CN100442411C - 特高压断路器多级灭弧分断装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力设备使用的特高压断路器多级灭弧分断装置。设置在绝缘筒中、采用弹簧浮动连接的主触点、灭弧触点、电阻触点构成了执行分、合闸动作的静触头，主动触点、灭弧动触点、电阻动触点构成了动触头。又由于主触点之间的间隙最小、灭弧触点次之、电阻触点之间的间隙最大，在分闸动作中主触点最早分离，在合闸动作中主触点最后接合，可以避免电弧烧坏主触点；同时，由于在分、合闸过程中，分、合闸电阻提前接入，从而避免产生分合闸过电压。

Description

特高压断路器多级灭弧分断装置

技术领域

本发明涉及一种电力设备使用的特高压断路器多级灭弧分断装置。

背景技术

电力设备开关都需要有分断触头，作为高压或特高压断路器使用的时候要求分断速度越快越好、时间越短越好，因为高压电气设备的动触头和静触头接近的时候容易产生电弧，速度越快产生电弧的时间越短，对设备的损害越小。另外，长距离无负载或负载很小的带电线路在分、合闸时会在电网中形成非常高的过电压。如果这些过电压没有一个特殊的设备加以限制，那么在特高压电网中就要采取过渡绝缘措施，而这必然会大幅度增加成本。限制过电压的有效途径就是用装有分、合闸电阻的断路器来对这些电路进行切换，分、合闸电阻可以将过电压限制在一个相对较低的水平。现有的带有合闸电阻的高压断路器触头，以阿尔斯通(中国)公司(ALSTOM)的FXT16D型SF6断路器触头为代表，由安装在绝缘腔体中的动触头和静触头组成，静触头固定安装在绝缘腔体中，连接有合闸电阻；动触头铰接在绝缘拉杆上，动触头与静触头的相对运动速度取决于绝缘拉杆的运动速度，为了提高开关的分断速度，只有提高绝缘拉杆的运动速度，而这又会大幅度提高生产成本而后功率消耗，同时绝缘拉杆的运动速度提高后又会造成较大的运动冲击力，影响设备的使用寿命。本人申请的另一专利“特高压断路器四极倍速分断触头”提供了一种高速分断触头，在分闸动作时，动触头和静触头同时向相反的方向移动，极大地提高了触头的分断速度，使断路器的分断能力大为提高。但该触头只有在合闸的时候接入合闸电阻，能避免合闸过电压，当应用于较长线路时，却不能避免分闸过电压现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、合理可靠、成本低廉、分断速度快，同时安装有分、合闸电阻的特高压断路器多级灭弧分断装置。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，包括外壳、安装在外壳中的绝缘筒以及设置在绝缘筒中的静触头和动触头，静触头包括固定设置在绝缘筒中的绝缘导向板以及插装在绝缘导向板上的主触点、电阻触点和灭弧触点，主触点、电阻触点和灭弧触点分别通过弹簧与绝缘导向板弹性连接，主触点与灭弧触点通过软导线电连接，主触点的末端与连接板电连接；主触点与绝缘导向板之间的弹性运动间隙小于灭弧触点与绝缘导向板之间的弹性运动间隙；电阻触点与绝缘导向板之间的弹性运动间隙大于灭弧触点与绝缘导向板之间的弹性运动间隙；电阻触点的末端通过分、合闸电阻与连接板电连接；

动触头包括固定设置在绝缘筒中的内绝缘支撑板、外绝缘支撑板以及插装在两层绝缘支撑板中的灭弧动触点，位于内绝缘支撑板和外绝缘支撑板之间的灭弧动触点上固定安装有导电盘，主动触点和电阻动触点通过该导电盘与灭弧动触点固定连接在一起，主动触点、电阻动触点、灭弧动触点插装在内绝缘支撑板上、其位置分别与主触点、电阻触点、灭弧触点相对应，内绝缘支撑板上与电阻动触点、灭弧动触点相对应的位置设置有汽缸套，电阻动触点、灭弧动触点的中段带有活塞，并与汽缸套的内壁形成活塞配合，灭弧动触点的末端带有连接板。

所述的绝缘筒包括外筒以及套装在外筒中的内筒，内筒为分段结构，绝缘导向板、内绝缘支撑板和外绝缘支撑板安装在内筒各分段的连接处。

在分闸状态下，主触点与主动触点之间的距离最大，灭弧触点与灭弧动触点之间的距离其次，电阻触点与电阻动触点之间的距离最小。

灭弧触点位于绝缘导向板的中心，多个主触点和电阻触点环绕在灭弧触点的周围。

灭弧动触点和电阻动触点各自的任意一侧设置有吹弧管，吹弧管的上端分别朝向灭弧动触点和电阻动触点的顶端，其下端贯穿灭弧动触点或和电阻动触点上的凸台连通到另一侧；凸台上带有安装有单向阀的排气口。

灭弧触点位于绝缘导向板的中心，另有三个主触点以及三个电阻触点环绕在灭弧触点的周围；分成三组的分、合闸电阻分别与三个电阻触点电连接。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、采用分级灭弧触头，有效解决了分、合闸电阻接入时差问题，可以在一个操作机构下制成特高压断路器。

2、由于采用分级灭弧触头，主触头在分、合闸过程中都不会产生电弧，可以有效延长使用寿命。

3、由于所有触头在一个操作机构下工作，所以各触头之间时差配合准确，可靠、有效地解决了特高压断路器操作过电压的问题。

4、由于采用多个主触头环形排列，比传统单一主触头的结构工艺简单、接触更可靠、额定电流更大。

5、各触头均采用倍速分断，分闸速度快，遮断功率大。

6、操作功率小、体积小、安装使用方便。

7、适用范围广，可用于特高压GIS组合电器、罐装断路器和柱式断路器。还可用于超高压断路器中。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖视图；

具体实施方式

如附图所示，本发明所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，包括外壳1、安装在外壳1中的绝缘筒7以及设置在绝缘筒7中的静触头和动触头。外壳1与绝缘筒7之间带有气室77，气室77中可以填冲SF6等绝缘气体，以提高绝缘效果。另外，为便于安装，将绝缘筒7设计成可以分段安装的结构。绝缘筒7包括外筒以及套装在外筒中的内筒，内筒为分段结构，绝缘导向板34、内绝缘支撑板72和外绝缘支撑板73等横向设置的部件安装在内筒各分段的连接处。生产过程中，只要将一段一段的组件分段组装在一起即可。静触头包括固定设置在绝缘筒7中的绝缘导向板34以及插装在绝缘导向板34上的主触点31、电阻触点32和灭弧触点33。灭弧触点33位于绝缘导向板34的中心，弹簧10套装在灭弧触点33上，并通过固定在灭弧触点33上的弹簧座将弹簧10固定在弹簧座与绝缘导向板34之间，弹簧座下方的绝缘导向板34上固定有筒状的定位筒101，套在弹簧10的外面。定位筒101的作用一方面是可以将弹簧定位，另一方面通过调整定位筒101的高度也就可以调整灭弧触点33的运动间隙，以便与其他触点的时差相配合。如图2、图3所示，主触点31和电阻触点32各有三个，间隔环绕设置在灭弧触点33的周围。通过这种环行设置，可使灭弧触点33的直径大幅增加，顶端的曲率减小，能有效减少容性电弧的复燃。另外，主触点31和电阻触点32分离设置后，触头的运动惯性减小，有利于提高分、合闸的速度。分、合闸电阻35共有九个，其末端与连接板37电连接；分、合闸电阻35共分三组，分别通过导线与三个电阻触点32电连接。主触点31和电阻触点32的安装方法与灭弧触点33相同，只是根据其不同的作用，各触点的运动间隙有所不同。主触点31与绝缘导向板34之间的弹性运动间隙小于灭弧触点33与绝缘导向板34之间的弹性运动间隙；电阻触点32与绝缘导向板34之间的弹性运动间隙大于灭弧触点33与绝缘导向板34之间的弹性运动间隙。具体的数值可以根据需要计算得出。在此不做进一步的论述。

动触头包括固定设置在绝缘筒7中的内绝缘支撑板72、外绝缘支撑板73以及插装在两层绝缘支撑板中可以上下滑动的灭弧动触点143、插装在内绝缘支撑板72中可以滑动的主动触点141和电阻动触点142。在灭弧动触点143上位于内绝缘支撑板72和外绝缘支撑板73之间的部分固定安装有导电盘1421，主动触点141和电阻动触点142通过该导电盘1421与灭弧动触点143固定连接在一起，主动触点141、电阻动触点142、灭弧动触点143分别可滑动地插装在内绝缘支撑板72上、其位置分别与主触点31、电阻触点32、灭弧触点33相对应，内绝缘支撑板72上与电阻动触点142、灭弧动触点143相对应的位置设置有汽缸套144。电阻动触点142和灭弧动触点143的中段带有活塞、并分别位于各自的汽缸套144中，与汽缸套的内壁形成活塞配合。为了利用汽缸套144中的压缩气体提高灭弧的效率，在电阻动触点142和灭弧动触点143的活塞上设置有贯通活塞的吹弧管145，吹弧管145的上端开口分别朝向电阻动触点142和灭弧动触点143的顶端。为了减少合闸阻力，在活塞上设置带有单向阀的排气口41。为了便于与其他设备连接，在灭弧动触点143的末端带有连接板1422。

为了保证在合闸时主触点31不产生电弧、保证合闸电阻的有效接入时间、防止合闸过电压，在分闸状态下，应该保证主触点31与主动触点141之间的距离最大，灭弧触点33与灭弧动触点143之间的距离其次，电阻触点32与电阻动触点142之间的距离最小。也就是说，如本实施例所示，在动触头各触点长度相同的情况下，静触头上的主触点31最短，灭弧触点33次之，电阻触点32最长。

当然，主动触点141、电阻动触点142的数量不局限于三个，也可以是两个或者更多。或者通过调整动触头上各触点的长度来改变各触点之间的距离，只要各触点之间的距离关系与上述一致即可。

另外，在绝缘筒7中还可以设置分子筛71等装置。本实施例中将分子筛71嵌装在绝缘导向板34上。当然，也可以采用其他的安装方式，例如还可以将分子筛71作为单独的一层设置在绝缘筒7中。

当触头初始在接合状态，主触点31与主动触点141接触，电流直接通过主动触点141和主触点31导通。当接到分断信号时，操作机构带动动触头向下运动，静触头在动触头各触点摩擦力作用下克服弹簧的弹力一起向下运动。与此同时，弹簧10在各触点的作用下被压缩，当静触头各触点上的弹簧座下端运动到定位筒101处时，被定位筒101阻挡，不再向下运动，而动触头继续向下运动。

因为主触点31的活动间隙最小，因此首先断开的是主触点31和主动触点141。而此时，电阻触点32、灭弧触点33还分别与电阻动触点142、灭弧动触点143接合，绝大部分电流经过灭弧触点33和灭弧动触点143，因此主触点31和主动触点141分断的时候不会产生电弧。

这时，动触头继续向下运动，灭弧触点33和灭弧动触点143分离，在分闸机构动力和弹簧弹力的双重作用下，灭弧触点33和灭弧动触点143以两倍于分闸机构的相对速度向相反方向移动，电弧迅速熄灭。当切断大电流时，电弧产生的热能使灭弧室气体迅速膨胀，推动动触头加速向下运动，使电弧更加迅速熄灭。为进一步提高小电流时的灭弧效率，在灭弧动触点143的一侧设置了吹弧管145，当灭弧动触点143向分闸方向移动时在汽缸套144里产生压缩气体，这些气体通过吹弧管145吹向灭弧动触点143顶端，将电弧吹灭。设置排气口41的作用是当灭弧动触点143向合闸方向移动的时候可以通过排气口41进气，避免在汽缸套144中产生真空，影响合闸的速度。

由于电阻触点32的弹性运动间隙最大，因此在分闸过程中电阻触点32和电阻动触点142最后分离。在灭弧触点33和灭弧动触点143分离后大约30毫秒电阻触点32和电阻动触点142才分离，使分、合闸电阻35在分闸时保证有效接入时间，可以防止产生分闸过电压。当然，具体的参数可以根据实际需要设置，在此不做进一步描述。

由于主触点31、电阻触点32和灭弧触点33都是通过弹簧浮动连接在绝缘导向板34上，因此这三个触点在分离的时候都具有倍速分断的能力，即在分离的过程中动触头和静触头分别向相反的方向移动，相对运动速度快，灭弧效果好。

合闸动作时，操作机构带动动触头向上运动，由于电阻触点32最长，也就是说电阻触点32与电阻动触点142之间的距离最小，因此，电阻触点32与电阻动触点142首先接通，将分、合闸电阻35接入电路，电阻触点32与电阻动触点142接通后约10毫秒，灭弧触点33与灭弧动触点143接通，主电路接通，主电路中的电流通过灭弧触点33和灭弧动触点143导通；最后才是主触点31与主动触点141接通。由于主电路接通前合闸电阻35先行接入，对线路进行了充电，使主电路导通时线路电压波形变化的陡度变缓，从而避免产生合闸过电压。合闸时，如果合闸在电网故障电路上，会产生较大的合闸电弧，但由于灭弧触点33先接通，因此大部分的电弧都产生在灭弧触点33上，主触点31在几乎同电位的情况下与主动触点141接通，不会产生电弧，保护主触点31不被烧坏。

Claims (6)

1、特高压断路器多级灭弧分断装置，包括外壳(1)、安装在外壳(1)中的绝缘筒(7)以及设置在绝缘筒(7)中的静触头和动触头，其特征在于：

静触头包括固定设置在绝缘筒(7)中的绝缘导向板(34)以及插装在绝缘导向板(34)上的主触点(31)、电阻触点(32)和灭弧触点(33)，主触点(31)、电阻触点(32)和灭弧触点(33)分别通过弹簧与绝缘导向板(34)弹性连接，主触点(31)与灭弧触点(33)通过软导线电连接，主触点(31)的末端与连接板(37)电连接；主触点(31)与绝缘导向板(34)之间的弹性运动间隙小于灭弧触点(33)与绝缘导向板(34)之间的弹性运动间隙；电阻触点(32)与绝缘导向板(34)之间的弹性运动间隙大于灭弧触点(33)与绝缘导向板(34)之间的弹性运动间隙；电阻触点(32)的末端通过分、合闸电阻(35)与连接板(37)电连接；

动触头包括固定设置在绝缘筒(7)中的内绝缘支撑板(72)、外绝缘支撑板(73)以及插装在两层绝缘支撑板中的灭弧动触点(143)，灭弧动触点(143)上固定安装有导电盘(1421)，导电盘(1421)位于内绝缘支撑板(72)和外绝缘支撑板(73)之间；主动触点(141)和电阻动触点(142)通过该导电盘(1421)与灭弧动触点(143)固定连接在一起，主动触点(141)、电阻动触点(142)、灭弧动触点(143)插装在内绝缘支撑板(72)上、其位置分别与主触点(31)、电阻触点(32)、灭弧触点(33)相对应，内绝缘支撑板(72)上与电阻动触点(142)、灭弧动触点(143)相对应的位置设置有汽缸套(144)，电阻动触点(142)、灭弧动触点(143)的中段带有活塞，并与汽缸套(144)的内壁形成活塞配合，灭弧动触点(143)的末端带有连接板(1422)。

2、根据权利要求1所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，其特征在于：所述的绝缘筒(7)包括外筒以及套装在外筒中的内筒，内筒为分段结构，绝缘导向板(34)、内绝缘支撑板(72)和外绝缘支撑板(73)安装在内筒各分段的连接处。

3、根据权利要求1所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，其特征在于：在分闸状态下，主触点(31)与主动触点(141)之间的距离最大，灭弧触点(33)与灭弧动触点(143)之间的距离其次，电阻触点(32)与电阻动触点(142)之间的距离最小。

4、根据权利要求1所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，其特征在于：灭弧触点(33)位于绝缘导向板(34)的中心，多个主触点(31)和电阻触点(32)环绕在灭弧触点(33)的周围。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，其特征在于：灭弧动触点(143)和电阻动触点(142)各自的任意一侧设置有吹弧管(145)，吹弧管(145)的上端分别朝向灭弧动触点(143)和电阻动触点(142)的顶端，其下端贯穿灭弧动触点(143)或电阻动触点(142)上的活塞；活塞上带有安装有单向阀的排气口(41)。

6、根据权利要求4所述的特高压断路器多级灭弧分断装置，其特征在于：灭弧触点(33)位于绝缘导向板(34)的中心，另有三个主触点(31)以及三个电阻触点(32)环绕在灭弧触点(33)的周围；分成三组的分、合闸电阻(35)分别与三个电阻触点(32)电连接。

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