CN103065864A

CN103065864A - 一种新型气压可实时调控的气体断路器

Info

Publication number: CN103065864A
Application number: CN2013100291426A
Authority: CN
Inventors: 董恩源; 刘美薇; 王永兴; 齐关秋
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: CN103065864B

Abstract

本发明涉及电气工程与机械技术领域，一种新型气压可实时调控的气体断路器，所述灭弧室内部设置压力传感器，新型磁电机构内部设置传输杆、动铁芯、静铁芯、主永磁体、辅助永磁体、线圈及不导磁材料，所述灭弧室与绝缘支柱连接，绝缘支柱与传输杆连接，所述控制系统一端与压力传感器连接，另一端与线圈连接，并实时采集压力传感器测得的气体压力，同时反馈到控制系统中，经控制系统的逻辑判断，实时调控电容器的放电方式。作为新型磁电机构，在结构上和工作原理上都不同于以往的永磁性质的机构，能够提供合理的静态特性曲线以及在分、合闸位置上提供更大的保持力。本发明有助于提高气体断路器的开断成功率，结构简单，维护方便，经济费用低。

Description

一种新型气压可实时调控的气体断路器

技术领域

本发明涉及一种新型气压可实时调控的气体断路器，属于电气工程与机械技术领域。

背景技术

断路器是电力系统中重要的电力设备之一，而在中高压配电领域中，气体断路器占据着绝对的主导地位。它的工作可靠性关系着电力系统能否正常运行和用户能否得到及时的保护而脱离故障线路。气体断路器的主要工作原理是依靠高压气体在电弧产生时刻对电弧进行吹弧，从而带走电弧能量并还原断口间的介质恢复强度的。这就要求气体断路器时刻保持着合理的高气压状态，它不仅关系到断口静态绝缘问题，更重要的是关系到开断的成功率，否则由于吹弧气压不合理而容易引起开断不成功甚至是爆炸。

传统的气体断路器，特别是自能式吹弧原理的气体断路器对气压有较高的要求。主要表现在：在电流过零时会存在一个最佳的灭弧室基压值，而灭弧室的基压值是随工作时间、温度变化等而改变的；不同的开断电流以及不同的燃弧时间也会对灭弧室的气压提出较高的要求。而解决这一问题是实时补偿灭弧区气压的偏差，它可以由操动机构的输出功的调节来解决这一问题。传统的液压机构实现输出功的提高是通过扩大液压输出孔径来实现的，它是一种前馈型的工作原理。这种解决方式无法从根本上解决实时性的问题，或者说它的响应速度是无法跟上开断的情况变化的。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种新型气压可实时调控的气体断路器，它采用新颖的操动机构来驱动灭弧室的动作，采用灭弧室压力传感器来反馈实时气体压力，根据开断电流、灭弧室基压、实时气压变化等参量与标准设定曲线相比较，从而对操动机构进行实时输出功控制，进而实现对灭弧室气压的实时调整。通过合理地控制开关灭弧室气压，提高开断成功率，也有利于提高灭弧室寿命，更具有经济性。

为了实现上述发明目的,解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种新型气压可实时调控的气体断路器，包括新型磁电机构、灭弧室、绝缘支柱、电容器及控制系统，所述灭弧室内部设置压力传感器，所述新型磁电机构内部设置传输杆、动铁芯、静铁芯、主永磁体、辅助永磁体、线圈及不导磁材料，所述灭弧室与绝缘支柱连接，所述绝缘支柱与传输杆连接，所述控制系统一端与压力传感器连接，另一端与线圈连接，并实时采集压力传感器测得的气体压力，同时反馈到控制系统中，经控制系统的逻辑判断，实时调控电容器的放电方式。

所述主永磁体3d和部分辅助永磁体3e镶嵌在边界静铁芯3c内，且这部分主永磁体3d和辅助永磁体3e的导磁方向相同。

所述不导磁材料3g及静铁芯3c内部镶嵌着辅助永磁体3e。

所述不导磁材料3g外侧没有镶嵌主永磁体3d，只有边界的静铁芯3c镶嵌主永磁体3d。

所述不导磁材料3g上、下部安放辅助永磁体3e，且高度和相邻的静铁芯3c的高度相同。

所述两侧边界的静铁芯3c也可换成上下两侧为静铁芯3c、中间为不导磁材料（3g）的形式。

本发明有益效果是：一种新型气压可实时调控的气体断路器，所述灭弧室内部设置压力传感器，所述新型磁电机构内部设置传输杆、动铁芯、静铁芯、主永磁体、辅助永磁体、线圈及不导磁材料，所述灭弧室与绝缘支柱连接，所述绝缘支柱与传输杆连接，所述控制系统一端与压力传感器连接，另一端与线圈连接，并实时采集压力传感器测得的气体压力，同时反馈到控制系统中，经控制系统的逻辑判断，实时调控电容器的放电方式。与已有技术相比，本发明采用一种高压大功率、长行程操动的新型磁电机构来驱动高压气体断路器，通过实时控制操动机构的输出功来调节灭弧室内的气体压力，提高了电流分断的成功率，也提高了灭弧室的工作寿命。新型磁电机构无需特殊的分、合闸保持装置，并且适合于长行程断路器操动；在分、合闸位置的保持力较大，且在工作行程内保持力稳定，无有害波动。本发明提高了断路器的工作可靠性，同时也很好地节省了经济成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是新型磁电机构内部结构图。

图3是分闸位置磁感应强度分布图。

图4是传统磁力机构静态保持力曲线图。

图5是新型磁电机构静态保持力曲线图。

图中，1、灭弧室，1a、压力传感器，2、绝缘支柱，3、新型磁电机构，3a、传输杆，3b、动铁芯，3c、静铁芯，3d、主永磁体，3e、辅助永磁体，3f、线圈，3g、不导磁材料，4、电容器，5、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种新型气压可实时调控的气体断路器，包括新型磁电机构3、灭弧室1、绝缘支柱2、电容器4及控制系统5，所述灭弧室1内部设置压力传感器1a，所述新型磁电机构3内部设置传输杆3a、动铁芯3b、静铁芯3c、主永磁体3d、辅助永磁体3e、线圈3f及不导磁材料3g，所述灭弧室1与绝缘支柱2连接，所述绝缘支柱2与传输杆3a连接，所述控制系统5一端与压力传感器1a连接，另一端与线圈3f连接，并实时采集压力传感器1a测得的气体压力，同时反馈到控制系统5中，经控制系统5的逻辑判断，实时调控电容器4的放电方式。所述主永磁体3d和部分辅助永磁体3e镶嵌在边界静铁芯3c内，且这部分主永磁体3d和辅助永磁体3e的导磁方向相同，所述不导磁材料3g及静铁芯3c内部镶嵌着辅助永磁体3e。所述不导磁材料3g外侧没有镶嵌主永磁体3d，只有边界的静铁芯3c镶嵌主永磁体3d。所述不导磁材料3g上、下部安放辅助永磁体3e，且高度和相邻的静铁芯3c的高度相同。所述两侧边界的静铁芯3c也可换成上下两侧为静铁芯3c、中间为不导磁材料3g的形式。

具体工作过程如下：由线圈3f和动铁芯3b一起运动，构成新型磁电机构3的运动部分，是新型磁电机构3的驱动力输出主体；静铁芯3c提供新型磁电机构3的磁通路，另外还具有固定永磁体的作用；永磁体分为主永磁体3d和辅助永磁体3e：主永磁体3d提供主永磁场，使通电线圈产生安培力而带动运动部分运动。新型磁电机构3的线圈3f在分、合闸位置时，动铁芯3b、静铁芯3c和辅助永磁体3e组成一闭合回路，使运动部分可以保持在分、合闸位置，不导磁材料3g可以适当的阻断一部分反方向的磁路，使分、合闸位置的保持力得到了提高，同时使静态保持力在全行程范围内比较平滑、稳定，保证分、合闸动作顺利完成，提高机构运行的可靠性。当接到分、合闸命令时，电容器4就会对新型磁电机构3中的线圈3f进行脉冲放电，线圈3f中的电流由于受到两侧的主永磁体3d或辅助永磁体3e的作用，根据安培定理，线圈3f必定向上或向下运动，以此完成分、合闸运动，从而使新型磁电机构3中的传输杆3a带动高压断路器的灭弧室进行上、下分、合闸运动。控制系统5一端连接压力传感器1a，另一端连接新型磁电机构3中的线圈3f，实时监测灭弧室1中气压的变化，根据控制系统5中读取的气压值的大小进行实时调控电容器4的放电方式，从而实现不同的输出功，对断路器分、合闸动作时间和速度进行调节。

图3是通过ansoft仿真得到的新型磁电机构3处于分闸位置时的磁感线特性图，从图中可以看出，新型磁电机构3主要是通过辅助永磁体3e、动铁芯3b和静铁芯3c形成的闭合磁路使运动部分可靠地保持在分闸位置，因此，新型磁电机构3不需要锁扣装置来保持。同时，新型磁电机构3只有在分、合闸位置附近时有保持力，所以可以应用在长行程断路器操动中。

图4是专利CN 201387838Y中的磁力机构的静态保持力曲线图，图5是新型磁电机构3的静态保持力曲线图。通过比较可以看出，专利CN 201387838Y中的磁力机构静态保持力小且静态保持力曲线显示出一定的波浪状，这就导致在分、合闸过程中的电磁力、静态保持力与负载力的合力存在很大的波动，使分、合闸过程不稳定。从图5中可以看出，新型磁电机构3的静态保持力曲线比较平滑，在中间位置的保持力都趋于零，这就减小了机构分、合闸运动过程中所受到的阻力，大大提高了机构分、合闸动作的可靠性。

本发明结构简单、经济性高，运行可靠、寿命长，可作为电力系统中的电力保护设备。

Claims

1.一种新型气压可实时调控的气体断路器，包括新型磁电机构（3）、灭弧室（1）、绝缘支柱（2）、电容器（4）及控制系统（5），其特征在于：所述灭弧室（1）内部设置压力传感器（1a），所述新型磁电机构（3）内部设置传输杆（3a）、动铁芯（3b）、静铁芯（3c）、主永磁体（3d）、辅助永磁体（3e）、线圈（3f）及不导磁材料（3g），所述灭弧室（1）与绝缘支柱（2）连接，所述绝缘支柱（2）与传输杆（3a）连接，所述控制系统（5）一端与压力传感器（1a）连接，另一端与线圈（3f）连接，并实时采集压力传感器（1a）测得的气体压力，同时反馈到控制系统（5）中，经控制系统（5）的逻辑判断，实时调控电容器（4）的放电方式。

2.根据权利要求1所述一种新型气压可实时调控的气体断路器，其特征在于：所述主永磁体（3d）和部分辅助永磁体（3e）镶嵌在边界静铁芯（3c）内，且这部分主永磁体（3d）和辅助永磁体（3e）的导磁方向相同。

3.根据权利要求1所述一种新型气压可实时调控的气体断路器，其特征在于：所述不导磁材料（3g）及静铁芯（3c）内部镶嵌着辅助永磁体（3e）。

4.根据权利要求1所述一种新型气压可实时调控的气体断路器，其特征在于：所述不导磁材料（3g）外侧没有镶嵌主永磁体（3d），只有边界的静铁芯（3c）镶嵌主永磁体（3d）。

5.根据权利要求1所述一种新型气压可实时调控的气体断路器，其特征在于：所述不导磁材料（3g）上、下部安放辅助永磁体（3e），且高度和相邻的静铁芯（3c）的高度相同。

6.根据权利要求1所述一种新型气压可实时调控的气体断路器，其特征在于：所述两侧边界的静铁芯（3c）也可换成上下两侧为静铁芯（3c）、中间为不导磁材料（3g）的形式。