本实用新型公开了一种高压隔离开关操作机构，包括：箱体、电动机驱动机构、检测模块、驱动器模块、控制模块，电动机驱动机构安装于箱体上，检测模块设置于电动机驱动机构上并用于采集电动机驱动机构的扭矩和角度数据，驱动器模块与电动机驱动机构的输入端电性连接并用于驱动电动机驱动机构，控制模块分别与检测模块的输出端、驱动器模块的输入端电性连接，该控制模块用于根据检测模块反馈的数据调节电动机驱动机构的扭矩和角度。本实用新型的高压隔离开关操作机构通过实现高压隔离开关分/合闸的变速操作，减少了触头与触指的磨损，减小了
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 212725126 U (45)授权公告日 2021.03.16 (21)申请号 4.2 (22)申请日 2020.06.29 (73)专利权人 湖南长高高压开关集团股份公司 地址 411400 湖南省长沙市望城经济技术 开发区金星北路三段393号 专利权人 湖南长高高压开关有限公司 (72)发明人 张君秦荣育杨玲郭鑫 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人 赵琴娜 (51)Int.Cl. H01H 31/02 (2006.01) H01H 3/26 (2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (54)实用新型名称 一种高压隔离开关操作机构 (57)摘要 本实用新型公开了一种高压隔离开关操作 机构，包括：箱体、电动机驱动机构、检测模块、驱 动器模块、控制模块，电动机驱动机构安装于箱 体上，检测模块设置于电动机驱动机构上并用于 采集电动机驱动机构的扭矩和角度数据，驱动器 模块与电动机驱动机构的输入端电性连接并用 于驱动电动机驱动机构，控制模块分别与检测模 块的输出端、驱动器模块的输入端电性连接，该 控制模块用于根据检测模块反馈的数据调节电 动机驱动机构的扭矩和角度。本实用新型的高压 隔离开关操作机构通过实现高压隔离开关分/合 闸的变速操作，减少了触头与触指的磨损，减小 U 了分/合闸时的冲击，减少了操作机构的类型从 6 而降低了加工成本和管理成本。 2 1 5 2 7 2 1 2 N C CN 212725126 U 权利要求书 1/2页 1.一种高压隔离开关操作机构，其特征是，包括： 箱体(100)；和安装于所述箱体(100)上的 电动机驱动机构(200)，所述电动机驱动机构(200)的输出端与高压隔离开关连接； 检测模块(300)，设置于所述电动机驱动机构(200)上并用于采集所述电动机驱动机构 (200)的扭矩和角度数据； 驱动器模块(400)，与所述电动机驱动机构(200)的输入端电性连接并用于驱动所述电 动机驱动机构(200)； 控制模块，分别与所述检测模块(300)的输出端、所述驱动器模块(400)的输入端电性 连接，所述控制模块用于根据所述检测模块(300)反馈的数据调节所述电动机驱动机构 (200)的扭矩和角度。 2.依据权利要求1所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述控制模块包括PLC 控制器、AI/AO模块(500)、DI/DO模块(600)，所述AI/AO模块(500)分别与所述检测模块 (300)和所述PLC控制器电性连接，所述DI/DO模块(600)分别与所述驱动器模块(400)和所 述PLC控制器电性连接。 3.依据权利要求1所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述电动机驱动机构 (200)包括传动轴(201)、伺服电动机(202)、减速机(203)、齿轮传动箱(204)，所述伺服电动 机(202)的输出端与所述减速机(203)的输入端连接，所述伺服电动机(202)的输入端与所 述驱动器模块(400)电性连接，所述减速机(203)的输出端分别与所述传动轴(201)和所述 齿轮传动箱(204)连接。 4.依据权利要求3所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述检测模块(300)包 括角度传感器(301)、扭矩传感器(302)，所述角度传感器(301)设置于所述齿轮传动箱 (204)上，所述扭矩传感器(302)设置于所述传动轴(201)上。 5.依据权利要求4所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述减速机(203)为蜗 杆齿轮减速机，所述蜗杆齿轮减速机的齿轮箱与所述伺服电动机(202)的输出端连接，所述 齿轮传动箱(204)内装有相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述蜗杆齿轮 减速机的涡轮轴连接，所述第二齿轮与所述角度传感器(301)连接，所述扭矩传感器(302) 分别与所述蜗杆齿轮减速机的输出端、所述传动轴(201)连接。 6.依据权利要求1所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述电动机驱动机构 (200)为永磁电动机，所述永磁电动机与所述驱动器模块(400)电性连接，所述永磁电动机 的输出端与所述高压隔离开关连接。 7.依据权利要求6所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述检测模块(300)包 括角度传感器(301)、扭矩传感器(302)，所述角度传感器(301)设置于所述永磁电动机的转 轴上，所述扭矩传感器(302)分别与所述转轴和所述高压隔离开关连接。 8.依据权利要求1至7任一所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述高压隔离 开关操作机构还包括用于实现操作可视化和运作时的状态实时显示的人机交互模块(101)，所 述人机交互模块(101)单独集成于用户后台系统和/或可拆卸地安装于所述箱体(100)上， 所述人机交互模块(101)与所述控制模块电性连接。 9.依据权利要求1所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述箱体(100)设有前 门(102)，所述前门(102)设有可视窗口(1021)和锁紧装置(1022)。 2 2 CN 212725126 U 权利要求书 2/2页 10.根据权利要求1所述的高压隔离开关操作机构，其特征是，所述箱体(100)内设有 网络通信模块，所述网络通信模块与所述控制模块电性连接。 3 3 CN 212725126 U 说明书 1/5页 一种高压隔离开关操作机构 技术领域 [0001] 本实用新型涉及高压隔离开关技术领域，特别涉及一种高压隔离开关操作机构。 背景技术 [0002] 高压隔离开关的基本功能体现在触头的分/合闸，而触头的分/合闸又是通过操作 机构来实现的，因此，操作机构工作性能和质量的优劣，对高压隔离开关的工作性能和可靠 性起着很重要的作用。高压隔离开关在电网中的最大的作用是提供明显的分断间隙和切换 电路以改变系统的运行方式。高压隔离开关要求操作机构有足够的输出转矩，并且能在规 定的时间内完成分/合闸操作。 [0003] 现有的不相同的型号的高压隔离开关需要采用不一样分/合闸时间的操作机构，因此，操 作机构箱所配的减速器变比种类较多，这导致传动结构较为复杂、成本高、噪音大、易出故障。操 作机构箱内的减速器由于采用传统的交流或直流电动机构，而这些传统的电动机构的转动 角速度不变，因此高压隔离开关的分/合闸操作就不能够实现变速，因此导致高压隔离开关分 闸时由于速度太慢不能快速切断电弧而烧损触头和/或触指以及高压隔离开关合闸时由于 速度太快冲击较大而导致触头提前动作和晃动。上述技术问题的存在，给高压电网的安全 运行带来了严重隐患。 实用新型内容 [0004] 本实用新型旨在至少解决现存技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提 出了一种传动结构相对比较简单、运动过程可控的高压隔离开关操作机构。 [0005] 根据本实用新型实施例的一种高压隔离开关操作机构，包括：箱体、安装于所述箱 体上的电动机驱动机构、检测模块、驱动器模块、控制模块，所述电动机驱动机构的输出端 与高压隔离开关连接，所述检测模块设置于所述电动机驱动机构上并用于采集所述电动机 驱动机构的扭矩和角度数据，所述驱动器模块与所述电动机驱动机构的输入端电性连接并 用于驱动所述电动机驱动机构，所述控制模块分别与所述检测模块的输出端、所述驱动器 模块的输入端电性连接，所述控制模块用于根据所述检测模块反馈的数据调节所述电动机 驱动机构的扭矩和角度。 [0006] 根据本实用新型上述实施例的一种高压隔离开关操作机构，至少具有如下有益效 果：一方面，高压隔离开关分/合闸实现变速操作，减少了操作的流程中触头与触指运动时的 摩擦力和触头与触指上镀银层的磨损，能快速拉断触头与触指之间的电弧从而保护触头不 被电弧烧损，而且当高压隔离开关分/合闸到位时，将速度降低，能减小高压隔离开关分/ 合闸时受到的冲击；另一方面，通过设置速度参数改变分/合闸时间，所有不同分/合闸时间 的传统操作机构均可用本技术方案中的操作机构替代，由此减少了操作机构的类型，并降 低了加工成本和管理成本。 [0007] 根据本实用新型的一些实施例，所述控制模块包括PLC控制器、AI/AO模块、DI/DO 模块，所述AI/AO模块分别与所述检测模块和所述PLC控制器电性连接，所述DI/DO模块分别 4 4 CN 212725126 U 说明书 2/5页 与所述驱动器模块和所述PLC控制器电性连接。 [0008] 根据本实用新型的一些实施例，所述电动机驱动机构包括传动轴、伺服电动机、减 速机、齿轮传动箱，所述伺服电动机的输出端与所述减速机的输入端连接，所述伺服电动机 的输入端与所述驱动器模块电性连接，所述减速机的输出端分别与所述传动轴和所述齿轮 传动箱连接。 [0009] 根据本实用新型的一些实施例，所述检测模块包括角度传感器、扭矩传感器，所述 角度传感器设置于所述齿轮传动箱上，所述扭矩传感器设置于所述传动轴上。 [0010] 根据本实用新型的一些实施例，所述减速机为蜗杆齿轮减速机，所述蜗杆齿轮减 速机的齿轮箱与所述伺服电动机的输出端连接，所述齿轮传动箱内装有相互啮合的第一齿 轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述蜗杆齿轮减速机的涡轮轴连接，所述第二齿轮与所述 角度传感器连接，所述扭矩传感器分别与所述蜗杆齿轮减速机的输出端、所述传动轴连接。 [0011] 根据本实用新型的一些实施例，所述电动机驱动机构为永磁电动机，所述永磁电 动机与所述驱动器模块电性连接，所述永磁电动机的输出端与所述高压隔离开关连接。 [0012] 根据本实用新型的一些实施例，所述检测模块包括角度传感器、扭矩传感器，所述 角度传感器设置于所述永磁电动机的转轴上，所述扭矩传感器分别与所述转轴和所述高压 隔离开关连接。 [0013] 根据本实用新型的一些实施例，所述高压隔离开关操作机构还包括用于实现操作 可视化和运作时的状态实时显示的人机交互模块，所述人机交互模块单独集成于用户后台系统 和/或可拆卸地安装于所述箱体上，所述人机交互模块与所述控制模块电性连接。 [0014] 根据本实用新型的一些实施例，所述箱体设有前门，所述前门设有可视窗口和锁 紧装置。 [0015] 根据本实用新型的一些实施例，所述箱体内设有网络通信模块，所述网络通信模 块与所述控制模块电性连接。 [0016] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 附图说明 [0017] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显和容易理解，其中： [0018] 图1为本实用新型实施例的电动机驱动机构结构示意图； [0019] 图2为本实用新型实施例的操作机构总装图； [0020] 图3为本实用新型实施例的电气控制管理系统流程图； [0021] 图4为本实用新型实施例的操作机构的箱体结构示意图。 [0022] 附图标记： [0023] 箱体100、人机交互模块101； [0024] 前门102、可视窗口1021、锁紧装置1022； [0025] 电动机驱动机构200、传动轴201、伺服电动机202、减速机203、齿轮传动箱204； [0026] 检测模块300、角度传感器301、扭矩传感器302； [0027] 驱动器模块400； 5 5 CN 212725126 U 说明书 3/5页 [0028] AI/AO模块500； [0029] DI/DO模块600。 具体实施方式 [0030] 下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。 [0031] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、 右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用 新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件一定要有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 [0032] 在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义 理解，所属技术领域技术人能结合技术方案的详细的细节内容合理确定上述词语在本实用新 型中的具体含义。 [0033] 参考图1至图4，为本实用新型实施例的高压隔离开关操作机构，包括：箱体100、电 动机驱动机构200、检测模块300、驱动器模块400、控制模块。 [0034] 电动机驱动机构200安装在箱体100内。 [0035] 检测模块300设置于电动机驱动机构200上并用于采集电动机驱动机构200的扭矩 和角度数据。 [0036] 驱动器模块400与电动机驱动机构200的输入端电性连接并用于驱动电动机驱动 机构200动作。 [0037] 控制模块分别与检测模块300的输出端、驱动器模块400的输入端电性连接，该控 制模块用于根据检测模块300反馈的数据调节电动机驱动机构200的扭矩和角度。 [0038] 在本实用新型的一些实施例中，控制模块包括PLC控制器、AI/AO模块500、DI/DO模 块600，AI/AO模块500分别与检测模块300和PLC控制器电性连接，检测模块300输出的模拟 信号通过AI/AO模块500传输至PLC控制器的I/O口，DI/DO模块600分别与驱动器模块400和 PLC控制器电性连接，PLC控制器输出的数字信号通过DI/DO模块600传输至驱动器模块400 的控制口。 [0039] 上述控制模块采用PLC控制器，可实现高压隔离开关操作机构的自动控制，减少了 电器元件，提高了设备的可靠性，而且采用PLC控制器的控制模块具有过载、短路、缺相保护 功能，使得操作动作简单可靠，不受运行人员习惯和情绪影响。 [0040] 在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，电动机驱动机构200包括传动轴201、 伺服电动机202、减速机203、齿轮传动箱204，伺服电动机202的输出端与减速机203的输入 端连接，伺服电动机202与驱动器模块400电性连接，控制模块发出控制指令给驱动模块400 进而控制伺服电动机202启动、停止、正转、反转、加速、减速以及按设定值保持匀速转动，减 速机203的输出端分别与传动轴201和齿轮传动箱204连接。 [0041] 如图2所示，减速机203、PLC控制器(未画出)和DI/DO模块600布置在箱体100左侧， 驱动器模块400、AI/AO模块500布置在箱体100右侧。 [0042] 如图3所示，为本实施例的电气控制管理系统流程图，检测模块300实时采集的角度和 6 6 CN 212725126 U 说明书 4/5页 转矩数据通过AI/AO模块500传输至PLC控制器的I/O口，PLC控制器输出的控制指令通过DI/ DO模块600传输至驱动器模块400的控制口，进而控制伺服电动机202执行变速操作。 [0043] 在本实用新型的一些实施例中，检测模块300包括角度传感器301、扭矩传感器 302，角度传感器301设置在齿轮传动箱204上，用于采集高压隔离开关触头的位置和速度信 号，扭矩传感器302设置于传动轴201上，用于采集电动机驱动机构200的输出转矩信号。 [0044] 在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，减速机203为蜗杆齿轮减速机，该蜗杆 齿轮减速机由蜗杆蜗轮机构和齿轮机构组合而成，该蜗杆齿轮变速机的齿轮箱与伺服电动 机202的输出轴相连，齿轮传动箱204与该蜗杆齿轮变速机蜗轮箱的下端连接，齿轮传动箱 内204内装有相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的变比均为1:1，第一 齿轮与该蜗杆齿轮减速机涡轮箱中的涡轮轴机械连接，第二齿轮与角度传感器301连接，扭 矩传感器302的一端与该蜗杆齿轮减速机的输出端连接，扭矩传感器302的另一端与传动轴 201连接。 [0045] 在本实用新型的一些实施例中，电动机驱动机构200为永磁电动机，该永磁电动机 与驱动器模块400电性连接，控制模块发出控制指令给驱动模块400进而控制该永磁电动机 执行变速操作，该永磁电动机的输出端通过传动轴201与高压隔离开关连接。 [0046] 本实施例中，永磁电动机的转轴直接与传动轴201连接，结构相对比较简单可靠，故障率较低， 传动效率高。依靠永磁电动机大转矩和低速的特性，永磁电动机转子无需通过物理运动部 分与高压隔离开关的传动轴201连接也能实现高压隔离开关的分/合闸操作。这里的机械传 动部分由蜗轮、蜗杆、齿轮等零件组成，最大的作用是将传统的电动机由高转速小转矩输出转 换成低转速大转矩输出。 [0047] 在本实用新型的一些实施例中，检测模块300包括角度传感器301、扭矩传感器 302，角度传感器301直接设置于永磁电动机的转轴上，用于采集高压隔离开关触头的位置 和速度信号，扭矩传感器302分别与永磁电动机的转轴和高压隔离开关连接，用于采集永磁 电动机的输出转矩。 [0048] 在本实用新型的一些实施例中，高压隔离开关操作机构还包括用于实现操作可视 化和运作时的状态实时显示的人机交互模块101，人机交互模块101单独集成于用户后台系统 和/或可拆卸地安装于箱体100上，如图3所示，人机交互模块101还与控制模块电性连接。 [0049] 如图2所示，人机交互模块101、分/合闸按钮(未画出)布置在箱体100左侧的面板 (未标注)上。人机交互模块101用于设置控制管理系统的参数，包括测试模式、输出控制、角度传 感器设置、角度传感器变送设置、扭力传感器变送设置、动态变速设置、采样比例尺设置。人 机交互模块101的主界面可显示数据通道通讯状态、录波通道通讯状态、扭力数据、角度数 据、速度数据、高压隔离开关分/合闸位置状态。人机交互模块101还可记录高压隔离开关 分/合闸操作的流程，如扭力曲线、角度曲线型高压隔离开关的操作的流程来仔细地了解本实用新型的技术方 案， [0051] 步骤1：接通高压隔离开关操作机构的电源，进入人机交互模块101的主界面进行 参数选择或设置。 [0052] 步骤2：选择或设置相对应的参数，其中分/合闸时间6s、分/合闸角度180°、合闸减 速拐点角度150°、分闸变速拐点角度30°、正常分合段速度6r/s、加速运动段速度10r/s，减 7 7 CN 212725126 U 说明书 5/5页 速运动段速度4r/s，扭力极限400N。 [0053] 步骤2-1：分闸操作时，按下分闸按钮，PLC控制器内的分闸程序通过DI/DO模块600 输出信号到伺服驱动器进而驱动伺服电动机202转动，伺服电动机202按选择或设置的参数 带动蜗杆齿轮减速机输出端相连的传动轴201顺时针转动，同时传动轴201带动角度传动器 301测量分闸转动角度，触头与触指脱开过程(0～30度范围)速度较慢，以减小触头与触指 运动时的摩擦力以及减少触头与触指上镀银层的摩损，触头与触指脱开后(30～150度范 围)，加速分闸拉断触头与触指之间的电弧，当高压隔离开关分闸快到位时(150～180度范 围)，将分闸速度降低，以减小高压隔离开关分闸时的冲击，当高压隔离开关分闸到设置角 度时即停止。 [0054] 步骤2-2：合闸操作为步骤2-1中分闸操作的逆时针转动过程。 [0055] 步骤3：传动轴201转动时，与传动轴201相连的扭矩传感器302开始测量操作扭力 值，并将扭力值与扭力极限400N比较，当扭力值超过给定的400N时，说明高压隔离开关出现 了传动卡滞故障，高压隔离开关操作机构启动过载保护程序断开电源。 [0056] 在高压隔离开关操作机构操作的流程中，PLC控制器按设置采样频率将分闸时间波 形、合闸时间波形、扭力波形、速度波形进行录波。用户可通过人机交互模块101查看各类波 形图，从而为高压隔离开关的安全运行和维护提供了可靠的数据支撑。 [0057] 在本实用新型的一些实施例中，箱体100设有前门102，前门102设有可视窗口1021 和锁紧装置1022。 [0058] 前门102开设的可视窗口1021，在不开门的情况下，可察看箱体100内电器元件的 工作状态，便于变电站设备运维人员巡视。 [0059] 前门102安装的锁紧装置1022，加强了操作机构的管理和提高了保密性，防止无关 人员做相关操作。 [0060] 在本实用新型的一些实施例中，箱体100内设有网络通信模块，高压隔离开关的位 置信号及操作机构控制保护回路完整性自检信号能够最终靠该网络通信模块上传至后台系 统，也可利用互联网实现对高压隔离开关的远程分/合闸操作。 [0061] 本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、 材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书里面，对上述术语 的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者 特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0062] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员能够理解： 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。 8 8 CN 212725126 U 说明书附图 1/3页 图1 9 9 CN 212725126 U 说明书附图 2/3页 图2 图3 10 10 CN 212725126 U 说明书附图 3/3页 图4 11 11
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