磁操作机构在实际使用中的不足

该站断路器配套的电磁操作机构在安装使用后运行至今，能够按照工作要求实现断路器的分合闸操作，为变电站的安全运行做出很大贡献。随着电力不断发展，人们对电力安全的要求越来越高。近几年站内的真空断路器在操作时发生了多次空合闸现象，不仅延误了计划送电时间，更为变电站的安全运行带来了巨大的隐患。实际使用配套电磁操作机构的断路器时发生过多起事故，如2018年发生断路器的直流接触器触点磨损严重事故，触点不良导致合闸回路没有接通无法进行合闸;2019年发生断路器合闸时合闸线圈烧毁事故;2020年直流屏内蓄电池发生故障，在进行断路器合闸时发生了电源功率不足导致的空合闸事故。

电磁操作机构经过多年使用，虽然可以满足变电站的日常操作需要，但存在以下不足：

（1）使用电磁操作机构的断路器在合闸时需要较大的电源能量，为了满足电源要求，变电站需要配置大功率的合闸电源。该站使用的CD19型电磁操作机构，合闸额定电流达到147 A，可见在断路器合闸时需要提供足够大的瞬时功率，才能保证断路器合闸成功。

（2）电磁操作机构由于合闸时电流较大，在控制回路中不能够直接利用控制回路启动合闸线圈，需要将合闸接触器串联到控制回路中，利用接触器接通合闸线圈来实现断路器合闸。

（3）电磁操作机构进行合闸时需要大功率的直流电源提供能量，对变电站中直流系统的要求较高，需要单独安装专用合闸回路使电源能提供足够的能量，同时合闸电源和控制电源分开，使得直流系统接线较复杂。

（4）电磁操作机构对直流系统中的蓄电池要求较高，蓄电池需在合闸瞬间为电磁操作机构提供能量，并在此过程中要释放巨大的能量以满足合闸要求，给蓄电池和合闸回路带来较大冲击。该站发生过一起蓄电池故障退出运行导致断路器在合闸时能量不足出现空合闸的事故。

2 弹簧操作机构的应用

电磁操作机构存在的上述缺陷对该站的安全运行产生了负面影响。随着电力系统的不断发展，电力系统中应用的各种电气设备不断完善和升级，以适应电力系统的发展需要。变电站作为电力系统中重要的环节，对站内使用的电气设备的安全性和可靠性要求较高，一些不满足要求的设备逐渐被替换或淘汰。该站使用的电磁操作机构在近几年发生过多起事故，给变电站的安全运行带来了隐患。为此，该站决定将真空断路器的电磁操作机构更换为性能更加可靠的弹簧操作机构，以解决当前的设备隐患问题，满足当前电力系统发展的需要。在了解当前操作机构的前提下，结合站内实际情况，该站决定将现在使用的CD19型电磁操作机构（图1）更换为CT19BW-114型弹簧操作机构（图2）。

利用安装在机构内的弹簧动力进行分合闸的操作机构被称为弹簧操作机构。弹簧操作机构与电磁操作机构的区别是，电磁操作机构利用电磁力进行分合闸操作，两者的动力来源不同，主要结构也存在较大的区别。从图1、图2可以看出，弹簧操作机构内部传动机构较多，而电磁操作机构电磁部分为主要结构。弹簧操作机构主要由合闸弹簧、分闸弹簧、锁定机构、主传动轴、控制装置等部分组成。在弹簧操作机构进行合闸操作时，主要依靠已储能的合闸弹簧提供动力，带动主传动轴使断路器的触头接触;分闸时利用分闸弹簧的作用力使分闸锁扣解脱，带动主传动使导电杆运动实现断路器的分闸。

3 弹簧操作机构在实际使用中的优点

弹簧操作机构在更换和实际使用中，具有以下优点：

（1）在弹簧操作机构的实际使用中发现，弹簧操作机构在合闸时，合闸弹簧释放储存动力的速度较快，断路器以较快的速度合闸，减少了断路器触头在合闸时产生的电弧对触头的损耗，降低了断路器由于电弧作用使接触电阻增加的概率，延长了触头使用周期。

（2）弹簧操作机构在合闸时速度较快，可以实现断路器快速重合闸，提高电力系统的可靠性。

（3）断路器可以更快地实现合闸，可以使断路器控制回路利用常闭触点对合闸回路实现快速断电，避免合闸线圈由于通电时间过长而被烧毁。

（4）在弹簧操作机构的控制回路中，将储能弹簧拉紧的常闭触点串联到储能电机的启动回路中，在储能弹簧储能完毕并且满足合闸要求后，储能弹簧拉紧的常闭触点断开储能电机回路，避免电机长时间通电而烧毁。

（5）弹簧操作机构的合闸线圈不直接为合闸机构提供动力，只为启动储能电机提供动力，可以以较小的能量接通储能回路，所以可选择尺寸较小的合闸线圈，以减小设备安装的空间。

（6）在弹簧操作机构的控制回路中，可以用较小的电能实现断路器合闸，所以可以不再单独设置合闸电源;二次电源接线较为简单、可靠，并且功率较小，故可以选择直流或交流电源作为合闸电源。

（7）弹簧操作机构的电源可以选择直流或交流，可选择较小容量的直流系统，以节约投资成本。

（8）控制回路中单独设立了储能信号回路，在弹簧储能状态下储能信号应常亮，以指示储能完好，提高设备运行的安全性和可靠性。

4 弹簧操作机构在实际使用中的缺点

弹簧操作机构的应用，提高了变电站运行的安全性和可靠性，但实际应用中也存在以下缺点：

（1）弹簧操作机构和电磁操作机构相比，结构更加复杂，在電磁操作机构中零部件约有150个，而在弹簧操作机构中零部件达到200多个，并且零件的制造工艺和精度要求较高，制造成本和投入较大，对后期安装和维护的要求也较高。

（2）弹簧操作机构虽然可以实现较快速度合闸，但也给设备带来了较大冲击，对设备结构和各零部件的强度要求更高，同时增大了断路器触头的磨损。

5 结语

弹簧操作机构在使用中虽然存在一些不足之处，但在很多方面满足了现在电力系统的需求，并且解决了前期电磁操作机构存在的一些问题，是一种可靠的电气设备，在电力系统中得到了广泛的认可和应用。

收稿日期：2020-10-22

作者简介：袁洋（1984—），男，山西朔州人，电气工程师，研究方向：电气。