CN101478260A

CN101478260A - 一种冲击电压发生器充电开关

Info

Publication number: CN101478260A
Application number: CNA2009100605658A
Authority: CN
Inventors: 万启发; 陈水胜; 陈勇; 谷莉莉; 曹晶; 谢梁
Original assignee: Hubei University of Technology; State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: Hubei University of Technology; State Grid Electric Power Research Institute
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: CN101478260B

Abstract

本发明涉及一种冲击电压发生器充电开关，是一种高压多级联动开关系统；每级开关包括开关旋转单元、绝缘杆、电极组件B、电极组件A、电极杆、紧固螺钉和设备法兰；每级开关之间通过各级绝缘杆连接，各级绝缘杆连成一整根刚性推动杆；绝缘杆的一端穿过下方的导向块，与液压缸动力装置由绝缘杆接头刚性连接，而液压动力装置的另一端连接控制装置。冲击电压发生器充电时，充电开关闭合，对回路主电容充电，放电时，充电开关断开，有效的去除了充电电阻在放电过程中的不利影响，使得冲击电压发生器在获得长波前操作波的同时提高了输出效率，满足了超/特高压长波前操作冲击试验的需要。

Description

一种冲击电压发生器充电开关

技术领域

本发明涉及电力行业的一种高压多级联动开关系统，特别涉及一种冲击电压发生器充电开关，其适用于冲击电压发生器充电电阻的充、放电隔离，也可延伸使用到其它在运行过程中需要电气隔离的电力设备。

背景技术

冲击电压发生器是产生雷电冲击和操作冲击电压的一种发生装置。所产生的冲击电压，可供绝缘的冲击耐受或放电试验用。在大功率电子束和离子束发生器中以及二氧化碳激光器中，冲击电压发生器可用作电源装置，它是高压纳秒脉冲功率发生器的重要组成部分。冲击电压发生器由一组储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒后，通过点火装置突然经电阻放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波的持续时间以微妙计，电压峰值一般为几十万伏至几百万伏。

随着超高压和特高压输电系统的快速发展，各国都在进行长波前(波前时间为1000μs到5000μs)操作冲击波作用下的绝缘试验研究。目前用于产生操作冲击波的方法主要有两种：1.利用冲击电压发生器；2.利用工频试验变压器。为了产生幅值高、波前时间长的操作冲击波，通常利用冲击电压发生器。充电时，各级高压电容器通过充电电阻并联充电，充电完成后，由点火装置点火将各级电容器串联形成高压后放电。采用常规冲击电压发生器的优点是电路结构比较简单，整体设计、参数计算比较方便。但是，用这种方法产生长波前操作冲击波时冲击电压发生器效率低，这是因为操作波的波前和波尾变长以后，要求调波电容和冲击电容都比较大，同时要求波前电阻和波尾电阻也比较大。波尾电阻增大后，要求充电电阻作相应增大，否则充电电阻对波形的影响就会增大，将严重降低冲击电压发生器的效率，且这种影响随着冲击电压发生器级数、充电电压增大而增大。另一种方法采用多台工频试验变压器串联的方式，用闸流管使变压器一次侧瞬间接通工频电源。这种方法的优点是不需要高压电容器作为电源，通过控制闸流管的导通角，可在广大的范围内调节操作波的波前时间和幅值。目前已有通过三台1100kV工频试验变压器串联产生4000μs～10000μs特长波前的操作冲击波的实例。但是通过多台工频试验变压器串联后，回路中等效电抗较大，造成各级变压器分担电压不均衡，同时产生的电压波形中，含有高次谐波，使得操作波波形产生畸变，另外利用这种方式产生的操作冲击波波前时间较长，不适用于我国超/特高压过电压研究需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲击电压发生器充电开关，充电时，充电开关闭合，对回路主电容充电；放电时，充电开关断开，有效的去除了充电电阻在放电过程中的不利影响，使得冲击电压发生器在获得长波前操作波的同时提高了输出效率，满足了超/特高压长波前操作冲击试验的需要。

本发明的技术方案是：一种冲击电压发生器充电开关，其特征在于：是多级联动开关，每级开关包括开关旋转单元、绝缘杆、电极组件B、电极组件A和电极杆，开关旋转单元包括开关本体支座、齿条套、齿轮和传动轴；齿条套、齿轮和传动轴安装在开关本体支座上，齿条套插入各级绝缘杆并固定；电极杆的两端分别安装电极组件B和电极组件A，电极组件B中的凹电极和电极组件A中的球电极都被固定在电极杆上，电极杆与传动轴固定连接；绝缘杆运动依次带动齿条套、齿轮、传动轴和电极杆；

每级开关之间通过各级绝缘杆连接，各级绝缘杆连成一整根刚性推动杆，绝缘杆的一端与液压缸动力装置刚性连接；而液压动力装置的另一端连接控制装置；控制装置包括满足充电开关工作要求的电控回路，液压动力装置包括满足充电开关工作要求的液压动力单元和液压基本回路，液压动力装置内部安装有充电开关行程的限位装置。

如上所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：开关旋转单元还包括锁紧螺母、蝶形弹簧和导向键，传动轴、锁紧螺母、蝶形弹簧、导向键和齿轮依次连接，与齿条套上的齿条啮合的齿轮设计成两个齿轮叠合在一起。

如上所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：绝缘杆连成一整根后两端都穿过导向块，绝缘杆的一端穿过下方的导向块，与液压缸动力装置由绝缘杆接头刚性连接。

如上所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：电极杆通过电极杆接头与传动轴固定连接。

本发明的工作原理是：本发明包括以下三个关键部分的设计：

(1)多级联动方案的设计：液压动力装置与各级绝缘杆是刚性固连的，各级绝缘杆又与各级齿条套是固连的；故各级绝缘杆、各级齿条套与驱动液压缸总是保持相同的运动位移量。因为齿条是加工在齿条套上的，所以各级齿条也保持同步运动的，最终使得各级的电极杆也是同步转动，保证了多级开关能够准确联动。

(2)精密机械传动方案的设计，将与齿条啮合的齿轮设计成两个齿轮叠合在一起的形式，并且在两个叠合的齿轮靠近电极杆的一侧安装有弹簧；这种以有弹簧的挤压的双叠合齿轮代替一个齿轮的设计，保证了齿轮与齿条啮合时的有效宽度，消除了齿侧间隙，提高定位精度，从而消除了电极杆的正、反向转动误差，使整个过程的传动更为精密。

(3)空中对接方案的设计，为了能保证开关电极的良好对接，首先将各级电极杆中心转轴应安装在同一直线上，其次就是在电极接头的设计上，将接头设计成弹压式触点电极组件：相对接的两个电极触头，一个接头设计为球状电极，球电极下面安装有弹簧，另外一个接头设计为凹电极，那么在两个电极对接时，球电极就卡在凹电极中，因为球心与凹电极的中心都处于电极杆的竖直线上，在弹簧力的作用下能自动补偿电极触头的损耗以及安装误差，使电极接触可靠，保证了开关电极良好的空中对接。

本发明的有益效果是：本发明是一种可以广泛应用于电力行业的高压多级联动开关系统，在常规冲击电压发生器充放电回路基础上，采用本发明隔离每级充电电阻。通过控制充电电阻的投切，即充电时接入充电电阻，放电时断开充电电阻，能实现长波前冲击电压发生器充电电阻的充放电隔离，能够在产生长波前操作冲击电压波形的同时获得更高的输出效率。同时具有结构简单、可操作性强、加工制作成本低、安装调试方便、免维护、工作安全可靠、寿命长的特点，满足了超/特高压长波前操作冲击试验的需要。

附图说明

图1，本发明实施例断开状态模型图。

图2，本发明实施例闭合状态模型图。

图3，本发明实施例的局部放大图。

图4，图1中的开关旋转单元的横向剖视图。

图5，本发明实施例电极对接状态示意图。

图6，图1中的开关旋转单元与设备法兰的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明冲击电压发生器充电开关做进一步的说明。

图1和图3中的标记：1-导向块；2-开关旋转单元；3-绝缘杆；4-电极组件B；5-电极组件A；6-电极杆；7-紧固螺钉；8-设备法兰；10-绝缘杆接头；11-液压动力装置；12-控制装置。

图4中的标记：2.1-T形板；2.2-开关本体支座；2.3-导向套；2.4-齿条套；2.5-导向螺钉；2.6-螺钉；2.7-挡圈；2.8-轴承；2.9-齿轮；2.10-导向键；2.11-蝶形弹簧；2.12-锁紧螺母；2.13-传动轴；2.14-电极杆接头；5.5-球电极。

图5中的标记：4.1-紧固螺钉；4.2-凹电极调整套；4.3-凹电极；4.4-螺钉；5.1-紧固螺钉；5.2-球电极调整套；5.3-弹簧；5.4-螺钉；9-导线。

如图1和图3所示，本发明实施例冲击电压发生器充电开关是多级联动开关，每级开关包括开关旋转单元2、绝缘杆3、电极组件B4、电极组件A5、电极杆6、紧固螺钉7和设备法兰8；

每级开关之间通过各级绝缘杆3连接，各级绝缘杆3连成一整根后两端都穿过导向块1，绝缘杆3的一端穿过下方的导向块1，与液压缸动力装置11由绝缘杆接头10刚性连接；而液压动力装置11的另一端连接控制装置12；控制装置12包括满足充电开关工作要求的电控回路，液压动力装置11包括满足充电开关工作要求的液压动力单元和液压基本回路，液压动力装置11内部还安装有充电开关行程的限位装置。

其中在图4中可见，开关旋转单元2包括T形板2.1、开关本体支座2.2、导向套2.3、齿条套2.4、导向螺钉2.5、螺钉2.6、挡圈2.7、轴承2.8、齿轮2.9、导向键2.10、蝶形弹簧2.11、锁紧螺母2.12、传动轴2.13、电极杆接头2.14；导向套2.3、齿条套2.4、齿轮2.9、齿轮传动轴2.13、轴承2.8安装在开关本体支座2.2上，开关本体支座2.2固定在T形板2.1上，T形板2.1安装在设备法兰8上。导向螺钉2.5实现齿条套2.4的定位和导向，导向套2.3采用过盈配合压入开关本体支座2.2。电极杆6穿过电极杆接头2.14安装在传动轴2.13上。传动轴2.13的一端安装螺钉2.6、挡圈2.7及轴承2.8实现其在开关本体支座2.2上的轴向定位；传动轴2.13上还装有传递动力并使得消隙齿轮2.9能轴向移动的导向键2.10，通过锁紧螺母2.12压缩蝶形弹簧2.11使齿轮2.9轴向移动来自动补偿齿轮磨损后产生的齿侧间隙。

在本发明实施例电极对接状态示意图5中可见，电极杆6的两端分别安装有电极组件B4和电极组件A5，电极组件B4包括紧固螺钉4.1、凹电极调整套4.2、凹电极4.3、螺钉4.4，其中凹电极调整套4.2由紧固螺钉4.1固定在电极杆6上；而凹电极4.3则是压着凹电极调整套4.2由螺钉4.4固定在电极杆6上。电极组件A5包括紧固螺钉5.1、球电极调整套5.2、弹簧5.3、螺钉5.4、球电极5.5；其中导线9在电极杆6中，连接着弹簧5.3，弹簧5.3又挤压着球电极5.5；最后电极调整套5.2套住受弹簧5.3挤压的球电极5.5，由紧固螺钉5.1固定在电极杆6上。

螺钉2.6、挡圈2.7之间有与充电主电容器管端相连接导线的导线接头，并用导线9分别与电极组件B4上的螺钉4.4和电极组件A5上的螺钉5.4相连接。

本发明实施例绝缘杆3的另一端还插入开关旋转单元2的一个圆柱形齿条套2.4并且用紧固螺钉7固定，构成一根较长的刚性推动杆，以实现多级联动；齿条套2.4上的齿条与齿轮2.9啮合以传递运动和动力；电极杆6与开关旋转单元2上的电极杆接头2.14组成开关旋转电极，并由传动轴2.13带动实现同步转动；传动轴2.13由两组轴承2.8安装在固定的开关本体支座2.2上。液压动力装置11与各级绝缘杆3是刚性固连的，各级绝缘杆3又与各级齿条套2.4是固连的。

本发明实施例开关闭合过程如下：当开关处于图1的原始断开位置时，接通控制装置12的动作指令，启动液压动力装置11，控制液压缸活塞杆向上运动，使得与之固连的绝缘杆3也上运动；带动齿条套2.4也随绝缘杆3一起运动，带动齿轮2.9转动；齿轮2.9转动带动传动轴2.13转动，安装在传动轴2.13上的电极杆接头2.14也一起转动；带动连接在电极杆接头2.14上的电极杆6同步转动，从而实现了安装在相邻两级开关旋转单元2上的电极杆6上的电极组件A5和电极组件B4转动。当电极杆6转动到90度时，在液压动力装置11内部的行程限位装置的作用下，绝缘杆3停止运动，从而实现各级电极组件A5里面的球电极5.5和电极组件B4里面的凹电极4.3在空中准确对接、并使得各级电极杆6处于同一直线位置，这就是充电开关合闸，如图2所示。

本发明实施例开关断开过程如下：与开关闭合过程相反，要使充电开关电极断开，接通电控装置12回路的动作指令，启动液压动力装置11，控制液压缸活塞杆向下运动，最终使得电极杆6反向转动达90度后，在液压动力装置11内部的行程限位装置的作用下，各级绝缘杆3停止运动，使得充电开关处于原位断开状态，如图1所示。

Claims

1、一种冲击电压发生器充电开关，其特征在于：是多级联动开关，每级开关包括开关旋转单元、绝缘杆、电极组件B、电极组件A和电极杆，开关旋转单元包括开关本体支座、齿条套、齿轮和传动轴；齿条套、齿轮和传动轴安装在开关本体支座上，齿条套插入各级绝缘杆并固定；电极杆的两端分别安装电极组件B和电极组件A，电极组件B中的凹电极和电极组件A中的球电极都被固定在电极杆上，电极杆与传动轴固定连接；绝缘杆运动依次带动齿条套、齿轮、传动轴和电极杆；

2、根据权利要求1所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：开关旋转单元还包括锁紧螺母、蝶形弹簧和导向键，传动轴、锁紧螺母、蝶形弹簧、导向键和齿轮依次连接，与齿条套上的齿条啮合的齿轮设计成两个齿轮叠合在一起。

3、根据权利要求1所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：绝缘杆连成一整根后两端都穿过导向块，绝缘杆的一端穿过下方的导向块，与液压缸动力装置由绝缘杆接头刚性连接。

4、根据权利要求1所述的冲击电压发生器充电开关，其特征在于：电极杆通过电极杆接头与传动轴固定连接。