CN103019284B - 一种晶闸管辅助的有载分接开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无过渡电阻、有限制短路环流措施的、可靠性高的、过电压触发晶闸管辅助的有载分接开关。其端子I分别连接过渡开关K15、K17，端子II分别连接过渡开关K14、K16；过渡开关K14、K15的另一端子共同连接后，经饱和电抗器L4、晶闸管开关连接端子；过渡开关K16、K17的另一端子共同连接后，经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路连接端子；单数侧主触头K11分别连接端子I与公共端子，双数侧主触头K12分别连接端子II与公共端子；主回路与过渡回路非公共端子的端子还连接双向稳压电路。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种晶闸管辅助的有载分接开关。
背景技术
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。
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US4622513利用晶闸管电路提高有载分接开关的性能。发明点之一是被切换电流回路开关开断时，利用切换回路的过电压触发晶闸管电路自动导通，实现负荷电流的快速续接和切换。过电压触发晶闸管电路的缺点是会产生10毫秒一次的、很大的脉冲干扰。因此，需要足够的抗干扰措施和安全措施，才能保障有载分接开关可靠工作。该发明的另一发明点：利用电流互感器触发双向并联晶闸管来辅助机械开关来断开被切换的电流回路；双向并联晶闸管与机械开关并联，双向并联晶闸管可能被脉冲干扰误导通，造成短路环流。为此，该发明的过电压触发晶闸管电路串联有过渡电阻，以限制可能发生的短路环流，提高晶闸管的运行安全性；这样，US4622513仅仅减小过渡电阻的发热，没有完全解决过渡电阻发热问题。专利US7595614是对US4622513的改进。专利US7595614取消了过电压触发晶闸管电路串联的过渡电阻；解决了过渡电阻发热问题；由于取消了限制短路环流的过渡电阻，如果出现短路环流，短路环流很大；US7595614仅靠熔断器实现保护，熔断器保护反应速度慢，所以，安全性差。专利US7595614仍然用电流互感器触发双向并联晶闸管来断开被切换的电流回路，又没有增加新的抗干扰措施，可靠性差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，（1）克服缺点；提供一种无过渡电阻、有限制短路环流措施的、安全性高、可靠性高的、过电压触发晶闸管电路辅助的有载分接开关。（2）发挥优点；提供一种分接选择器与切换器之间不需要机械联动装置牵制，逻辑关系清楚，结构简单，配合方便的有载分接开关。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种晶闸管辅助的有载分接开关，它包括：
一种晶闸管辅助的有载分接开关，它含有主回路和过渡回路；所述主回路由开关K1构成，所述过渡回路由线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路串联构成；开关K1一端通过转换开关K5在分接选择器端子I与分接选择器端子II之间切换，线性电抗器L1一端通过转换开关K6在分接选择器端子I与分接选择器端子II之间切换；开关K1和过电压触发晶闸管电路另一端与公共端子连接。
一种晶闸管辅助的有载分接开关，它含有主回路和过渡回路；所述主回路由饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关串联构成；过渡回路由线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路串联构成；饱和电抗器L4一端通过转换开关K5在分接选择器端子I与分接选择器端子II之间切换，线性电抗器L1一端通过转换开关K6在分接选择器端子I与分接选择器端子II之间切换；晶闸管开关和过电压触发晶闸管电路另一端与公共端子连接。
一种晶闸管辅助的有载分接开关，它含有主回路和过渡回路，所述主回路由饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关串联构成；过渡回路由线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路串联构成；饱和电抗器L4一端与过渡开关K15、K14一端共同连接，过渡开关K15、K14另一端分别与分接选择器端子I、II连接；线性电抗器L1一端与过渡开关K17、K16一端共同连接，过渡开关K17、K16另一端分别与分接选择器端子I、II连接；晶闸管开关和电压触发晶闸管电路另一端与公共端子连接；所述分接选择器端子I与公共端子之间还连接一个单数侧主触头K11，所述分接选择器端子II与公共端子之间还连接一个双数侧主触头K12。
所述线性电抗器L1的电抗值大于零，小于Z1；Z1等于分接选择器端子I、II之间的额定电压除以额定负荷电流。
所述线性电抗器L1与饱和电抗器L2合并为一个电抗器L3；电抗器L3有磁通闭环铁芯和线圈L3，磁通闭环铁芯的其中一部分路段有较大截面积，其余路段铁芯截面积较小；较大截面积路段的铁芯上绕有线圈L3；当电流比较小时，闭环铁芯不饱和；线圈L3等效饱和电抗器L2；当电流比较大时，闭环铁芯截面积较小的路段的铁芯饱和，截面积较大路段的铁芯不饱和；线圈L3的电抗快速减小至较小值，此时，线圈L3等效线性电抗器L1。
所述过电压触发晶闸管电路包括：熔断器FU1，它与一对反向并联的晶闸管D1、D2串联形成过电压触发晶闸管电路主回路；电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端；两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，二极管D3、D4；两只晶闸管的D1、D2门极还分别连接二极管D5、D6、D7、D8组成的全桥整流电路输入端子，全桥整流电路的输出端连接稳压管D9，稳压管D9负极连接全桥整流电路的输出端正极，稳压管D9正极连接全桥整流电路的输出端负极；所述稳压管D9稳定电压U1=k1U2；k1为可靠系数，取1.2-2之间值；U2为有载分接开关分接选择器端子I、II之间连接的额定工频工作电压的峰值。
所述晶闸管开关包括：熔断器FU1与一对反向并联的晶闸管D1、D2串联形成晶闸管开关主回路；电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端；两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，二极管D3、D4；两只晶闸管的D1、D2门极还分别连接二极管D5、D6、D7、D8组成的全桥整流电路输入端子；稳压管D11与稳压管D9同方向串联后，D11、D9稳压管串正极接全桥整流电路的负极，D11、D9稳压管串负极连接全桥整流电路的正极；二极管D10的正极接全桥整流电路的正极，二极管D10的负极连接开关K10的一端，开关K10的另一端连接全桥整流电路的负极；稳压管D11与稳压管D9串联后的稳定电压值U3=k2(U1+U2)；k2为可靠系数，取1.1-1.5之间值，U1=k1U2；k1为可靠系数，取1.2-2之间值；U2为有载分接开关分接选择器端子1、2之间连接的额定工频工作电压的峰值；晶闸管D1或D2门极触发回路的所有半导体正向管压降之和取1.5U4左右，U4为最大电流，包括可能通过的短路电流暂态峰值，流过晶闸管D1或D2主回路的正向管压降。
所述主回路非公共端子的端子与过渡回路非公共端子的端子还连接双向稳压电路；双向稳压电路的稳压值大于有载分接开关分接选择器端子I、II之间连接的额定工频工作电压的峰值U2，小于稳压管D9稳定电压U1。
所述各开关（触头）是带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、跳闸线圈、主触头、辅助触头组成；或者是不带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、主触头、辅助触头组成；通过线圈的通电或断电，实现开关（触头）的闭合与断开。
本发明的有益效果是：取消了过渡电阻，解决了电阻发热问题；有限制短路环流措施，过电压触发晶闸管电路和晶体管开关电路安全有保障。过电压触发晶闸管电路和晶体管开关电路有较强抗干扰措施，在强脉冲干扰条件下，保证晶闸管辅助的有载分接开关可靠工作。机械开关开断与导通过程，没有电流；实现无电弧切换；频繁动作不会损坏开关触点。传统有载分接开关储能机械机构可以消除，晶闸管辅助的有载分接开关的整体动作时间可以缩短。消除了复杂的机械联动机构，特别是去除机械储能机构，减小了有载分接开关的体积和重量；减小了故障率。采用中间继电器（接触器）方式的控制电路，可确保某个开关动作完成后才进入下一个开关的动作程序，提高可靠性。实现分接选择器动作不需要切换器介入，分接选择器完成动作后启动切换器工作，切换器切换过程不需要分接选择器介入；分接选择器与切换器之间不需要机械联动装置牵制，逻辑关系清楚，结构简单，配合方便。
附图说明
图1表示现有的有载分接开关的结构与连接方式。
图2表示一种晶闸管辅助的有载分接开关的结构与连接方式。
图3表示一种过电压触发晶闸管电路。
图4表示过电压触发晶闸管电路串联。
图5表示一种电抗器结构。
图6表示另一种晶闸管辅助的有载分接开关的结构与连接方式。
图7表示一种晶闸管开关电路。
图8表示第3种晶闸管辅助的有载分接开关的结构与连接方式。
图9表示第3种晶闸管辅助的有载分接开关的切换器控制电路。
图10表示一种晶闸管辅助的有载分接开关的切换器控制电路。
图11表示另一种晶闸管辅助的有载分接开关的切换器控制电路。
其中，1.分接选择器端子I，2.分接选择器端子II，3.公共端子，4.过电压触发晶闸管电路，5.电抗器铁芯，6.晶闸管开关，7.双向稳压电路。
实施例1：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1为现有的有载分接开关的工作原理结构与连接方式。有载分接开关由分接选择器和切换器组成。有载分接开关的分接选择器的工作原理是公开知识；有载分接开关的特点在于切换器，所谓有载分接开关一般指有载分接开关的切换器（切换开关）。
本发明一种晶闸管辅助的有载分接开关的原理结构与连接方式如图2所示。它包括：两个分接选择器端子I1、II2，一个公共端子3，两个转换开关K5、K6，一个主真空开关K1，一个过电压触发晶闸管电路4，一个线性电抗器L1，一个饱和电抗器L2，一个双向稳压电路7；转换开关K5的一个分接端子和转换开关K6的一个分接端子共同连接分接选择器端子I1，转换开关K5的另一个分接端子和转换开关K6的另一个分接端子共同连接分接选择器端子II2；转换开关K5公共端子经主真空开关K1连接有载分接开关公共端子3，构成主回路；转换开关K6公共端子经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路4串联连接有载分接开关公共端子3，构成过渡回路；双向稳压电路7连接在转换开关K5的公共端子与转换开关K6的公共端子之间。
过电压触发晶闸管电路4如图3所示。熔断器FU1与一对反向并联的晶闸管D1、D2串联形成主回路。电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端，实现晶闸管D1、D2导通与截断过程的振荡阻尼，防止晶闸管D1、D2两端的电压升高过快造成的误导通。两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，用以抗干扰；二极管D3、D4正极分别接晶闸管的阴极，二极管负极分别接晶闸管的门极，保护门极与阴极不被反向电压击穿，提供反向电流通路。两只晶闸管D1、D2的门极还分别连接二极管D5、D6、D7、D8组成的全桥整流电路输入端子，全桥整流电路的输出端连接稳压管D9，稳压管D9负极连接全桥整流电路的输出端正极，稳压管D9正极连接全桥整流电路的输出端负极，D9可以用多只低电压稳压管串联获得高电压等级的稳压管。
稳压管D9稳定电压应大于分接选择器端子I1、II2之间最大正常电压的峰值，以保证调压变压器电压在正常最大波动范围进行有载调压时，稳压管D9不会导通。稳压管D9的稳定电压取的太大，要求主真空开关K1的耐压增大，要求晶闸管D1、D2的耐压增大，增加有载分接开关的体积和投资。稳压管D9的稳定电压取的太大，过电压触发晶闸管电路4对其他设备的干扰增大，晶闸管辅助的有载分接开关的可靠性差。特别是，稳压管D9的稳定电压取的太大，过电压触发晶闸管电路4的干扰将产生暂态直流分量，使调压变压器产生励磁涌流，造成保护跳闸。限制稳压管D9稳定电压不能太大是保证晶闸管辅助的有载分接开关可靠运行的需要。为此，稳压管D9稳定电压U1=k1U2；k1为可靠系数，取1.2-2之间值；U2为有载分接开关分接选择器端子1、2之间连接的额定工频工作电压的峰值。建议k1取1.5较好。
晶闸管辅助的有载分接开关分接选择器端子I1与公共端子3导通，可以切换为分接选择器端子II2与公共端子3导通；分接选择器端子II2与公共端子3导通，可以切换为分接选择器端子I1与公共端子3导通。
有载分接开关分接选择器端子I1与公共端子3导通，切换为分接选择器端子II2与公共端子3导通的工作原理如下：
（1）转换开关K6切换；过电压触发晶闸管电路4接入，由于稳压管D9稳定电压大于分接选择器端子I1、II2之间的最大正常交流电压的峰值，稳压管D9不导通，反向并联的晶闸管D1、D2不被触发；过电压触发晶闸管电路4不导通；
（2）主真空开关K1断开；主回路断开，与负载连接的端子3的电位快速下降；过电压触发晶闸管电路4两端电压快速上升，当电压的瞬时值大于稳压管D9的稳定电压时，稳压管D9导通，触发晶闸管D1或D2导通，过渡回路自动投入；负荷电流从分接选择器端子II2流入，经过渡回路从公共端子3流出；由于电流是交流电，过电压触发晶闸管电路4在电流过零点时自动切断电流回路一次；然后过电压触发晶闸管电路4两端电压再次上升，过电压触发晶闸管电路4再次导通；过电压触发晶闸管电路4两端是每10毫秒正反变换一次的脉冲电压；脉冲峰值等于稳压管D9稳定电压。该正反交替变换的脉冲电压对负荷电流波形影响不大，对负荷电压波形影响不大；负荷电流由主回路转移至过渡回路；
（3）转换开关K5切换；
（4）主真空开关K1闭合；负荷电流通过主真空开关K1流通，过电压触发晶闸管电路4电流下降为零。
在主真空开关K1没有断开时，过电压触发晶闸管电路4受干扰、误导通，将形成短路环流。对于大容量电力系统，如果线性电抗器L1的电抗值等于零，将形成很大的短路环流。这时，只要线性电抗器L1的电抗值比零大一点，限制短路电流的效果就十分明显。因此，为了晶闸管辅助的有载分接开关安全，线性电抗器L1必须大于零。如果电抗器L1的电抗值大，优点是：形成的短路环流小，安全性好。缺点是：电抗器L1可能产生较大的干扰，尤其是直流分量使铁芯变压器产生励磁涌流，危害较大。电抗器L1的大小要在限制短路环流效果和减小干扰的矛盾中取得平衡。考虑过电压触发晶闸管电路能够把短路环流的时间限制在半个周波，短路环流不大于10倍晶闸管额定工作电流，晶闸管安全性就有保障；电抗器L1的电抗值应大于零，小于Z1；Z1等于分接选择器端子1、2之间的额定电压除以额定负荷电流。建议线性电抗器L1的电抗值取0.1Z1左右。为了减小体积，建议电抗器L1采用带气隙铁芯的电抗器。
熔断器FU1可切断短路环流，作为晶闸管D1（D2）后备保护。
饱和电抗器L2的一个作用是：晶闸管D1（D2）导通瞬间，减小电流的上升率。饱和电抗器L2的另一个作用是：饱和电抗器L2与过电压触发晶闸管电路4中的电阻R1、电容C1配合，可提高过电压触发晶闸管电路4的抗干扰能力。饱和电抗器防止窄电压脉冲干扰能力大于线性电抗器。
双向稳压电路7的作用是保证双向稳压电路7两端电压不超过稳压值，双向稳压电路7的稳压值大于U2，小于稳压管D9稳定电压U1。选择器端子I1、II2之间的电压为正常额定电压时，双向稳压电路7不导通；选择器端子I1、II2之间出现较高干扰脉冲电压时，削平干扰脉冲，使干扰脉冲电压不大于过电压触发晶闸管电路4中的稳压管D9稳定电压U1，防止选择器端子I1、II2之间的干扰脉冲触发过电压触发晶闸管电路4导通，产生短路环流。如果已经有其他电路可消除选择器端子I1、II2之间的干扰脉冲，则双向稳压电路7可以去除。双向稳压电路7可以用压敏电阻实现，也可以用一对反向串联的大功率稳压管实现。
晶闸管辅助的有载分接开关用于超高电压等级时，现有的晶闸管D1、D2耐压不够。可采用数个过电压触发晶闸管电路4串联方式提高工作电压。图4表示三级过电压触发晶闸管电路的串联。R4为分压电阻；当多个过电压触发晶闸管电路串联时，R4均衡各个过电压触发晶闸管电路的电压。
图2晶闸管辅助的有载分接开关有一个线性电抗器L1和一个饱和电抗器L2。为了进一步简化结构，线性电抗器L1和饱和电抗器L2可合并为一个单体电抗器L3，如图5所示。电抗器L3有磁通闭环铁芯5和线圈L3，磁通闭环铁芯5的其中一部分路段有较大截面积，其余路段铁芯截面积较小；较大截面积路段的铁芯上绕有线圈L3。当电流比较小时，闭环铁芯不饱和；线圈L3等效饱和电抗器L2。当电流比较大时，闭环铁芯截面积较小的路段的铁芯饱和，截面积较大路段的铁芯不饱和；线圈L3的电抗快速减小至较小值，此时，线圈L3等效线性电抗器L1。
图5所示一个电抗器L3可替代线性电抗器L1和饱和电抗器L2的作用，减小了电抗器体积。
实施例2：
本发明另一种晶闸管辅助的有载分接开关如图6所示。它包括：两个分接选择器端子I1、II2，一个公共端子3，两个转换开关K5、K6，一个控制开关K10控制的晶闸管开关6，一个过电压触发晶闸管电路4，一个线性电抗器L1，两个饱和电抗器L2、L4，一个双向稳压电路7；转换开关K5的一个分接端子和转换开关K6的一个分接端子共同连接分接选择器端子I1，转换开关K5的另一个分接端子和转换开关K6的另一个分接端子共同连接分接选择器端子II2；转换开关K5公共端子经饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关6串联连接有载分接开关公共端子3，构成主回路；转换开关K6公共端子经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路4串联连接有载分接开关公共端子3，构成过渡回路；双向稳压电路7连接在转换开关K5的公共端子与转换开关K6的公共端子之间。
控制开关K10控制的晶闸管开关6的电路如图7所示，图7是在图3的基础上变化得到的，图7与图3相同的部分，其特点与参数要求也相同，不再累赘。
图7与图3差别在于：增加了二极管D10与控制开关K10。二极管D10的正极接二极管D5、D6、D7、D8全桥整流电路的正极，二极管D10的负极连接开关K10的一端，开关K10的另一端连接二极管D5、D6、D7、D8全桥整流电路的负极。图7可以看出，开关K10导通则晶闸管开关6导通，开关K10开断则晶闸管开关5开断。控制开关K10闭合后，通过控制开关K10的电流是晶闸管触发电流，电流很小。可以用小容量控制开关K10控制晶闸管开关6大电流通路的导通与开断。减小切断负荷电流产生的电弧，提高开关控制速度和灵敏度。
图7与图3差别还在于：增加了稳压管D11。稳压管D11与稳压管D9同方向串联后，替代原稳压管D9的位置。稳压管D11与稳压管D9串联有两项作用：
（1）晶闸管开关6的过电压保护。
（2）晶闸管开关6用于高电压等级有载分接开关时，现有的晶闸管D1、D2耐压可能不够，必须采用数个晶闸管开关6串联方式提高工作电压；就像图4那样。由于每一级晶闸管开关6有一个控制开关K10，各个控制开关K10的动作可能不同步，各个控制开关K10动作不同步条件下，稳压管D11与稳压管D9能够保证晶闸管开关6正确动作。
稳压管D11与稳压管D9串联后的稳定电压值取值太小，过电压触发晶闸管电路4产生的脉冲将使晶闸管开关6误导通。稳压管D11与稳压管D9串联后的稳定电压值取值太大，要求晶闸管D1、D2的耐压增大，增加有载分接开关的体积和投资。稳压管D9的稳定电压取的太大，数个晶闸管开关6串联不能起到上述第2项作用。稳压管D11与稳压管D9串联后的稳定电压值U3=k2(U1+U2)；k2为可靠系数，取1.1-1.5之间值。
晶闸管D1（D2）导通以后晶闸管D1（D2）有正向管压降，晶闸管D1（D2）正向管压降随着流过的电流增大有所增大。设：最大电流（包括可能通过的短路电流暂态峰值）流过晶闸管D1（D2）的正向管压降为U4。开关K10闭合后，电流首先通过二极管D10与开关K10，触发晶闸管D1（D2）门极，使晶闸管D1（D2）导通。晶闸管D1（D2）两端电压快速降为正向管压降，如果串联在晶闸管D1（D2）门极触发回路的所有半导体管压降之和大于U4，则晶闸管D1（D2）门极回路电流自动消失；如果串联在晶闸管D1（D2）门极触发回路的所有半导体管压降之和小于U4，则晶闸管D1（D2）门极回路有大电流流过，损坏晶闸管D1（D2）。当晶闸管D1（D2）门极触发回路的所有半导体管压降之和小于1.2U4时，可采用多只二极管串联构成D10,以提高二极管D10的正向管压降。二极管D10串联太多，将增加发热，过零点电流波形变坏。晶闸管D1（D2）门极触发回路的所有半导体正向管压降之和取1.5U4左右为比较合适。即：二极管D4、D7、D10、D6正向管压降加上晶闸管D1门极管压降之和取1.5U4左右，而且二极管D3、D8、D10、D5正向管压降加上晶闸管D2门极管压降之和取1.5U4左右。
本实施例用饱和电抗器L4和晶闸管开关6的组合替代实施例1中主回路的主真空开关K1。主真空开关K1自身的抗干扰能力很强，但是，主真空开关K1的操作需要较大机械力，操作不灵敏；触头开断过程存在电弧，对其他半导体器件产生干扰。晶闸管开关6的控制开关K10可以采用有触点的小型继电器，也可以采用无触点的固态开关，无触点固态开关的控制电压小，动作更快速、更灵敏；对其他半导体器件干扰小。无触点固态开关的工作原理及其控制电路是公共常识，不再累赘。晶闸管开关6的缺点是，受脉冲干扰可能误动作。为了提高晶闸管开关6的抗干扰能力，串联了饱和电抗器L4。饱和电抗器L4的一个作用是：晶闸管开关6中的晶闸管D1（D2）导通瞬间，减小电流的上升率。饱和电抗器L4的另一个作用是：饱和电抗器L4与晶闸管开关6中的电阻R1、电容C1配合，可提高晶闸管开关6的抗干扰能力。
有载分接开关分接分接选择器端子I1与公共端子3导通，切换到分接选择器端子II2与公共端子3导通的工作过程：（1）转换开关K6切换；（2）控制开关K10断开；主回路断开，过渡回路自动投入；（3）转换开关K5切换；（4）控制开关K10闭合。
实施例3：
本发明第3种晶闸管辅助的有载分接开关如图8所示。它包括：两个分接选择器端子I1、II2，一个公共端子3，一个单数侧主触头K11，一个双数侧主触头K12，四个过渡开关K14、K15、K16、K17，一个过电压触发晶闸管电路4，一个控制开关K10控制的晶闸管开关6，一个线性电抗器L1，两个饱和电抗器L2、L4，一个双向稳压电路7；分接选择器端子I1分别连接过渡开关K15、K17，分接选择器端子II2分别连接过渡开关K14、K16；过渡开关K14、K15的另一端子共同连接后，经饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关6串联连接有载分接开关公共端子3，构成主回路；过渡开关K16、K17的另一端子共同连接后，经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路4串联连接有载分接开关公共端子3，构成过渡回路；单数侧主触头K11两端分别连接分接分接选择器端子I1与有载分接开关公共端子3，双数侧主触头K12两端分别连接分接分接选择器端子II2与有载分接开关公共端子3；双向稳压电路7连接在过渡开关K14、K15连接端子与过渡开关K16、K17连接端子之间。
晶闸管开关6由开关K10控制，K10闭合晶闸管开关6导通，K10开断晶闸管开关6开断。
图8的单数侧主触头K11和双数侧主触头K12为带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、跳闸（解闭锁）线圈、主触头、辅助触头组成。四个过渡开关K14、K15、K16、K17为不带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、主触头、辅助触头组成。
单数侧主触头K11和双数侧主触头K12，承担长期通电任务。晶闸管开关6和过电压触发晶闸管电路4可短时间工作，晶闸管D1（D2）不需要复杂的散热设备。
有载分接开关分接选择器端子I1与公共端子3导通，切换到分接选择器端子II2与公共端子3导通的切换器控制电路如图9所示。
M+为控制电源正母线，M-为控制电源负母线；K11-T为K11接触器的跳闸（解闭锁）线圈，K11-1、K11-2为K11接触器的辅助触点；K12-H为K12接触器的合闸线圈，K12-1为K12接触器的辅助触点。K14-1、K14-2、K15-1、K15-2、K16-1、K16-2分别为过渡开关K14、K15、K16辅助触点，K10-1、K10-2、K10-3为控制开关K10辅助触点，KC1、KC2、KC3、KC4为中间继电器；BH为保护出口触点，保护禁止有载分接开关动作时，断开BH触点，切断控制电路M1电源；X1-2表示有载分接开关分接选择器指令触点，有载分接开关分接选择器接头选择完毕，X1-2触点闭合，通知有载分接开关控制电路开始工作。
控制电源正母线M+串联BH触点后，连接KC1-2触点的一端，KC1-2触点的另一端连接M1母线；BH触点与KC1-2触点之间的结点串联K12-1辅助触点、X1-2触点、KC1线圈至M-母线；KC1-1触点并联在X1-2触点两端；M1串联KC3-1触点、K15线圈至M-母线；M1串联K15-1触点、KC2-2触点、K10线圈至M-母线；M1串联KC2-3触点、K14-1触点，至KC2-2触点与K10线圈之间的结点；K15-1触点与KC2-2线圈之间的结点串联K10-1触点、K11-T线圈至M-母线；M1串联K16-1触点、K11-1触点、K16线圈至M-母线；K16-1触点与K11-1触点间的结点接二极管D12的负极，K10-1触点与K11-T线圈间的结点接二极管D12的正极；M1串联K16-2触点、KC2线圈至M-母线；KC2-1触点并联K16-2触点；M1串联K11-2触点、KC2-4触点、K10-2触点、KC3线圈至M-母线；M1串联KC3-2触点至K10-2触点与KC3线圈之间的结点；KC2-4触点与K10-2触点之间结点串联K15-2触点、K14线圈至M-母线；KC2-4触点与K10-2触点之间结点串联K14-2触点、K10-3触点、KC4线圈至M-母线；K14-2触点与K10-3触点之间结点串联KC4触点、K12-H线圈至M-母线。
分接选择器端子I1与公共端子3导通，切换到分接选择器端子II2与公共端子3导通的切换器控制器工作过程，说明如下：
当X1-2触点闭合，K12触点、X1-2触点闭合，KC1线圈通电，KC1-1、KC1-2触点闭合，控制电路M1送电，并自保持。
KC3-1常开触点闭合，K15线圈通电，图8过渡开关K15闭合，控制开关K10控制的晶闸管开关6并联单数侧主触头K12；K15-1触点闭合、KC2-2常闭触点闭合，接通K10线圈，图8控制开关K10控制的晶闸管开关6闭合；K15-1触点闭合、K10-1触点闭合，接通线圈K11-T，图8单数侧主触头K11断开，负荷电流转移至晶闸管开关6回路；K15-1触点闭合、K10-1触点闭合、K11-1触点闭合，接通K16线圈；K16-1触点闭合，自保持K16接通线圈，图8过渡开关K16闭合，投入过电压触发晶闸管电路4；K16-2触点闭合，接通KC2线圈，KC2-1闭合，自保持接通KC2线圈；KC2-2触点断开，K10线圈失电，图8控制开关K10控制的晶闸管开关6断开，负荷电流转移至过电压触发晶闸管电路4回路；K10-1触点断开，二极管D12防止K16-1给线圈K11-T送电；K11-2触点闭合、KC2-4触点闭合、K10-2触点闭合，接通KC3线圈；KC3-2触点闭合，自保持接通KC3线圈；KC3-1触点开断，K15线圈失电；图8过渡开关K15断开，K15-2触点闭合，接通K14线圈，图8过渡开关K14闭合，实现控制开关K10控制的晶闸管开关6与过电压触发晶闸管电路4的并联；K14-1触点闭合，再次接通K10线圈，图8控制开关K10控制的晶闸管开关6再次闭合，负荷电流再次转移至控制开关K10控制的晶闸管开关6回路；K10-3触点闭合，接通KC4线圈；KC4触点闭合，接通K12-H线圈，图8的K12主触头闭合，负荷电流转移至K12主触头回路，实现分接选择器端子II2与公共端子3导通；同时，K12常闭触点断开，KC1线圈失电，KC1-1触点、KC1-2触点断开，切断控制电路电源，控制电路整组复归。
上述切换器控制电路采用过渡开关K15先闭合，才控制开关K10闭合；程序清晰。也可以采用过渡开关K15与控制开关K10闭合同时进行，以减小程序的整体时间。上述切换器控制电路采用单数侧主触头K11先断开，负荷电流转移至晶闸管开关6回路以后，才过渡开关K16闭合，接入过电压触发晶闸管电路4；程序清晰。也可以采用单数侧主触头K12断开，与过渡开关K16闭合同时进行，以减小程序的整体时间。
有载分接开关分接选择器端子II2与公共端子3导通，切换到分接选择器端子I1与公共端子3导通的切换器控制电路可参照以上方法设计，不再累赘。
传统有载分接开关采用电机转动的驱动方式，整体动作时间4.4秒，其中切换开关动作时间只有40毫秒，大部分时间用于机械机构的储能和预备时间。采用过电压触发晶闸管电路4替换过渡电阻R后的晶闸管辅助的有载分接开关，切换开关动作时间延长不会发热损坏设备，这样，储能机械机构可以消除，晶闸管辅助的有载分接开关的整体动作时间反而可以缩短。消除了复杂的机械联动机构和机械储能机构，可减小了有载分接开关的体积和重量；可减小了故障率。特别是可以采用中间继电器（接触器）方式的控制电路，实现切换器的有序动作。采用中间继电器（接触器）控制方式，可确保某个开关动作完成后才进入下一个开关的动作程序，提高可靠性。可以实现分接选择器动作不需要切换器介入，分接选择器完成动作后启动切换器工作，切换器切换过程不需要分接选择器介入；分接选择器与切换器之间不需要机械联动装置牵制，逻辑关系清楚，结构简单，配合方便。
图8所示的晶闸管辅助的有载分接开关，单数侧主触头K11，双数侧主触头K12，四个过渡开关K14、K15、K16、K17的开断与导通过程，没有电流；实现无电弧切换；频繁动作不会损坏开关触点。
根据某些偏好，晶闸管辅助的有载分接开关可在本实施例的基础上变化。例如：（1）可再增加一套过电压触发晶闸管电路4、晶体管开关6、线性电抗器L1，饱和电抗器L2；这样，四个过渡开关K14、K15、K16、K17可减少为两个。达到减少机械开关数量的目的。（2）过电压触发晶闸管电路4和晶体管开关6有许多相同的元件和电路；可对图3和图7进行组合，形成一套新的组合电路，通过小型开关的断开或闭合，使组合电路可在主回路与过渡电路两种功能之间进行切换，一套电路两种功能。一个过渡开关串联一套这样的组合电路后，并联在分接选择器端子I1与公共端子3；另一个过渡开关串联另一套这样的组合电路后，并联在分接选择器端子II2与公共端子3；达到减少高压机械开关数量、减少半导体元件、减少操作步骤和缩短切换时间的目的。
根据某些偏好，切换器控制电路图9可在本实施例的基础上变化。同等程序和时序要求的控制电路可以用多种方法实现。控制电路不仅可以采用小型中间继电器的逻辑配合实现，还可以采用半导体器件实现。这些是公共常识，不再累赘。
实施例4：
本发明一种晶闸管辅助的有载分接开关的原理结构与连接方式如图2所示。它包括：两个分接选择器端子I1、II2，一个公共端子3，两个转换开关K5、K6，一个主真空开关K1，一个过电压触发晶闸管电路4，一个线性电抗器L1，一个饱和电抗器L2，一个双向稳压电路7；转换开关K5的一个分接端子和转换开关K6的一个分接端子共同连接分接选择器端子I1，转换开关K5的另一个分接端子和转换开关K6的另一个分接端子共同连接分接选择器端子II2；转换开关K5公共端子经主真空开关K1连接有载分接开关公共端子3，构成主回路；转换开关K6公共端子经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路4串联连接有载分接开关公共端子3，构成过渡回路；转换开关K5的公共端子与转换开关K6的公共端子之间连接双向稳压电路7。
主真空开关K1、转换开关K5、K6为带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、跳闸线圈、主触头、辅助触头组成。
开关的有序动作由有载分接开关切换器控制电路实现，如图10所示。M+为控制电源正母线，M-为控制电源负母线；K1-T为K1开关的跳闸线圈，K1H、K5H、K6-H分别为K1、K5、K6开关的合闸线圈。K1-1、K1-2、K5-1、K5-2、K6-1、K6-2、K6-3分别为开关K1、K5、K6辅助触点，KC1、KC2为中间继电器；BH为保护出口触点，保护禁止有载分接开关动作时，断开BH触点，切断控制电路M1电源；X1-2表示有载分接开关分接选择器指令触点，有载分接开关分接选择器接头选择完毕，X1-2触点闭合，通知有载分接开关控制电路开始工作。
切换器控制电路通过触点动作的先后次序，控制开关线圈接通电源的次序，实现系列电气开关有序动作，完成有载分接开关的有载切换。切换器控制电路工作方法参照实施例3，不再累赘。
实施例5：
本发明一种晶闸管辅助的有载分接开关的原理结构与连接方式如图6所示。它包括：两个分接选择器端子I1、II2，一个公共端子3，两个转换开关K5、K6，一个控制开关K10控制的晶闸管开关6，一个过电压触发晶闸管电路4，一个线性电抗器L1，两个饱和电抗器L2、L4，一个双向稳压电路7；转换开关K5的一个分接端子和转换开关K6的一个分接端子共同连接分接选择器端子I1，转换开关K5的另一个分接端子和转换开关K6的另一个分接端子共同连接分接选择器端子II2；转换开关K5公共端子经饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关6串联连接有载分接开关公共端子3，构成主回路；转换开关K6公共端子经线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路4串联连接有载分接开关公共端子3，构成过渡回路；转换开关K5的公共端子与转换开关K6的公共端子之间连接双向稳压电路7。
控制开关K10、转换开关K5、K6为带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、跳闸线圈、主触头、辅助触头组成。
开关的有序动作由有载分接开关切换器控制电路实现，如图11所示。M+为控制电源正母线，M-为控制电源负母线；K10-T为K10开关的跳闸线圈，K10-H、K5-H、K6-H分别为K10、K5、K6开关的合闸线圈。K10-1、K10-2、K5-1、K5-2、K6-1、K6-2、K6-3分别为开关K10、K5、K6辅助触点，KC1、KC2为中间继电器；BH为保护出口触点，保护禁止有载分接开关动作时，断开BH触点，切断控制电路M1电源；X1-2表示有载分接开关分接选择器指令触点，有载分接开关分接选择器接头选择完毕，X1-2触点闭合，通知有载分接开关控制电路开始工作。
切换器控制电路通过触点动作的先后次序，控制开关线圈接通电源的次序，实现系列电气开关有序动作，完成有载分接开关的有载切换。切换器控制电路工作方法参照实施例3，不再累赘。
本发明的一种晶闸管辅助的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 (7)
1.一种晶闸管辅助的有载分接开关，它含有主回路和过渡回路，其特征是，所述主回路由饱和电抗器L4、控制开关K10控制的晶闸管开关串联构成；过渡回路由线性电抗器L1、饱和电抗器L2、过电压触发晶闸管电路串联构成；饱和电抗器L4与过渡开关K15、K14一端共同连接，过渡开关K15、K14另一端分别与分接选择器端子I、II连接；线性电抗器L1与过渡开关K17、K16一端共同连接，过渡开关K17、K16另一端分别与分接选择器端子I、II连接；晶闸管开关和电压触发晶闸管电路另一端与公共端子连接；所述分接选择器端子I与公共端子之间还连接一个单数侧主触头K11，所述分接选择器端子II与公共端子之间还连接一个双数侧主触头K12。
2. 如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述线性电抗器L1的电抗值大于零，小于Z1 ；Z1等于分接选择器端子I、II之间的额定电压除以额定负荷电流。
3. 如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述线性电抗器L1与饱和电抗器L2合并为一个电抗器L3；电抗器L3有磁通闭环铁芯和线圈L3，磁通闭环铁芯的其中一部分路段有较大截面积，其余路段铁芯截面积较小；较大截面积路段的铁芯上绕有线圈L3；当闭环铁芯不饱和；线圈L3等效饱和电抗器L2；当闭环铁芯截面积小的区段的铁芯饱和，截面积大的区段的铁芯不饱和，线圈L3等效线性电抗器L1。
4.如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述过电压触发晶闸管电路包括：熔断器FU1，它与一对反向并联的晶闸管D1、D2串联形成过电压触发晶闸管电路主回路；电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端；两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，二极管D3、D4；两只晶闸管的D1、D2门极还分别连接二极管D5、D6、D7、D8组成的全桥整流电路输入端子，全桥整流电路的输出端连接稳压管D9，稳压管D9负极连接全桥整流电路的输出端正极，稳压管D9正极连接全桥整流电路的输出端负极；所述稳压管D9稳定电压U1=k1U2；k1为可靠系数，取1.2-2之间值；U2为有载分接开关分接选择器端子I、II之间连接的额定工频工作电压的峰值。
5. 如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述晶闸管开关包括：熔断器FU1与一对反向并联的晶闸管D1、D2串联形成晶闸管开关主回路；电阻R1与电容C1串联后并联在反向并联的晶闸管D1、D2两端；两只晶闸管D1、D2的门极与阴极分别连接有电容C2、C3,电阻R2、R3，二极管D3、D4；两只晶闸管的D1、D2门极还分别连接二极管D5、D6、D7、D8组成的全桥整流电路输入端子；稳压管D11与稳压管D9同方向串联后，D11、D9稳压管串正极接全桥整流电路的负极，D11、D9稳压管串负极连接全桥整流电路的正极；二极管D10的正极接全桥整流电路的正极，二极管D10的负极连接开关K10的一端，开关K10的另一端连接全桥整流电路的负极；稳压管D11与稳压管D9串联后的稳定电压值U3 = k2(U1+U2)；k2为可靠系数，取1.1-1.5之间值，U1=k1U2；k1为可靠系数，取1.2-2之间值；U2为有载分接开关分接选择器端子1、2之间连接的额定工频工作电压的峰值；晶闸管D1或D2门极触发回路的所有半导体正向管压降之和取大于1.2U4，小于3 U4；U4为最大电流，包括可能通过的短路电流暂态峰值，流过晶闸管D1或D2主回路的正向管压降。
6.如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述主回路非公共端子的端子与过渡回路非公共端子的端子还连接双向稳压电路；双向稳压电路的稳压值大于有载分接开关分接选择器端子I、II之间连接的额定工频工作电压的峰值U2，小于稳压管D9稳定电压U1。
7. 如权利要求1所述的一种晶闸管辅助的有载分接开关，其特征是，所述各开关采用带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、跳闸线圈、主触头、辅助触头组成；或者是不带闭锁的接触器方式，由合闸线圈、主触头、辅助触头组成；通过线圈的通电或断电，实现开关的闭合与断开。
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