CN101589446A - 高压隔离断路器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压隔离断路器包括第一触点和第二触点；设置用于将所述触点移动到第一相互距离的装置；和设置用于在所述移动过程中熄灭出现在所述触点之间的任何电弧的装置，由此提供高压断路器的功能性，其中，设置用于移动的装置进一步被设置用于在熄灭任何电弧之后还将触点移动到大于所述第一相互距离的第二相互距离，由此提供高压隔离开关的电压耐受功能性。

Description

高压隔离断路器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种高压隔离断路器以及操作这种断路器的方法，其布置成在故障时在每个端子处将电气装置从高压网络断开。
背景技术
通过高压断路器保护和控制输电网络。通过在介质比如具有良好介电特性和灭弧特性的六氟化硫(SF6)中分开两个触点，来实现高压断路器中的电流分断(interruption)。在触点分开之后，电流通过电弧传输，并且当通过足够强度的气吹冷却该电弧时电流被分断。
典型地，在高压断路器的一侧或者每一侧上设置有高压气断隔离开关，以便于根据有关传输线和变电站设备的修理或者维护的特定需求，提供电隔离。隔离开关是人员安全的主要贡献者。
然而，高压气断隔离开关暴露于大气环境中，并由此要受到腐蚀和磨损。长期的可靠性不高，并且该设施需要相当多的维护。
另外，提供单独的气断隔离开关增加了高压断路器设施的复杂性和成本。而且，它们占用了大量空间。所期望的是，获得能提供断路和电绝缘功能的复杂性和成本较低的设备。
发明内容
在原理上，通过适当地使用接地开关和过尺寸断路器，也就是，使用具有的额定电压比断流操作所需的电压更高的断路器，可以获得高压隔离断路器，由此避免气断隔离开关的缺陷。
然而，这种方法的问题在于，因为有很多限制断路操作的参数，例如，触点从彼此移动的速度、触点之间的距离、灭弧气体的注入等等，这种过尺寸断路器的断流操作可能对于较低的电压没有被优化，结果该操作也将不能得到优化。结果，必须使用例如具有较高电流分断能力的更昂贵的断路器。
而且，在具有磨损触点的断路器中该操作将会恶化，因为这将显著地影响断路能力和介电强度。
本发明的目的是提供一种当断路器处于断开状态时具有改善的介电强度的高压断路器，使得可以不用高压气断隔离开关，同时具有优化的断流操作。
本发明的另一个目的是提供这样的高压断路器，其是坚固的、精确的、简单的、节约空间的和便宜的，其具有优化的特性并且满足现有的安全需求。
本发明的再一个目的是提供一种操作满足上述目的的高压断路器的方法。
通过所附专利权利要求书所要求的高压隔离断路器和方法来达到上述目的。
根据本发明的第一方面，提供了一种高压隔离断路器，也就是，组合的高压隔离开关和高压断路器，包括第一触点和第二触点；设置用于移动所述触点到第一相互距离的装置；设置用于在移动过程中熄灭在所述触点之间出现的任何电弧的装置，由此提供高压断路器的功能性。设置用于移动的装置进一步设置用于在将任何电弧熄灭之后将所述触点移动到大于第一相互距离的第二相互距离，由此提供高压隔离开关的电压耐受介电强度的功能性。
优选地优化高压隔离断路器，从而它的高压断路功能性得到优化，且对于出现的电压是额定的。
根据本发明的高压隔离断路器允许两个触点之间增大的距离超出分断电流所需的距离，并且该增大的距离可以用于得到提供隔离功能性所需的增强介电强度，同时仍然不影响断路特性，也就是在操作过程中断路功能性与针对断路器上出现的电压而额定的标准断路器的断路功能性相同。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作包括第一触点和第二触点的断路器的方法。根据该方法，将所述触点移动到第一相互距离，并熄灭在触点之间出现的任何电弧，由此提供高压断路器的功能性。在熄灭任何电弧之后，将所述触点移动到大于第一相互距离的第二相互距离，由此提供高压隔离开关的功能性。
因此，提供了一种操作断路器的方法，其中，通过增大的触点冲程得到增加的介电强度，并由此可以不需要单独的高压气断隔离开关。
从下文中给出的本发明的优选实施例的下述具体描述和附图1-3，本发明的其它特性及其优点将变得显而易见，这些优选实施例和附图仅仅以示例性的方式给出，因此并不构成对本发明的限制。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的高压断路器的概括图。
图2a-图2e示出了在不同的操作模式中图1的高压隔离断路器的触点。
图3是示出了在不同的操作模式中图1的高压隔离断路器中触点的轴向位置的图。
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的优选实施例的具体描述。在该说明书中，术语高压将用于1kV或更高的电压。然而，要注意的是，本发明主要针对具有大于72.5kV或者更高额定电压的高压断路器。
在图1中示出了三相高压隔离断路器，也就是组合的高压隔离开关和高压断路器。为断路器的每一相提供设置在支撑绝缘子20上的电流分断室10。在每一个电流分断室10中，通过在介质例如具有良好介电特性和灭弧特性的六氟化硫(SF6)中分离两个触点而在控制单元30的控制下实现电流分断。在触点分离之后，通过电弧传输电流，并在通过足够强度的气吹而冷却电弧之后电流被分断。
在国际标准IEC 62271-108中规定了对于高压隔离断路器的介电强度的要求和其它要求。
现在将参考图2a-图2e以及图3具体描述本发明的高压隔离断路器及其操作。图2a-图2e示出了在高压隔离断路器1中的电流分断室10中的两个电弧触点11和12。第一触点11是固定的，而第二触点12可以相对于第一触点11在轴向上移动。
可以通过基于弹簧的致动器和由高压隔离断路器的控制单元30控制的液压阻尼活塞(未示出)完成第二触点12的移动。可替换地，可以通过伺服电机或者其它类似的设备驱动活塞。然而，其它能实现轴向移动的方式也是可行的。
图2a示出了在闭合位置的触点，也就是有电流流动。然后启动断开，对应于图3的图中的点“A”。该图示出了电流位置与第二触点12的最终位置之间的距离d(mm)是时间(ms)的函数。
在很短的延时之后，第二触点12开始移动不和第一触点11连接。大约20ms之后，第二触点不与第一触点电流接触，参见图2b，其对应于图3中的点“B”。可以理解的是，高压断路器的电流触点在该点已经移动得不再有电流接触。
第二触点12继续轴向移动，同时不再和第一触点电流接触。参见图2c，对应于图3中的点“C”。只要两个触点11、12彼此不再电流接触，由于大电流通过触点就出现电弧。借助于适当的气体，例如SF6，该电弧被冷却并熄灭，将该适当气体注入到两触点之间的空间中，同时第二触点12继续移动更远离第一触点11。在第二触点已经到达图2d所示的位置之前，对应于图3中的点“D”，已经完成了灭弧。
可以理解的是，可以使用所谓的热腔室或者自吹腔室提供灭弧气体的注入。
为了获得适当的灭弧，必须精确控制第二触点12的移动速度和触点11、触点12之间的距离。分别通过与点“B”和“D”交叉的垂直线界定灭弧周期。当已经完成灭弧时，两个触点之间的相互距离，也就是两个触点之间的最小距离近似于65mm，对应于100％的标称触点冲程。因此，在点“A”和“D”之间的高压隔离断路器的操作提供了普通高压断路器的功能。
图3中的实例图示出了用于ABB高压交流断路器的参数，其具有国际标准IEC 62271-100中规定的145kV的额定电压和国际标准IEC 62271-1中规定的650kV峰值的额定雷电冲击耐受电压。对于具有磨损触点表面的断路器，冲击耐受电压必须是650kV的80％。
在灭弧周期结束之后，第二触点12远离第一触点再移动大约10-15mm直到它到达图2e所示的最终的位置，对应于图3中的点“E”。通过将第二触点移动该进一步的距离，也就是通过将触点冲程另外增加标称触点冲程的约10％，在不影响其分断特性的条件下得到了高压断路器的增强的介电强度。增强的介电强度尤其重要，因为高压断路器是高压隔离断路器，其除了作为电力系统中的断路器之外，还代替了通常在这种电力系统中使用的隔离开关。点“D”和点“E”之间的高压隔离断路器的附加操作由此提供了高压隔离开关的电压耐受功能。
图3的实例图示出了点“D”和“E”之间的尺寸值，以获得针对具有145kV额定电压的高压交流隔离开关规定的介电强度要求，也就是，根据标准IEC 62271-1在跨越绝缘距离上具有750kV的额定雷电冲击耐受电压。对于具有磨损触点的装置来说，冲击耐受电压也必须是750kV。
通过以适当的方式控制液压阻尼活塞可以得到增大的触点冲程。可以提供线性减震器，即通过粘滞摩擦抵制运动的阻尼器，得到所需的触点冲程特性。可选地，将阻尼和适当的机构例如非线性过肘节(over-toggle)机构组合起来。
要注意的是，上述公开的高压隔离断路器具有针对断路器额定电压优化的断路特性。也就是，断路功能与具有相同额定电压的标准断路器的断路功能相同。通过增大的触点冲程得到介电强度功能。尤其要注意的是，在点“D”处的距离d，也就是灭弧结束时得到的距离，将不能太长，否则性能将恶化。
本发明的高压隔离断路器优选是额定电压为72.5kV或以上的高压交流隔离断路器，并符合国际以及国家标准和规范。尤其是，断路器符合国际标准IEC 62271-108。
尤其要注意的是，高压交流隔离断路器是具有的额定电压适合于出现的电压的标准高压电流隔离断路器，即，对于额定电压/出现的电压具有优化的断路特性，借助于改型的阻尼器其已经得到了增大的触点冲程长度，由此获得了足以符合所给额定电压的隔离功能要求的电压耐受能力。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种方法，用于改变第一额定电压的高压断路器，以得到第一额定电压的高压隔离断路器，其中该高压断路器包括：第一触点和第二触点，设置用于将触点移动到第一相互距离的装置，和设置用于在移动过程中熄灭出现在触点之间的任何电弧的装置，由此提供高压断路。该方法包括附加步骤，改变设置用于移动的装置，使得在已经将触点移动到第一相互距离之后，它能够将触点移动到大于第一相互距离的第二相互距离，由此提供具有第一额定电压的高压隔离开关的介电强度功能。
上述的实施例可以包括在本专利中公开的任何其他特征。
已经公开了根据本发明的高压隔离断路器的实施例。本领域技术人员知道可以在所附权利要求书的范围内变化。例如，尽管已经描述了具有一个可动和一个固定触点的实施例，但是将知道的是，本发明的思想可以应用到其它类型的触点结构，例如包括两个轴向可动触点。术语移动触点因此应当理解为相对于彼此移动触点，也就是移动一个或者多个触点，以便于调整触点的相互距离。
仍然另外地，将理解的是，可以连续地布置几个电流分断室并同步操作它们，以降低对于每个分断室的电压耐受能力的需求。

Claims (19)

1.一种高压隔离断路器，包括：
第一触点和第二触点；以及
设置用于将所述触点移动到第一相互距离的装置和设置用于在所述移动过程中熄灭出现在所述触点之间的任何电弧的装置，由此提供高压断路器的功能性，其特征在于：
设置用于移动的所述装置进一步设置用于在熄灭任何电弧之后将所述触点移动到大于所述第一相互距离的第二相互距离，由此提供高压隔离开关的介电强度功能性。
2.根据权利要求1所述的隔离断路器，其中，设置用于移动的所述装置包括基于液压活塞的阻尼器。
3.根据权利要求2所述的隔离断路器，其中，设置用于移动的所述装置用于在单个冲程中相对于所述触点在轴向方向上将所述触点移动到所述第一相互距离和所述第二相互距离。
4.根据权利要求1-3的任一项所述的隔离断路器，其中，设置用于灭弧的所述装置包括气体，优选为六氟化硫。
5.根据权利要求1-4的任一项所述的隔离断路器，其中，移动触点装置设置用于以第一速度将所述触点移动到所述第一相互距离和以第二速度将所述触点从所述第一相互距离移动到所述第二相互距离，所述第一速度高于所述第二速度。
6.根据权利要求1-5的任一项所述的隔离断路器，其中，所述第二相互距离至少比所述第一相互距离大5％，优选至少大10％，更优选地大大约10％和25％之间。
7.根据权利要求1-6的任一项所述的隔离断路器，其中，所述灭弧装置设置用于在灭弧周期中熄灭出现在触点之间的任何电弧，该灭弧周期的结束出现在当所述触点移动到所述第一相互距离时。
8.根据权利要求1-7的任一项所述的隔离断路器，其中，所述隔离断路器具有给定的额定电压，以及其中当所述触点移动到所述第一相互距离时，所述隔离断路器具有国际规范或者国家规范针对具有所述给定额定电压的断路器规定的耐受电压，当所述触点移动到所述第二相互距离时，所述隔离断路器具有国际规范或者国家规范针对具有所述给定额定电压的隔离开关规定的耐受电压。
9.根据权利要求8所述的隔离断路器，其中，所述国际规范或者国家规范是由国际标准IEC规定的那些规范。
10.根据权利要求1-9的任一项所述的隔离断路器，其中，所述隔离断路器具有给定的额定电压，以及其中所述断路功能性和所述介电强度功能性针对所述给定的额定电压而被优化。
11.根据权利要求1-10的任一项所述的隔离断路器，其中，所述高压隔离断路器具有72.5kV或更高的额定电压。
12.一种用于操作包括第一和触点第二触点的高压隔离断路器的方法，该方法包括下述步骤：
将所述触点移动到第一相互距离并熄灭出现在所述触点之间的任何电弧，由此提供高压断路器的功能性，其特征在于以下附加的步骤：
在熄灭任何电弧之后，将所述触点移动到大于所述第一相互距离的第二相互距离，由此提供高压隔离开关的介电强度功能性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过包括受控液压活塞的移动装置，将所述触点移动到所述第一相互距离和所述第二相互距离。
14.根据权利要求12或者13所述的方法，其中，所述第二相互距离至少比所述第一相互距离大5％，优选至少大10％，更优选地大大约10％和25％之间。
15.根据权利要求12-14的任一项所述的方法，其中，在灭弧周期中进行灭弧，该灭弧周期的结束出现在所述触点已经移动到所述第一相互距离时。
16.根据权利要求12-15的任一项所述的方法，其中，借助于过肘节机构，优选非线性过肘节机构，执行到第二相互距离的移动的至少一部分。
17.根据权利要求12-16的任一项所述的方法，其中，借助于减震器，优选非线性减震器，执行到第二相互距离的移动的至少一部分。
18.根据权利要求12-17的任一项所述的方法，其中，所述隔离断路器具有给定的额定电压，以及其中所述断路功能性和所述介电强度功能性针对所述给定的额定电压而被优化。
19.一种改变第一额定电压的高压断路器来获得第一额定电压的高压隔离断路器的方法，其中所述高压断路器包括：第一触点和第二触点，设置用于将所述触点移动到第一相互距离的装置，以及设置用于在所述移动过程中熄灭出现在触点之间的任何电弧的装置，由此提供高压断路，所述方法其特征在于以下附加的步骤：
改变设置用于移动的所述装置，使得在已经将触点移动到第一相互距离之后，它能够将触点移动到大于第一相互距离的第二相互距离，由此提供具有第一额定电压的高压隔离开关的介电强度功能性。
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