CN101667505B - 强电流相控合闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器试验领域，用于专业电器试验站、大电流相控合闸试验，尤其指涉及变压器、熔断器等电气设备短路试验时用作高精度相控合闸开关的强电流相控合闸装置，包括框架、至少一个真空灭弧室、至少一个永磁操纵机构和至少一个智能选相控制模块，真空灭弧室、永磁操纵机构固定在框架上，真空灭弧室包括至少一动触头和与动触头连接的绝缘拉杆，永磁操纵机构包括电磁线圈、动铁芯和与动铁芯连接的输出轴，设一传动系统连接绝缘拉杆和输出轴，智能选相模块则与永磁操纵机构的电磁线圈电连接。本发明可对合闸的相位角精确控制，解决了以往试验装置关合电流无法达到150kA电流的水平，结构简单、技术先进、功能齐全，无爆炸危险。

Description

强电流相控合闸装置

技术领域

本发明涉及电器试验领域，用于专业电器试验站、大电流相控合闸试验，尤其指涉及变压器、熔断器等电气设备短路试验时用作高精度相控合闸开关的强电流相控合闸装置。

背景技术

随着现代科学技术的不断更新，随着国内电力事业突飞猛进的发展和日益竞争激烈的国际市场，世界各国的高、低压电气设备也层出不穷，国际电工委员会对电气设备进行一系列标准规范，特别对电气设备中开关电器的试验不仅要求控制试验电压和电流，而且要求控制合闸相位角和导通周波数或波形，而实验电压、电流、合闸相位角又是电气设备“短路开断、关合能力试验”要求的。目前的高、低压系统中，开关的合、分闸相位是随机的，因而过电压和涌流现象就很严重，对电力系统运行和电气设备的性能带来负面影响，具体表现为：电气设备寿命的减少，电气设备的绝缘击穿、故障和损坏，继电保护的误动作，二次边的电子控制元件功能失常，电能质量的降低等。

鉴于以上原因，我们对开关设备分合闸相位控制的研究与发展也给予了足够的重视，认为分合闸相位控制的研发是未来开关设备研发的重中之重。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于克服以往电器实验室中相控合闸装置关合电流小，合闸精度低的问题，研发一种新型的强电流相控合闸的试验装置。该装置可以在系统电压波形的指定相位处关合，保证了电器实验的可靠性，大大提高了试验的准确性和工作效率。

为达上述目的，本发明强电流相控合闸装置通过下述技术方案予以实现。

强电流相控合闸装置，包括框架、至少一个真空灭弧室、至少一个永磁操纵机构和至少一个智能选相控制模块，真空灭弧室、永磁操纵机构固定在框架上，真空灭弧室包括至少一动触头和与动触头连接的绝缘拉杆，永磁操纵机构包括电磁线圈、动铁芯和与动铁芯连接的输出轴，设一传动系统连接绝缘拉杆和输出轴，智能选相模块则与永磁操纵机构的电磁线圈电连接。

本发明中智能选相控制模块接受分、合闸控制信号后发出指令，将分、合闸电压电流由引线施加于永磁操纵机构的电磁线圈产生电磁力，启动永磁操纵机构的动铁芯，通过永磁操纵机构的输出轴带动真空灭弧室的绝缘拉杆，从而带动灭弧室动触头实现相控合闸装置分合闸的目的。

上述技术方案中，采用高性能长寿命的真空灭弧室。该真空灭弧室使合闸装置具有优异的绝缘性能和灭弧性能。灭弧室安装在环氧树脂绝缘筒内，不仅可以防止真空灭弧室受到外部因素的破坏，而且可以提高灭弧室的外绝缘水平。灭弧室的触头采用铜铬合金材料，杯状纵磁场触头结构，其触头的电磨损速率小，电寿命长，触头的耐压水平高，介质绝缘强度稳定，弧后恢复迅速，截流水平低，开断能力强。

作为上述技术方案的改进，永磁操动机构由动铁芯、静铁芯内圈、静铁芯外圈、电磁线圈、机构输出轴、永久磁体等构成，静铁芯内圈设于静铁芯外圈内，永久磁体卡设于静铁芯内圈和静铁芯外圈之间，电磁线圈套在静铁芯内圈的下部，动铁芯设于静铁芯内圈的底面，机构输出轴则穿过静铁芯内圈与动铁芯相连。上述技术方案中所采用的永磁机构结构合理、传动简单，在合闸状态靠永磁体吸力保持，运动平稳在合分闸操作时仅需对线圈通一个脉冲小电流，能耗低；并且为全电子控制，可实现对运动部分的精确控制，联接线路简单，体积小，成本低。

上述技术方案中所述的智能选相控制模块根据外部输入的电压信号作为基准信号，控制合闸装置在预先设定电压相位(电角度)及时、精确地完成装置的相控合闸。所述的智能选相控制模块包括合闸开关、储能电容、位置开关和控制模块，合闸开关、储能电容、位置开关分别与控制模块电连接，其中储能电容与磁操动机构的电磁线圈并联，所述的控制模块内设有合闸状态互锁开关，合闸状态互锁开关与所述的永磁操动机构的电磁线圈电连接，所述的控制模块还设有电源输入端和电压相位同步信号输入端，所述的合闸开关与合闸状态互锁开关均为两位开关。

作为上述技术方案的改进，所述的合闸状态互锁开关为两位开关，其开关位各通过一线圈与位置开关电连接。

作为上述技术方案的改进，所述的控制模块设有具复数个插脚的跳线端子JP1，位置开关一端通过跳线端子JP1的两个插脚与合闸状态互锁开关连接，合闸开关的开关位一端分别与跳线端子JP1的另两个插脚连接，位置开关和合闸开关的开关位另一端则共同并联至跳线端子JP1的另一个插脚，而电源输入端和电压相位同步信号输入端则分别各分配为跳线端子JP1的其他插脚。

作为上述技术方案的改进，设有与跳线端子JP1匹配的计算机数据交换接口，通过计算机数据交换接口将跳线端子JP1与计算机连接，可以对跳线端子JP1各插脚的连接关系编程定义。

较佳的计算机数据交换接口采用光隔离的RS232端子。

比如跳线端子JP1具有13个插脚，可定义如下：

跳线端子JP1的1、2端为工作电源输入，接交直流220V±20％电源；JP1的11、12端为电压同步相位信号，交流100～220V电源；JP1的13端为合闸控制母线，与3端构成合闸命令控制回路，与4端构成分闸命令控制回路。合闸控制母线与5、6端通过合闸状态互锁开关构成分合位置回路，提供所需的操作闭锁控制逻辑。

在合闸装置工作时，接通电源，控制系统开始开关状态检查并进入正常工作，储能电容在20秒内完成首次储能，以后将在15秒内完成操作后的补充储能，并将电容电压稳定在出厂设置值；当合闸命令控制回路接通，并且合闸状态互锁开关指示在分闸位置时，合闸命令有效，控制模块寻找电压同步相位信号，在设置的同步时间点，使储能电容对永磁操动机构的电磁线圈正向放电，完成合闸操作；当分闸命令控制回路接通，并且合闸状态互锁开关指示不在分闸位置时，分闸命令有效，控制模块撤销所有其他的指令，使储能电容对永磁操动机构的电磁线圈反向放电，完成分闸操作。在操作过程中，给电磁线圈引线通过正、反向电脉冲电流，电磁线圈将产生由其建立的磁场和永久磁体本身产生的磁场的合成磁力，推动动铁芯作合、分运动，并通过机构输出轴间接带动真空灭弧室做合分闸动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)可对合闸的相位角进行精确控制，合闸稳定性达到±0.2ms，能实现合闸在用户要求的任意电角度，解决了以往低压电器试验室合闸装置不能选相合闸或选相精度不高的问题，大大提高了电器试验的效率；

(2)采用多极并联的方式，解决了以往试验装置关合电流无法达到150kA电流的水平，填补了国内此方面的空白，有利于提高我国电器制造的整体水平。

(3)结构简单、寿命长、可靠性高、抗电磁干扰能力强、控制技术先进、通信方便、操动功能齐全，无爆炸危险。

附图说明

图1是本发明的总装示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的永磁操纵机构的结构示意图。

图4是本发明的智能选相控制模块的电气原理图。

具体实施方式

下面接合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术员能轻易得出的变化和改进皆应属于本发明的保护范畴。

如图1、图2和图3所示，强电流相控合闸装置，包括框架1、至少一个真空灭弧室2、至少一个永磁操纵机构3和至少一个智能选相控制模块，真空灭弧室2、永磁操纵机构3固定在框架1上，真空灭弧室2包括至少一动触头和与动触头连接的绝缘拉杆21，永磁操纵机构3包括动铁芯31、静铁芯内圈32、静铁芯外圈33、电磁线圈34、机构输出轴35、永久磁体36，静铁芯内圈32设于静铁芯外圈33内，永久磁体36卡设于静铁芯内圈32和静铁芯外圈33之间，电磁线圈34套在静铁芯内圈32的下部，动铁芯31设于静铁芯内圈32的底面，机构输出轴35则穿过静铁芯内圈32与动铁芯31相连，绝缘拉杆21与输出轴35通过一传动机构4连接。

如图4所示，所述的智能选相控制模块包括合闸开关、储能电容、位置开关和控制模块，合闸开关、储能电容、位置开关分别与控制模块电连接，其中储能电容与磁操动机构的电磁线圈并联，所述的控制模块内设有合闸状态互锁开关，合闸状态互锁开关与所述的永磁操动机构的电磁线圈电连接，所述的控制模块还设有电源输入端和电压相位同步信号输入端，所述的合闸开关与合闸状态互锁开关均为两位开关。所述的合闸状态互锁开关为两位开关，其开关位各通过一线圈与位置开关电连接。所述的控制模块设有具13个插脚的跳线端子JP1，跳线端子JP1的1、2端为工作电源输入；JP1的11、12端为电压同步相位信号；JP1的13端为合闸控制母线，与3端构成合闸命令控制回路，与4端构成分闸命令控制回路。合闸控制母线与5、6端通过合闸状态互锁开关构成分合位置回路，提供所需的操作闭锁控制逻辑。设有与跳线端子JP1匹配的计算机数据交换接口，通过计算机数据交换接口将跳线端子JP1与计算机连接，可以对跳线端子JP1各插脚的连接关系编程定义，计算机数据交换接口采用光隔离的RS232端子。

在合闸装置工作时，接通电源，控制系统开始开关状态检查并进入正常工作，储能电容在20秒内完成首次储能，以后将在15秒内完成操作后的补充储能，并将电容电压稳定在出厂设置值；当合闸命令控制回路接通，并且合闸状态互锁开关指示在分闸位置时，合闸命令有效，控制模块寻找电压同步相位信号，在设置的同步时间点，使储能电容对永磁操动机构的电磁线圈正向放电，完成合闸操作；当分闸命令控制回路接通，并且合闸状态互锁开关指示不在分闸位置时，分闸命令有效，控制模块撤销所有其他的指令，使储能电容对永磁操动机构的电磁线圈反向放电，完成分闸操作。在操作过程中，给电磁线圈引线通过正、反向电脉冲电流，电磁线圈将产生由其建立的磁场和永久磁体本身产生的磁场的合成磁力，推动动铁芯作合、分运动，并通过机构输出轴间接带动真空灭弧室做合分闸动作。

Claims (7)

1.强电流相控合闸装置，其特征在于：包括若干计算机数据交换接口、框架、若干真空灭弧室、若干永磁操纵机构和若干智能选相控制模块，真空灭弧室、永磁操纵机构固定在框架上，真空灭弧室包括至少一动触头和与动触头连接的绝缘拉杆，永磁操纵机构包括电磁线圈、动铁芯和与动铁芯连接的输出轴，设一传动系统连接绝缘拉杆和输出轴，智能选相模块则与永磁操纵机构的电磁线圈电连接；

其中每一智能选相模块包括控制模块，所述控制模块设有具复数个插脚的跳线端子，每一跳线端子对应匹配一计算机数据交换接口，计算机通过每一计算机数据交换接口对对应的跳线端子的各插脚的连接关系进行编程定义。

2.根据权利要求1所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：灭弧室安装在环氧树脂绝缘筒内。

3.根据权利要求1所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：永磁操纵机构由动铁芯、静铁芯内圈、静铁芯外圈、电磁线圈、机构输出轴、永久磁体构成，静铁芯内圈设于静铁芯外圈内，永久磁体卡设于静铁芯内圈和静铁芯外圈之间，电磁线圈套在静铁芯内圈的下部，动铁芯设于静铁芯内圈的底面，机构输出轴则穿过静铁芯内圈与动铁芯相连。

4.根据权利要求1所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：所述的智能选相模块的控制模块包括合闸开关、储能电容和位置开关，合闸开关、储能电容、位置开关分别与控制模块电连接，其中储能电容与永磁操纵机构的电磁线圈并联，所述的控制模块内设有合闸状态互锁开关，合闸状态互锁开关与所述的永磁操纵机构的电磁线圈电连接，所述的控制模块还设有电源输入端和电压相位同步信号输入端，所述的合闸开关与合闸状态互锁开关均为两位开关。

5.根据权利要求4所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：所述的合闸状态互锁开关为两位开关，其开关位各通过一线圈与位置开关电连接。

6.根据权利要求5所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：位置开关一端通过跳线端子的两个插脚与合闸状态互锁开关连接，合闸开关的开关位一端分别与跳线端子的另两个插脚连接，位置开关和合闸开关的开关位另一端则共同并联至跳线端子的另一个插脚，而电源输入端和电压相位同步信号输入端则分别各分配为跳线端子的其他插脚。

7.根据权利要求1所述的强电流相控合闸装置，其特征在于：计算机数据交换接口采用光隔离的RS232端子。

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