VD4開關是ABB的經典中壓斷路器産品，全球銷量近百萬台，在國内亦有大量應用。總體上講，VD4開關可靠性很高，但仍不可避免的出現各種故障，尤其是操動機構部分。處缺過程中，檢修人員隻能通過ABB提供的産品說明書了解其機構的構造及原理，市面上關于斷路器操動機構的參考書也大都直接引用産品說明書的内容，因其不夠詳細，不足以指導檢修人員完成工作，造成諸多不便。筆者近期有幸解體了一台報廢VD4開關，對其機構内部結構進行了拆解梳理，同時加入了一些個人的理解，希望對檢修人員的實際工作能有所幫助。

VD4操動機構的基本結構由平面渦卷彈簧和主軸組成，由多級脫扣機構實現分合閘位置間的保持與轉換，經凸輪杠杆結構輸出。

一、儲能模塊

VD4采用平面渦卷彈簧作為儲能元件，相較大多數彈簧機構采用的直線型拉簧或壓簧，其輸出特性更加平穩，與機構的動作特性更加吻合，從而大大提高了操動機構整體效率。

圖1 平面渦卷彈簧

平面渦卷彈簧一端固定在主軸上，另一端固定在彈簧外殼上，如圖1。儲能時，渦卷彈簧的主軸端固定，儲能電機或儲能搖杆通過棘輪棘爪、鍊條、大齒輪帶動彈簧外殼順時針（從機構左側看去，下同）轉動，拉緊渦卷彈簧。分合閘時，渦卷彈簧的外殼端固定，脫扣機構釋放，主軸在渦卷彈簧帶動下順時針轉動，渦卷彈簧能量輸出。

由于VD4采用了平面渦卷彈簧，其彈簧“未儲能”、“已儲能”狀态的轉換方式也與大多數彈簧操動機構不同，它是通過固定在渦卷彈簧外殼上的帶缺口的圓盤、固定在主軸上的輔助凸輪及安裝在儲能連杆上的滾輪之間的配合實現的。簡單地講，儲能完成後，滾輪在儲能連杆的帶動下，扣進圓盤的缺口，儲能連杆轉動一定角度，與其聯動的儲能輔助接點、儲能機械指示切換至“已儲能”狀态；斷路器合閘過程中，輔助凸輪的最大半徑轉過圓盤缺口，推動滾輪返回圓盤的外沿，帶動儲能連杆返回原角度，儲能輔助接點、儲能機械指示回到“未儲能”狀态。

圖2 儲能狀态轉換示意圖

這裡需要特别指出的是，對于一台分閘未儲能狀态的傳統VD4開關，其平面渦卷彈簧中還儲存有相當的能量，此時對操動機構（尤其是脫扣模塊）進行維護檢修時仍須注意安全。

二、脫扣模塊

VD4開關操動機構的脫扣模塊頗具設計美感，獨樹一幟。看似複雜，将其拆解分析，整個脫扣模塊可以分解成三級基本的脫扣結構：

第一級脫扣結構由大扇形闆的前滾輪和制動盤組成，相當于一個異形的“摯子 滾子”的脫扣結構；第二級由大扇形闆與大半軸組成，是一種典型的“半軸 扇形闆”脫扣結構；第三級由分閘半軸、分閘扇形闆和合閘半軸、合閘扇形闆組成，是兩組“半軸 扇形闆”脫扣結構的鉗形組合。

圖3 脫扣模塊結構圖

首先來看脫扣模塊的保持功能，以合閘位置為例，合閘動作完成後，大扇形闆的前滾輪剛好落在制動盤上合閘位置對應的卡槽内。此時，大半軸在分、合閘扇形闆構成的鉗形結構作用下保持在原位，這使得大扇形闆的前滾輪無法擡起，前滾輪鎖止制動盤，将主軸保持在合閘位置。

再看其脫扣功能，書接前文以分閘動作為例，機構接到分閘指令後，分閘半軸順時針轉過一定角度，分閘扇形闆失去臨時支點，順時針轉動。由分、合閘扇形闆構成的鉗形支持結構解體，大半軸在複位彈簧的作用下逆時針轉動，釋放大扇形闆，大扇形闆在複位彈簧作用下擡起前滾輪釋放制動盤，主軸在渦卷彈簧的作用下順時針轉動，開始分閘動作。

在分閘過程中，分合閘位置輔助軸上的連杆（如圖4）推動分閘扇形闆複位，重新扣在分閘半軸上，這樣分、合閘扇形闆構成的鉗形支持結構重新建立，推動大半軸轉回到原角度；與此同時，制動盤兩側的輔助盤在随主軸轉動時作用在大扇形闆的後滾輪上，使大扇形闆後部擡起，前部下壓，為下一次前滾輪對制動盤的鎖止做好準備。

圖4 分合閘位置輔助軸連杆

三、輸出模塊

VD4操動機構的輸出模塊由主軸上的三隻凸輪盤和機構底部的三根雙臂移動連杆組成。雙臂移動連杆相當于一個杠杆，支點在中間，前端受主軸凸輪盤的作用，後端連接真空泡的絕緣拉杆和分閘彈簧。

合閘時，凸輪盤随主軸轉動，沿其外緣曲線下壓雙臂移動連杆前端的滾輪，使連杆的後端擡起，推動絕緣拉杆向上，使真空泡内動靜觸頭閉合，實現合閘。同時壓縮分閘彈簧，為分閘動作蓄能。

分閘時，凸輪盤随主軸轉動，沿其外緣曲線釋放雙臂移動連杆前端的滾輪，連杆在分閘彈簧的作用下，後端下壓，拉動絕緣拉杆向下，使真空泡内動靜觸頭分離，實現分閘。

四、閉鎖功能

相較于其他型号斷路器，VD4閉鎖功能的設置很全面，為手車式斷路器 “五防”驗收提供了可參照的模闆。下面一一介紹：

1、手車在中間位置時，斷路器禁止合閘：

措施a：設置合閘閉鎖電磁鐵Y1，即将斷路器手車試驗/工作位置限位開關S8、S9并聯後與合閘閉鎖電磁鐵Y1串聯，構成合閘閉鎖回路。隻有斷路器手車處于試驗位置或工作位置時，S8或S9接通合閘閉鎖回路，合閘閉鎖電磁鐵Y1帶電，動鐵心吸合解除對合閘半軸的機械閉鎖；同時，串接在斷路器合閘回路中的輔助開關S2與合閘閉鎖電磁鐵Y1的動鐵心聯動接通，這就為執行合閘命令做好了電路上的準備。如上所述，措施a融合了機械閉鎖和電氣閉鎖，是一種綜合的閉鎖方案。

圖5 手車式VD4電氣控制接線圖

關于在合閘回路中設置輔助開關S2的必要性，這裡說明一下：首先，設置S2是在合閘閉鎖電磁鐵Y1機械閉鎖功能的基礎上增加了電氣閉鎖，無疑增加了閉鎖功能的可靠性。但S2的作用遠不止如此，假設合閘回路中未設置輔助開關S2，若斷路器手車在中間位置時接到電氣合閘命令，此時合閘回路将接通，而在合閘閉鎖電磁鐵Y1閉鎖作用下，合閘半軸不能轉動，無法合閘，斷路器的輔助開關無法變位，這會造成合閘電磁鐵長期通電，過熱燒毀。所以，在斷路器合閘回路中串入輔助開關S2不是錦上添花，而是必要的。

措施b：設置合閘聯鎖機構，如圖6所示。該聯鎖機構通過底盤車内的斷路器聯鎖闆（如圖7）、聯鎖杆及閉鎖杆構成的四連杆結構，在底盤車的絲杠與斷路器的合閘半軸之間建立純機械的閉鎖關系。

當斷路器手車處于試驗位置或工作位置時，底盤車内的斷路器聯鎖闆在複位彈簧的作用下處于水平位置，此時聯鎖杆與閉鎖杆的位置如圖6所示，閉鎖杆頂端與合閘半軸的塑料凸輪之間有間隙，合閘半軸可自由轉動；當斷路器手車處于中間位置時，底盤車内的斷路器聯鎖闆在絲杠的作用下，靠近絲杠一側擡起，通過聯鎖杆作用于閉鎖杆，使其頂端剛好卡在合閘半軸的塑料凸輪之下，鎖止合閘半軸的轉動。

圖6 合閘聯鎖機構

圖7 VD4手車底盤組件

學習中發現不少運行單位發生過由于手車底盤變形或卡澀造成機械閉鎖未正常解除，進而燒毀合閘線圈的情況，在實際工作中應加強對相關部件的檢查、維護。

2、斷路器合閘時，手車禁止搖進/搖出：

VD4開關利用合閘聯鎖機構中聯鎖闆上固定的閉鎖架與操動機構中B相雙臂移動連杆的前端滾輪之間的配合，實現斷路器合閘時，對手車進出的閉鎖。

當手車處于試驗位置或工作位置時，斷路器完成合閘後，雙臂移動連杆的前端滾輪下壓，與聯鎖闆上的閉鎖架僅有微小的間隙。此時若用搖把搖動絲杠進出手車，絲杠将推動底盤車内的斷路器聯鎖闆擡起，斷路器聯鎖闆稍一動作即經閉鎖架抵在雙臂連杆前端的滾輪上，反作用于絲杠上，使絲杠無法轉動，閉鎖了手車的搖進/搖出。顯然，這是一種純機械原理的閉鎖方式。

3、斷路器未儲能時，禁止合閘：

該閉鎖功能不屬于“五防”要求，但對于斷路器本身卻是很重要的。斷路器未儲能或儲能未完成狀态下的合閘，其合閘速度必然降低，關合力也會下降，如果合閘時間過長或關合力不足以克服電斥力，将導緻合閘失敗，後果很嚴重。

VD4開關利用儲能連杆（前文有提到過）上的儲能閉鎖闆與合閘扇形闆的延長闆之間的配合，實現了未儲能狀态下的合閘閉鎖。

斷路器未儲能或在儲能過程中，儲能連杆上的滾輪靠在帶缺口的圓盤外沿，這時儲能連杆的角度使儲能閉鎖闆剛好抵在合閘扇形闆的延長闆上，使合閘扇形闆轉過微小角度，脫開合閘半軸，即第三級鉗形脫扣結構中由合閘半軸、合閘扇形闆接觸形成的臨時支點轉移到了儲能閉鎖闆與合閘扇形闆延長闆的接觸點上，這樣合閘半軸就是去了脫扣功能，也就閉鎖了合閘功能。

斷路器儲能完成後，儲能連杆上的滾輪扣在圓盤的缺口内，這時儲能連杆的角度使儲能閉鎖闆位于合閘扇形闆的延長闆的後側，與合閘扇形闆并無接觸，這樣就不影響合閘半軸的脫扣功能，可以正常合閘。

圖8 a 已儲能時儲能閉鎖闆位置

圖8 b 未儲能時儲能閉鎖闆位置

為配合上述機械閉鎖方式，VD4開關還在合閘回路串入儲能輔助開關S1（如圖5），增加了電氣閉鎖功能，更防止了燒毀合閘電磁鐵的情況的發生。

懂得分享，收獲更多

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!