CN101086924B

CN101086924B - 由伺服马达致动的交流发电机隔离断路器

Info

Publication number: CN101086924B
Application number: CN2007101032194A
Authority: CN
Inventors: 格扎维埃·阿莱尔; 德尼·弗里杰里; 让-马克·威利姆
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: Alston power grid, France, Limited by Share Ltd.; General Electric Technology GmbH; Grid Solutions SAS
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: EP1855300A2; EP1855300A3; CN101086924A; JP5038016B2; JP2007305590A; US20070262055A1; EP1855300B1; US7705262B2; FR2901055B1; FR2901055A1

Abstract

第一开关(10)具有安装成彼此相对平移的第一对触头(12，14。断路第二开关(20)具有安装成彼此相对平移的第二对触头(21，24)，所述第二开关(20)与所述第一开关(10)并联设置。隔离第三开关(30)具有安装成彼此相对移动的第三对触头(32，34)。同步装置(50，50＇)在发生断路时可使第一开关(10)的触头在第二开关(20)的触头分离之前分离，所述第二开关的触头自身在第三触头(32，34)完全分离之前分离。同步装置由伺服马达(40)致动。

Description

由伺服马达致动的交流发电机隔离断路器

技术领域

本发明涉及一种交流发电机隔离断路器(alternator disconnector circuit-breaker)，包括：

·第一开关，其具有第一对触头，该第一对触头被安装成沿着第一轴线彼此相对平移；

·断路器第二开关(circuit breaker second switch)，其具有第二对触头，该第二对触头被安装成沿着第二轴线彼此相对平移，该第二开关与所述第一开关并联设置；

·隔离第三开关(disconnector third switch)，其具有第三对触头，该第三对触头被安装成彼此相对移动；以及

·同步装置，其使第一开关的触头在第二开关的触头分离之前分离，该第二开关的触头自身在第三对触头完全分离之前分离。

背景技术

已知这种型式的开关设备(EP 0 877 405，EP 0 878 817)。这种开关设备由通过联动机构与电极相连的单个控制装置驱动，以确保断路器以正确的操作顺序驱动。然而，难以设计能够打开主电路、断路器、然后是隔离开关以及之后启动位置指示器的组合式控制装置和联动机构，这是因为在设备的各项部件的移动方面的要求和用于控制断路器的传统控制装置的移动所需的时间之间存在矛盾。该致动顺序也使得几何结构和时间约束之间的组合比较复杂。

也已知伺服马达可用于致动断路器(EP 1 108 261)。然而，这种伺服马达未用于经由公共联动机构驱动开关设备的多个部件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以克服这些缺陷的交流发电机隔离断路器。这一目的可通过由伺服马达致动的同步装置实现，其中伺服马达致动同步装置，以便获得在大约第一半打开行程期间所述第一对触头开始分离的第一打开速度以及在大约第二半打开行程期间所述第一对触头继续打开的第二打开速度，其中所述第一打开速度是所述第二打开速度的三倍。

借助于这种特征，能够通过电子方法以时间的函数控制触头的移动特性。这能够调节控制能量，从而与将获得的移动需求精确匹配。

有利地，伺服马达以如下方式致动同步装置，以便获得在第一开关的触头的大约第一半打开行程期间在1.5米每秒(m/s)至2.5m/s的范围内的第一开关的触头的打开速度以及在所述第一开关的触头的第二半打开行程期间在0.5m/s至0.8m/s的范围内的所述第一开关的触头的打开速度。

借助于这种特征，在循环开始时产生快速移动，其允许在循环的部分区段中急剧慢下来，以便等待电弧熄灭和隔离开关移动。

优选地，同步装置以这种方式设计，即，在第一开关已经以1.5m/s至2.5m/s的打开速度大致行进了一半行程时，该第二开关打开。

优选地，一旦第一开关大致行进了其打开行程的三分之二，第三开关打开。有利地，同步装置以这种方式设计，即，第三开关的打开速度在1.5m/s至2.5m/s的范围内。

可选或可替换的附加特征如下：

·第三开关的第三对触头被安装成沿着第三轴线彼此相对平移，第二和第三轴线中的至少一个与第一轴线相交；

·第三轴线大致平行于第一轴线；

·第二轴线与第一轴线相交；

·第三对触头被安装成通过围绕一第四轴线枢转而彼此相对移动；

·第三开关与第二开关串联，并且第二和第三开关一起与第一开关并联；

·第二轴线相对于第一轴线形成大致等于90°的角度；

·每对触头分别与一致动杆相关联，该致动杆被安装成在控制装置的作用下移动；以及

·断路器具有同步装置，该同步装置适于依次将第一开关的触头分离、将第二开关的触头分离、以及将第三开关的触头分离。

附图说明

本发明的其他特征和优点将通过以示例形式并且参考附图给出的实施例的描述而变得更加清楚。在附图中：

图1示意性地示出了本发明的隔离断路器的断路原理；

图2示出了本发明的断路器的优选实施例；

图3A-3F示出了本发明的交流发电机断路器的另一实施例的断路顺序；以及

图4示出了代表作为时间函数的三个开关的行程的三条曲线。

具体实施方式

断路器的工作原理、尤其是本发明的交流发电机断路器的工作原理在图1中示意性地示出，其具有其中在工作时接近于额定电流I的电流I₀进行流动的主电路以及用于阻断短路的辅助电路。

对于交流发电机断路器而言，流经额定值大于几千安培的电流I要求在主电路中使用这样的开关10，该开关10的触头尤其是导电性的，例如由铜制成；然而，这些触头的断开功率因电弧放电而受限。断路器第二开关20与第一开关10并联地设置，以便正确地执行断路功能。事实上，第一开关10的打开或开启导致电流I从主电路切换到辅助电路；例如由钨制成的所述第二开关20的触头在流过额定电流I方面的性能受限，但是其具有高的断路功率。

因此，流过恒定电流的功能和切断短路电流的功能被分开：当这种断路必要时，首先将第一开关10激活，于是所有电流I转换至辅助电路，并导致第二开关20被打开，从而获得断路功能。另外，第三开关30接着被打开：其功能主要是安全功能，其在辅助电路上的相关性使得可以避免第二开关20的介电强度的降低，该第二开关20的介电强度的降低可能意外地容许电流流入相关的支路。

为了重新闭合这种断路器，进行逆序操作：首先重新闭合隔离开关30，然后重新闭合断路开关20，最后重新闭合第一开关10。

每个开关10、20和30具有一对触头，其被安装成可彼此相对移动；有利地，每对触头的第一触头12、22、32是静止的，第二触头14、24、34是动触头，其被安装成可相对于第一触头移动。在图2所示的第一实施例中，每个动触头沿着相应的轴线AA、BB、CC平移。

特别地，第一开关10可以为气体绝缘型开关；如果额定电流非常高，其自身也可为包括两个彼此并联布置的开关的开关设备的部件。然而，如图所示，优选地，第一开关10为具有管状第一触头12的空气绝缘开关，也呈管状的第二触头14可插入该第一触头12中。

第二开关20可以为气体绝缘断路开关，其包含六氟化硫(SF₆)气体；优选地，由于流经其的电流I-I0在正常工作模式下很低，其成为真空“瓶”：这降低了成本并能够避免使用SF₆，该SF₆不满足所有的生态标准。第二开关20的动触头24借助于致动杆44移动，该致动杆44被安装成沿着轴线BB移动。

最后，在一实施例中，第三开关30可具有静触头32，另一棒型动触头34可沿着打开/闭合轴线CC插入该静触头32中。棒34可经由杆46平移。

伺服马达40可以移动第一、第二和第三动触头14、24、34。为此，伺服马达40功能性地与每个致动器42、44、46相连。同步装置50可以延迟开关10、20、30的相对打开。

伺服马达40首先打开第一开关10。在触头的打开行程的第一部分中，以相对较高的速度进行这种打开，该打开速度在1.5m/s至2.5m/s的范围内，并优选等于2m/s。第一部分大致延及第一开关10的打开行程的一半。

一旦第一开关已经达到足够的打开距离，同步装置50致使第二开关20打开。所述足够的距离为电压的函数。举例而言，70毫米(mm)的打开距离对于61千伏(KV)的电压来说是足够的。在任何情况下，第二开关最迟在一旦第一开关已经行进(或移动)了其行程的一半时打开。例如，如果第一开关的行程为170mm，第二开关最迟在第一开关已经行进了85mm时打开。其打开速度相对较快，并且大约为2m/s。

一旦第一开关已经行进了其行程的一半，伺服马达使得同步机构50的致动速度慢下来，因此，相对较慢地进行触头12、14的第二半打开行程。术语“相对慢”应该被理解为意味着以m/s表示的打开速度比相对快的速度慢三倍。因此，第一开关的相对慢的打开速度在0.5m/s至0.8m/s的范围内。

一旦断路开关20打开，同步装置动作，以确保在隔离开关30的第三触头34移动之前熄灭断路开关20的电弧所需的特定等待时间。一旦隔离开关已经达到足够的断开距离，伺服马达移动位置指示器(未示出)，该位置指示器的功能是指示断路器打开或关闭。

尽管该实施例的每个致动杆42、44、46平移运动并固定到同一控制装置40上，三个打开/闭合轴线AA、BB、CC可以不必平行，例如，它们中的至少一个与第一轴线AA相交。为紧凑起见，优选将至少一个轴线BB相对于第一轴线AA成大约90°的角度设置。尽管这种结构要求触头对12、14；22、24；32、34以及用于移动它们的装置42、44、46的不同配置，显而易见，为消除同步复杂性，可以选择这种结构。

例如，同步装置50可因此包括位于第一开关10的致动杆42中的凹槽52，该凹槽52大体沿着杆的轴线AA纵向延伸，但是其可具有倾斜部分，该凹槽与一凸耳54型元件相关联，该凸耳54与第二致动杆44成一体，因此，在第一阶段，在第一动触头14移动时，凸耳54的位置移动，以便使得第二动触头24移动离开第二静触头22。

有利地，转换开关10以及隔离开关30的轴线AA、CC平行，如图2所示，但是如下所述，也可具有其他选择。同步装置50可具有与前述系统52、54类似的系统，以相对于断路开关20的打开而延迟隔离开关30的打开；然而，优选地，同步装置50直接连接在第一和第三开关10、30之间。例如，同步装置50包括杠杆臂56，该杠杆臂56在端部与第三动触头34相连，并且其枢转轴线与置于第三开关30的致动杆46中的凹槽58相关联；第一和第三开关10、30的致动杆42、46通过致动装置40共同移动，但是通过杠杆56枢转之前的反应时间产生第三触头34的移动的延迟。

可以自然地想象得到其他致动和同步方案。

特别地，如图3所示，隔离开关30′可以按照“闸刀开关”型式的另一种原理工作。在所示出的交流发电机断路器中，主开关10′具有两个触头12′、14′，其被安装成可彼此相对平移，并且置于壳体、如直径为200mm的管子内；在图3A所示的工作位置，交流电流I₀流过该主电路(参见箭头)。

在需要电路断开时，伺服马达60相对快速地将两个触头12′、14′分离：借助于杆42′进行致动。在图3B所示的第一阶段，电流I沿着其主路径继续流动，但是，电弧在开关10′的两个触头12′、14′之间的距离上放电；然后，主电路上的电路断开完成(图3C)，且电流仅仅流经辅助电路，延迟装置50′延迟断路开关20′的触头22′、24′的打开。例如，主电路上的介电距离能够抵抗瞬时再放电电压，即，在真空室20′打开之前，致动杆42′移经了其整个行程的大约一半。

为了断开短路电流，伺服马达60′使得断路室20′的两个可相对移动的触头22′、24′沿着正交于第一开关10′的平移轴线的轴线平移运动，如图3D所示。两个触头22′、24′借助于致动杆44′移动，该致动杆44′与杆42′正交，且例如经由延迟装置50′、例如借助于凸耳54′固定到该杆42′上，其中，所述凸耳54′在第一致动杆42′中的凹槽52′内移动。在触头22′、24′移动分开时，电弧放电，且之后非常迅速地完成断路，如图3E所示。

在这些阶段期间，并借助于延迟装置50′，隔离开关30′未被启动。从这一点来说，伺服马达60′相对慢地驱动触头。隔离开关30′的静触头32′固定到第一开关的静触头12′上；隔离开关30′的第二触头34′被安装成通过围绕轴线36′枢转而相对于静触头移动。用于致动所述开关30′的触头32′、34′的致动装置46′固定到第一杆42′上；另外，在枢轴36′处，动触头34′设有凹槽型式的延迟装置56′，该延迟装置56′与致动杆46′上的凸耳互补，但是在触头34′由杆46′驱动而围绕其轴线36′旋转之前，能够使得凸耳相对于其移动；最后，如图3F所示，完成断开。

自然地，也可采取其他致动方式：例如，隔离开关30′也可通过围绕轴线36′枢转而在“水平”面(即，如上下文中所示)中移动，该轴线36′平行于其他两个开关10′、20′的触头的其中一个平移轴线。

在图4中，附图标记110指示第一开关10的打开行程的曲线，附图标记120指示第二开关20的打开行程的曲线，且附图标记130指示第三开关30的打开行程的曲线。可以看出，曲线110具有陡坡部分132、相对平缓坡度部分134。部分132与其中伺服马达40或60′相对迅速地致动同步装置期间的循环部分相对应，部分134与隔离断路器的打开循环的第二部分相对应，在该第二部分中，伺服马达相对缓慢地致动同步装置。以示例方式，曲线110的部分132与2m/s的打开速度相对应，而同一曲线的部分134则与0.6m/s的打开速度相对应。换句话说，在打开循环的相对快速部分期间的打开速度为在打开循环的相对慢速部分期间的打开速度的三倍多。曲线的两部分之间的过渡点135大致位于第一开关10的打开行程的半途中。如参考图4所示，在示例中，断路开关20大致在快速打开阶段的末期打开，并且部分136的坡度大致等于部分132的坡度，即，其与大约2m/s的速度相对应。在断路开关20的打开结束之后，在隔离第三开关30打开之前，需经历一定的等待时间，如由直线段138所示的大约10毫秒(ms)。在这一点上，第一开关已经大致移动或行进了其打开行程的三分之二。隔离开关30然后相对快速地(即，以大约2m/s的速度)打开，如由曲线120的坡度140所示，尽管在此时，伺服马达相对缓慢地致动打开第一触头。可通过同步装置的结构、如杠杆臂42和56的比率来相对快速地打开第三开关(参见图2)。

Claims

1.一种交流发电机隔离断路器，包括：

·第一开关(10)，其具有安装成沿着第一轴线(AA)彼此相对平移的第一对触头(12，14，12′，14′)；

·断路第二开关(20，20′)，其具有安装成沿着第二轴线(BB)彼此相对平移的第二对触头(21，24，21′，24′)，所述第二开关(20，20′)与所述第一开关(10，10′)并联设置；

·隔离第三开关(30，30′)，其具有安装成彼此相对移动的第三对触头(32，34，32′，34′)；以及

·同步装置(50，50′)，其使第一开关(10，10′)的触头在第二开关(20，20′)的触头分离之前分离，所述第二开关的触头自身在第三对触头(32，34，32′，34′)完全分离之前分离；

所述交流发电机隔离断路器的特征在于，同步装置由伺服马达(40′，60′)致动，所述伺服马达致动同步装置，以便获得在大约第一半打开行程期间所述第一对触头开始分离的第一打开速度以及在大约第二半打开行程期间所述第一对触头继续打开的第二打开速度，其中所述第一打开速度是所述第二打开速度的三倍。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，伺服马达(40′，6′)致动同步装置(50，50′)，以便获得在第一开关(10)的触头(12，14，12′，14′)的大约第一半打开行程期间在1.5m/s至2.5m/s的范围内的第一开关的触头的打开速度以及在所述第一开关的触头的第二半打开行程期间在0.5m/s至0.8m/s的范围内的所述第一开关的触头的打开速度。

3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，同步装置(50)被设计成使得在第一开关(10)已经以在1.5m/s至2.5m/s的范围内的打开速度大致行进了其行程的一半时，第二开关打开。

4.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，一旦第一开关(10)已经大致行进了其打开行程的三分之二，第三开关打开。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于，同步装置被设计成使得第三开关(30)的打开速度在1.5m/s至2.5m/s的范围内。

6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，第三开关(30)的第三对触头被安装成沿着第三轴线(CC)彼此相对平移，第二和第三轴线中的至少一个与第一轴线(AA)相交。

7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于，第三轴线(CC)大致平行于第一轴线(AA)。

8.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，第三开关的触头被安装成通过围绕一第四轴线(36′)枢转而彼此相对移动。

9.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，第三开关(30，30′)与第二开关(20，20′)串联，第二开关和第三开关一起与第一开关(10，10′)并联。

10.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，第二轴线(BB)相对于第一轴线(AA)形成大致等于90°的角度。

11.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，每对触头分别与一致动杆(42，44，46)相关联，所述致动杆(42，44，46)被安装成在控制装置(140)的作用下移动。

12.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，同步装置(50，50′)适于沿着与将开关(10，20，30，10′，20′，30′)的触头分离的顺序相反的顺序将所述开关(10，20，30，10′，20′，30′)的触头重新闭合。