CN102779667B - 一种有载分接开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切换过程发热比较小、一定时间内切换次数得到提高，结构简单，逻辑配合清晰，可靠性高的有载分接开关。转换开关K3有两个分接端子，一个公共端子；电压触发晶闸管电路有主回路和控制回路，主回路有两个主回路端子，控制回路有两个辅助端子；其中一个输入端子I经分接开关K1连接转换开关K3的一个分接端子，转换开关K3公共端子经主真空开关K4连接输出端子；另一个输入端子II经分接开关K2、电压触发晶闸管电路的主回路端子、电流保护电路、过渡真空开关K5连接输出端子；分接开关K2与电压触发晶闸管电路主回路端子的连接端还同时连接转换开关K3的剩余分接端子；电压触发晶闸管电路的两辅助端子则与主真空开关K4两端连接。

Description

一种有载分接开关

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种有载分接开关。

背景技术

[0002] 电力系统的运行方式随时发生变化，运行方式的变化会引起母线电压的变动。电 力系统对母线电压的变动范围有严格的要求，因此，需要调节母线电压的技术。改变变压器 分接头的方式进行电压调节最直接。但是，在电力系统输送负荷的过程中，不停电地改变变 压器分接头，要求使用技术含量非常高的有载分接开关。

[0003] 目前世界上主要使用电抗型有载分接开关和电阻型有载分接开关。发明专利 号：US3176089、US5128605、US7880341是电抗型有载分接开关，发明专利号：US4081741、 US4520246是电阻型有载分接开关。电抗型有载分接开关的电抗器长期通电，体积比较大， 世界上只有美国使用，其他国家普遍采用电阻型有载分接开关。电阻型有载分接开关存在 发热问题，有载分接开关短时间内多次切换分接头将产生很大的温度上升。因此，有载分接 开关一定时间内的切换次数有严格限制。发明专利US7595614利用晶闸管电路提高有载 分接开关的性能，但是，目前提出的各种晶闸管电路有载分接开关都比较繁琐，逻辑配合复 杂，可靠性很低，实际应用很少。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种切换过程发热比较小、一定时间 内切换次数得到提高，结构简单，逻辑配合清晰，可靠性高的有载分接开关。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] -种有载分接开关，它包括：两个输入端子I、II，一个输出端子，两个分接开关 ΚΙ、K2, 一个转换开关K3,两个真空开关K4、K5, 一个电压触发晶闸管电路，一个电流保护电 路；转换开关K3有两个分接端子，一个公共端子；电压触发晶闸管电路有主回路和控制回 路，主回路有两个主回路端子，控制回路有两个辅助端子；

[0007] 其中一个输入端子I经分接开关K1连接转换开关K3的一个分接端子，转换开关 K3公共端子经主真空开关K4连接输出端子；

[0008] 另一个输入端子II经分接开关K2、电压触发晶闸管电路的主回路端子、电流保护 电路、过渡真空开关K5连接输出端子；

[0009] 分接开关K2与电压触发晶闸管电路主回路端子的连接端还同时连接转换开关K3 的剩余分接端子；电压触发晶闸管电路的两辅助端子则与主真空开关K4两端连接。

[0010] 所述电压触发晶闸管电路包括两个晶闸管，三个电抗器，一个控制模块，一个电 容，一个电阻；两个晶闸管分别串联各自对应的一个电抗器后再反向并联，然后并联一个电 容和一个电阻，组成晶闸管串；所述晶闸管串和剩余的一个电抗器串联后作为主回路，串联 后的两端为主回路端子；控制模块的两个输入连接主回路的两个端子，控制模块另两个输 入端子作为辅助端子，控制模块的两个输出分别连接两个晶闸管的控制端，构成控制回路。 toon] 所述电流保护电路是一条导线或熔断器或电阻或电抗器。

[0012] 所述分接开关切换前主真空开关K4闭合，过渡真空开关K5断开，分接开关K1导 通，分接开关K2断开，转换开关K3接通输入端子I与输出端子的导通回路，输入端子II与 输出端子不导通；切换时：分接开关K2接通输入端子II ;过渡真空开关K5闭合，闭合后过 渡真空开关K5的电流接近等于零；主真空开关K4断开，主真空开关K4截断负荷电流产生 的电弧，切断输入端子I与输出端子导通回路，几乎同时电压触发晶闸管电路流通，接通输 入端子Π 与输出端子导通回路；转换开关K3无电流切换；主真空开关K4闭合，负荷电流通 过主真空开关K4流通，过渡真空开关K5电流下降为零；过渡真空开关K5无电流断开；分接 开关切换后输入端子I与输出端子不导通，输入端子II与输出端子导通。

[0013] 所述控制模块的一对连接电压触发晶闸管电路主回路两个端子的输入电压小于 整定电压时，不发出触发脉冲；该输入端电压大于整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导 通；该整定电压等于可靠系数乘以额定电压，可靠系数取1. 2-2。

[0014] 所述控制模块的一对连接电压触发晶闸管电路主回路两个端子的输入电压大于 〇. 5-1倍整定电压后的t时间内，又发生0. 2-1倍额定电压的突变时，发出触发脉冲使晶闸 管导通；否则，不发出触发脉冲；该t时间等于真空开关K5闭合至真空开关K4断开的时间 乘以可靠系数，可靠系数取1. 1-2。

[0015] 所述控制模块另一对连接真空开关K4两端的输入电压小于整定电压时，不发出 触发脉冲；该输入电压大于整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导通；整定电压等于可靠 系数乘以额定电压，可靠系数取〇. 1-2。

[0016] 所述熔断器额定电流等于可靠系数乘以输电回路额定电流，可靠系数取1. 2-1. 5。

[0017] 所述电阻的电阻值，应保证电阻两端的电压等于额定电压时，电阻流过额定电流。

[0018] 所述电抗器的电抗值，应保证电抗器两端的电压等于额定电压时，电抗器流过额 定电流。

[0019] 本发明的有益效果是：结构简单，不需要增加新的机械开关。控制电路简单，逻辑 配合关系清晰，可靠性高。控制电路不需要输入机械开关合闸或分断状态信息，控制电路的 工作状态不受机械开关的控制，利用外部机械开关动作后产生的电气量变化，自动判断机 械开关的合闸或分断状态，触发晶闸管的导通，可避免环流发生。有载分接开关有载切换过 程发热比较小、一定时间内切换次数得到提高。

附图说明

[0020] 图1表示现有的有载分接开关的结构与连接方式。

[0021] 图2表示一种有载分接开关的结构与连接方式。

[0022] 图3表示一种电压触发晶闸管电路。

[0023] 其中，1.输入端子I，2.输入端子II，3.输出端子，4.电流保护电路，5.电压触发 晶闸管电路，6.控制模块。

[0024] 实施例1 :

[0025] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

[0026] 图1表示现有的有载分接开关的结构与连接方式。现有的有载分接开关切换前主 真空开关K4闭合，过渡真空开关K5断开，分接开关K1导通，分接开关K2断开，转换开关K3 接通输入端子II与输出端子3的导通回路，输入端子112与输出端子3不导通；切换过程 步骤如下：（1)分接开关K2接通输入端子112 ; (2)过渡真空开关K5闭合，闭合后过渡真空 开关K5流过的电流等于电阻R产生的环流(最大额定负荷电流)，电阻R开始发热；（3)主 真空开关K4断开，主真空开关K4截断输电回路的负荷电流和电阻R环流产生的电弧，切断 输入端子II与输出端子3导通回路，负荷电流通过输入端子112与输出端子3导通回路流 动；（4)转换开关K3无电流切换；（5)主真空开关闭合，负荷电流通过主真空开关流通，过 渡真空开关电流下降为零，电阻电流下降为零；（6)过渡真空开关无电流断开；分接开关切 换后输入端子II与输出端子3不导通，输入端子112与输出端子3导通。

[0027] 电阻在过渡真空开关K5闭合开始有电流通过，到主真空开关K5第二次闭合才没 有电流。这段时间电阻流过很大的最大额定负荷，产生很大热量。所以，一定时间内不能频 繁切换，否则，电阻产生的热量使温度升高太大，损坏设备。

[0028] 本发明有载分接开关的结构与连接方式如图2所示。它包括：两个输入端子II、 112, 一个输出端子3,两个分接开关ΚΙ、K2, 一个转换开关K3,两个真空开关K4、K5, 一个电 压触发晶闸管电路，一个电流保护电路；转换开关K3有两个分接端子，一个公共端子；电压 触发晶闸管电路有两个主回路端子，两个辅助端子；

[0029] 其中一个输入端子II经分接开关K1连接转换开关K3的其中一个分接端子，转换 开关K3公共端子经主真空开关K4连接输出端子3 ;另一个输入端子112经分接开关K2、电 压触发晶闸管电路主回路、电流保护电路、过渡真空开关K5连接输出端子3 ;分接开关K2 与电压触发晶闸管电路的连接线还连接转换开关K3的剩余分接端子；电压触发晶闸管电 路两辅助端子连接主真空开关K4两端。

[0030] 电压触发晶闸管电路由两个晶闸管Dl、D2,三个电抗器LI、L2、L3, 一个控制模块 6, 一个电容C1，一个电阻R1组成；两个晶闸管Dl、D2分别串联电抗器LI、L2后反向并联， 再分别并联一个电容C1和一个电阻R1，从而组成晶闸管串；所述晶闸管串和一个电抗器L3 串联后连接主回路两个端子①、②；控制模块6的两个输入连接主回路两个端子①、②，控 制模块6另两个输入端子分别连接辅助端子③、④，控制模块6的两个输出分别连接两个晶 闸管D1、D2的控制端。

[0031] 电抗器L1的作用是限制晶闸管D1过电流，电抗器L2的作用是限制晶闸管D2过 电流。电容C1与电抗器L3的作用是防止晶闸管Dl、D2两端电压的上升率太高，误击穿。 电阻R1是电容C1的放电回路。可见，电抗器LI、L2、L3的电感都很小，对主回路两个端子 ①、②电流影响很小。

[0032] 控制模块6连接主回路端子①、②的输入电压小于整定电压，不发出触发脉冲；主 回路端子①、②不导通。该输入电压大于整定电压时，控制模块6发出触发脉冲使晶闸管 D1、D2导通；主回路端子①、②导通。整定电压等于可靠系数乘以额定电压。可靠系数大于 1，一般取 1.2-2。

[0033] 两分接开关切换前主真空开关K4闭合，过渡真空开关K5断开，分接开关K1导通， 分接开关K2断开，转换开关K3接通输入端子11与输出端子3的导通回路，输入端子112与 输出端子3不导通；切换过程步骤如下：（1)分接开关K2接通输入端子112。（2)过渡真空 开关K5闭合。这时，控制模块6连接主回路两个端子①、②之间的输入端电压等于额定电 压，小于整定电压，控制模块6不发出触发脉冲；主回路两个端子①、②不导通。这时，过渡 真空开关K5的电流接近等于零。为了防止电压波动误触发，控制模块6整定电压等于大于 1的可靠系数乘以额定电压。（3)主真空开关Κ4断开，主真空开关Κ4截断负荷电流产生的 电弧，切断输入端子II与输出端子3导通回路。主真空开关Κ4电弧熄灭后，连接负荷的端 子3的电位下降，控制模块6连接主回路两个端子①、②之间的电压快速上升；该电压大于 控制模块6整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导通；主回路两个端子①、②导通。电压触 发晶闸管电路流通，接通输入端子112与输出端子3导通回路。控制模块6整定电压等于 可靠系数乘以额定电压。可靠系数小，灵敏度高，反应速度快；但容易误动。可靠系数一般 取1. 2-2。（4)主真空开关Κ4电弧熄灭后，转换开关Κ3实现无电流切换。（5)转换开关Κ3 切换后，主真空开关Κ4闭合，负荷电流通过主真空开关Κ4流通，过渡真空开关Κ5电流下降 为零。（6)主真空开关Κ4闭合后，过渡真空开关Κ5实现无电流断开。实现输入端子II与 输出端子3不导通，输入端子112与输出端子3导通。

[0034] 为了提高控制模块6触发晶闸管的灵敏度，可以增加控制模块6动作判据。控制模 块6连接主回路端子①、②的输入电压大于0. 5-1倍整定电压后的t时间内，又发生0. 2-1 倍额定电压的突变时，发出触发脉冲使晶闸管导通；否则，不发出触发脉冲；该t时间等于 真空开关K5闭合至真空开关K4断开的时间乘以可靠系数，可靠系数取1. 1-2。

[0035] 当电流保护电路是一条导线。电压触发晶闸管电路导通后，输入端子112与输出 端子3直接导通。解决传统有载分接开关电阻发热问题的效果最好。但是，如果电压触发 晶闸管电路误动作，输入端子II、112之间将产生很大环流，将造成变压器匝间短路。损坏 电力设备。

[0036] 为了防止电压触发晶闸管电路误动作，变压器匝间短路，损坏电力设备；电流保护 电路可以是一个熔断器。熔断器额定电流等于可靠系数乘以输电回路最大负荷电流。可靠 系数大于1，一般取1. 2-1. 5。电压触发晶闸管电路正常导通时，流过熔断器的电流小于最 大负荷电流，熔断器不会熔断。如果电压触发晶闸管电路误动作，输入端子II、112之间将 产生很大环流，熔断器熔断，切断短路电流，保护电力设备不受损坏。由于电压触发晶闸管 电路正常导通时，熔断器流过电流的时间很短，流过熔断器的电流大于额定电流也不会熔 断。熔断器流过电流的时间越短，流过熔断器的电流可以大于额定电流数倍也不会熔断。因 此，缩短熔断器电流通过的时间，可减小熔断器体积和额定电流值，可减小高压大容量熔断 器的制造难度。所以，主真空开关K4断开至闭合的时间应尽可能短。

[0037] 为了防止电压触发晶闸管电路误动作，变压器匝间短路，损坏电力设备；电流保护 电路可以是一个电阻。所述电阻的电阻值，应保证电阻两端的电压等于额定电压时，电阻流 过最大额定电流。如果电压触发晶闸管电路误动作，电阻限制短路电流，不会造成短路故 障。如果电压触发晶闸管电路误动作，图2表示的有载分接开关等效于图1表示传统有载 分接开关。如果电压触发晶闸管电路正常动作，从过渡真空开关K5闭合至主真空开关K4 跳开的这段时间，电阻不会发热；优于传统有载分接开关。电阻的电阻值大，有利于减小环 流；但输电回路负荷电流流过电阻时，电阻两端的电压将大于额定电压，引起负载电压的波 动。

[0038] 为了防止电压触发晶闸管电路误动作，变压器匝间短路，损坏电力设备；电流保护 电路可以是一个电抗器。所述电抗器的电抗值，应保证电抗器两端的电压等于额定电压时， 电抗器流过最大额定电流。如果电压触发晶闸管电路误动作，电抗器限制短路电流，不会造 成短路故障。由于电抗器导通期间发热很小，优于传统电阻型有载分接开关。电抗器的电 抗值大，有利于减小环流；但输电回路负荷电流超过最大额定时，在电抗器两端的电压将大 于额定电压，引起负载电压的波动。

[0039] 由于过渡真空开关K5的动作过程都不需要切断电弧，所以，K5可以选用没有灭弧 室的开关，以降低成本。

[0040] 为了简化电路，控制模块6的两对输入可以只用任何一对。例如：电压触发晶闸管 电路辅助端子③、④可以不连接。电压触发晶闸管电路辅助端子③、④不连接，图2表示的 一种有载分接开关仍然可以正常工作。只是性能略差。

[0041] 单个晶闸管的耐压有限，如果图2表示的一种有载分接开关用在电压等级比较高 的场合，图3中的D1、D2晶闸管可以由多个晶闸管串联，提商D1、D2晶闸管的电压水平。多 个晶闸管串联后的特性等同于一个晶闸管，这方面的技术可参考高压直流输电中的转流阀 电路，这里不再累赘。

[0042] 控制模块6可以用主回路两个端子①、②获得的能量作为自身电源，也可用辅助 端子③、④获得的能量作为自身电源，还可以另外用外部的直流电源(或交流电源）专门提 供电源。用外部的直流电源(或交流电源)作为控制模块6的电源，控制模块电路易于实现， 性能可以比较好；缺点是需要专门的电源引入线。

[0043] 实施例2 :

[0044] 本发明有载分接开关的结构与连接方式如图2所示。实施例1已经有说明，这里 不再累赘。不同的部分叙述如下：

[0045] 控制模块6辅助端子③、④连接真空开关K4两端，该输入端电压小于整定电压时， 不发出触发脉冲；主回路两个端子①、②不导通。该输入端电压大于整定电压时，发出触发 脉冲使晶闸管导通；主回路两个端子①、②导通。整定电压等于可靠系数乘以额定电压；可 靠系数一般取〇. 1-2。

[0046] 两分接开关切换前主真空开关K4闭合，过渡真空开关K5断开，分接开关K1导通， 分接开关K2断开，转换开关K3接通输入端子11与输出端子3的导通回路，输入端子112与 输出端子3不导通；切换过程步骤如下：（1)分接开关K2接通输入端子112。（2)过渡真空 开关K5闭合。这时，控制模块6辅助端子③、④的输入电压等于零，小于整定电压，不发出触 发脉冲；主回路两个端子①、②不导通。这时，过渡真空开关K5的电流接近等于零。（3)主 真空开关K4断开，主真空开关K4截断负荷电流产生的电弧，切断输入端子II与输出端子 3导通回路。主真空开关K4电弧熄灭后，连接负荷的端子3的电位下降，主真空开关K4两 端的电压上升；该电压大于控制模块6整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导通；主回路两 个端子①、②导通。电压触发晶闸管电路流通，接通输入端子112与输出端子3导通回路。 控制模块6整定电压等于可靠系数乘以额定电压。可靠系数小，灵敏度高，反应速度快；但 容易误动。可靠系数一般取0.1-2。（4)主真空开关K4电弧熄灭后，转换开关K3实现无电 流切换。（5)转换开关K3切换后，主真空开关K4闭合，负荷电流通过主真空开关K4流通， 过渡真空开关K5电流下降为零。（6)主真空开关K4闭合后，过渡真空开关K5实现无电流 断开。实现输入端子II与输出端子3不导通，输入端子112与输出端子3导通。

[0047] 实施例2控制模块6的动作判据可以与实施例1同时工作，以增加可靠性。只是 电路稍微复杂。

[0048] 控制模块6动作判据的目的在于主真空开关K4跳开后，触发晶闸管导通。控制模 块6动作判据还可以有多种形式。例如：判别控制模块6端子③、②之间的电压是否大于整 定值。

[0049] 本发明的一种有载分接开关可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用 前景。

Claims (4)

1. 一种有载分接开关，其特征是，它包括：两个输入端子I、Π ，一个输出端子，两个分 接开关K1、K2, 一个转换开关K3,两个真空开关K4、K5, 一个电压触发晶闸管电路，一个电流 保护电路；转换开关Κ3有两个分接端子，一个公共端子；电压触发晶闸管电路有主回路和 控制回路，主回路有两个主回路端子，控制回路有两个辅助端子；其中一个输入端子I经分 接开关Κ1连接转换开关Κ3的一个分接端子，转换开关Κ3公共端子经主真空开关Κ4连接 输出端子； 另一个输入端子π经分接开关Κ2、电压触发晶闸管电路的主回路端子、电流保护电 路、过渡真空开关Κ5连接输出端子；分接开关Κ2与电压触发晶闸管电路主回路端子的连接 端还同时连接转换开关Κ3的剩余分接端子；电压触发晶闸管电路的两辅助端子则与主真 空开关Κ4两端连接； 所述电压触发晶闸管电路包括两个晶闸管，三个电抗器，一个控制模块，一个电容，一 个电阻；两个晶闸管分别串联各自对应的一个电抗器后再反向并联，然后并联一个电容和 一个电阻，组成晶闸管串；所述晶闸管串和剩余的一个电抗器串联后作为主回路，串联后的 两端为主回路端子；控制模块的两个输入连接主回路的两个端子，控制模块另两个输入端 子作为辅助端子，控制模块的两个输出分别连接两个晶闸管的控制端，构成控制回路； 所述控制模块的触发条件包括： 所述控制模块的一对连接电压触发晶闸管电路主回路两个端子的输入电压小于整定 电压时，不发出触发脉冲；该输入端电压大于整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导通；该 整定电压等于可靠系数乘以额定电压，可靠系数取1. 2-2 ; 或所述控制模块的一对连接电压触发晶闸管电路主回路两个端子的输入电压大于 〇. 5-1倍整定电压后的t时间内，又发生0. 2-1倍额定电压的突变时，发出触发脉冲使晶闸 管导通，控制模块整定电压等于可靠系数乘以额定电压；否则，不发出触发脉冲；该t时间 等于真空开关K5闭合至真空开关K4断开的时间乘以可靠系数，可靠系数取1. 1-2 ; 或所述控制模块另一对连接真空开关K4两端的输入电压小于整定电压时，不发出触 发脉冲；该输入电压大于整定电压时，发出触发脉冲使晶闸管导通；整定电压等于可靠系 数乘以额定电压，可靠系数取〇. 1-2。

2. 如权利要求1所述的一种有载分接开关，其特征是，所述电流保护电路是一条导线 或熔断器或电阻或电抗器。

3. 如权利要求1所述的一种有载分接开关，其特征是，所述分接开关切换前主真空开 关K4闭合，过渡真空开关K5断开，分接开关K1导通，分接开关K2断开，转换开关K3接通 输入端子I与输出端子的导通回路，输入端子II与输出端子不导通；切换时：分接开关K2 接通输入端子II ;过渡真空开关K5闭合，闭合后过渡真空开关K5的电流接近等于零；主真 空开关K4断开，主真空开关K4截断负荷电流产生的电弧，切断输入端子I与输出端子导通 回路，几乎同时电压触发晶闸管电路流通，接通输入端子II与输出端子导通回路；转换开 关K3无电流切换；主真空开关K4闭合，负荷电流通过主真空开关K4流通，过渡真空开关K5 电流下降为零；过渡真空开关K5无电流断开；分接开关切换后输入端子I与输出端子不导 通，输入端子Π 与输出端子导通。

4. 如权利要求2所述的一种有载分接开关，其特征是，所述熔断器额定电流等于可靠 系数乘以输电回路额定电流，可靠系数取1. 2-1. 5。