CN103578877A - 超高速机械开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高速机械开关，属于高压直流输电技术领域，可应用于±200kV混合型高压直流断路器。本发明包括：带导电杆的复合绝缘套管、盆式绝缘子、上触头座、下触头座、桥接导电杆、复合式契型触头结构、横移式动触头系统、绝缘拉杆、底罐、桥接罐、立罐、超高速液压弹簧操动机构。本发明具有结构简单、断口数少、机械可靠性高、耐受电压高、分合闸操作动作快、同步性好的特点，可以满足±200kV混合型高压直流断路器的配机要求。

Description

超高速机械开关

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，特别涉及一种混合型高压直流断路器中的超高速机械开关，可应用在±200kV高压直流输电系统中。

背景技术

高压直流断路器是高压直流输电系统中的关键技术和设备，在高压多端柔性直流输电系统中，由于尚没有满足技术要求可以在直流输电网路中应用的高压直流断路器，高压直流开断技术已经成为高压直流输电技术发展和应用的瓶颈。超高速直流机械开关技术是混合型高压直流断路器的核心技术，是混合型高压直流断路器的重要组成部分，目前这种高速机械开关在国内尚属空白，国外同类机械开关是采用多个断口串接而成的主体结构，结构复杂、同步性差、机械可靠性低、体积庞大、造价昂贵。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种超高速机械开关，其目的是解决以往的设备所存在的结构复杂、同步性差、机械可靠性低和体积庞大的问题。

技术方案：

一种超高速机械开关，其特证在于：它包括带导电杆的复合套管、复合式契型触头结构的上静触头座、复合式契型触头结构的下静触头座、横拉式动触头系统以及桥接导电杆各个结构所构成的主导电回路，上静触头座和下静触头座设置在充有六氟化硫气体的密闭的立罐内，上静触头座设置在下静触头座上方，上静触头座和下静触头座位置对应，上静触头座和下静触头座之间留有横拉式开关断口，立罐对称的设置在充有六氟化硫气体的桥接罐两端，立罐与桥接罐联通，立罐与桥接罐形成“H”形结构；桥接导电杆设置在桥接罐内，桥接导电杆与两侧的下静触头座连接形成导电结构；横拉式动触头系统设置在桥接罐上方；横拉式动触头系统两端的横移式动触头伸进立罐内并在使用时伸进上静触头座和下静触头座之间的横拉式开关断口内连接上静触头座和下静触头座；带导电杆的复合套管与上静触头座连接，复合套管的导电杆连接接线端子。

两个横移式动触头为同步动作的联动结构，其动作方向是向内为分闸，向外为合闸，使横拉式触头在上下触头座之间的水平横向运动实现分合闸操作。

上静触头座和下静触头座使用导电良好的金属材料并采用±60-70°的平面形式相对构成，上静触头座和下静触头座之间的最短距离为满足绝缘电压断口要求的距离；横拉式动触头使用导电良好的金属材料且与上下一对静触头座采用相反的角度，依靠液压操动机构储能的水平预应张力使动触头与静触头座在电路闭合时完全紧密地接触在一起，形成可靠的导电通路的结构，满足导通额定直流输电电流的作用；在液压操动机构的操作下，通过动触头的高速水平运动可以与静触头座进行水平横向的分离与闭合，实现了分合闸操作。

绝缘的每组双向静触头座垂直间隔之间使用绝缘性能优越的材料局部填充，消除在电路分断状态时电路中可能出现的短时电压对双向静触头座垂直间隔间的产生的尖端放电效应，满足耐受额定等级电压的绝缘性能。

横移式动触头通过绝缘拉杆与横拉式动触头系统中的液压操动机构相连接。

优点效果：

本发明是混合型高压直流断路器的关键设备，在高压直流输电运行时可以满足直流高压大电流输电的稳定运行要求，在混合型高压直流断路器需要分断高压直流电路时，通过液压系统的超高速机械运动进行分闸操作开断电路，实现高速分断高压直流电路的作用；在直流断路器瞬时分断后，快速形成可靠的隔离断口，以实现快速分断电路、快速建立可靠的绝缘断口和以最少的断口达到高速、可靠地隔离高压直流电路的目的。

本发明所述的一种超高速机械开关，它包括带导电杆的复合绝缘套管，盆式绝缘子、复合式契型触头结构及上触头座、下触头座、桥接导电杆、横移式动触头系统、绝缘拉杆、底罐、桥接罐、立罐、超高速液压弹簧操动机构，其结构形成过程是接线端子与导电杆焊接成一体，导电杆与绝缘套管浇注成一体，复合绝缘套管与绝缘安装法兰胶结成一体，绝缘安装法兰与盆式绝缘子及立罐经连接螺杆连接起来，盆式绝缘子与上触头座浇注在一体的，下触头座也与盆式绝缘子浇注在一体，通过盆式绝缘子和立罐及底罐连接成一体，同时使上触头座与下触头座同轴布置，而在上下触头座之间构成一个隔离断口H，在隔离断口的横向上，有横移式动触头，经液压弹簧机构的储能水平张力作用在绝缘拉杆上，两个横移式动触头系统同步与隔离断口H紧密结合构成导电回路，两立罐经桥接罐连成一体，桥接罐中的桥接导电杆将两立罐中的下触头座连接起来，一方面构成导电回路，另一方面构成稳定的结构将两下触头座固定拉紧，以克服横移式动触头系统在横向水平运动时产生的机械力冲击，两立罐又经底罐与开关底座连接固定为一体，形成一个具有水平冲击力和抗振动的稳定结构。

本发明的超高速机械开关是将两个立罐中的绝缘断口经桥接罐构成导电主回路，而复合式契型触头结构中的两个横移式动触头被同一个液压机构同步控制，超高速机械开关在电路的合闸状态具有良好的导电性，具有合闸性能可靠、耐受电压高、耐受额定电流大的技术特征；在分断电路时，复合式契型触头结构中的动触头系统在执行开断动作时可以立即与静触头座分离，瞬时拉断，同步开始建立动触头与静触头座之间的拉断绝缘距离，大幅度地减少了动触头系统的运动时间，同时动触头开断分离水平机械运动是在动触头与静触头座之间无摩擦的状态下进行的，提高了触头系统开断分离的运动速度，大幅度地减少了开断需要的时间，具有分闸动作快、开断时间短、建立绝缘间隙快的技术特征，实现了超高速的分闸操作；超高速机械开关实现分断电路后，复合式契型触头结构建立的断口具有绝缘可靠性高、耐受峰值电流大的特点；本发明的高速机械开关具有分合闸操作动作快、同步性好、结构简单、开断同等级电压的断口数少、机械可靠性高和体积小等的特点。

本发明采用的技术方式，克服了国外产品的上述缺点，有利于提高混合型高压直流断路器的技术性能，减小了产品的体积、降低了成本，便于在高压柔性多端直流输电领域应用。

附图说明

图1为本发明专利中超高速机械开关合闸状态示意图；

图2为本发明专利中超高速机械开关分闸状态示意图。

具体实施方式

本发明的具体结构和工作原理见附图，参见图1，其中有：

1接线端子  2带导电杆的复合绝缘套管  3绝缘安装法兰

4安装螺栓  5密封圈  6盆式绝缘子  7复合式契型触头结构上触头座  8复合式契型触头结构下触头座  9 SF6气体充放气阀和压力表  10开关低座  11桥接导电杆12横移式动触头  13绝缘拉杆  14液压弹簧操动机构15连接法兰  16密封件  17低罐  18桥接罐  19立罐  复合式契型触头结构隔离断口H。图中的A为合闸方向，B为分闸方向。

本发明一种超高速机械开关，它包括带导电杆的复合套管2、复合式契型触头结构的上静触头座7、复合式契型触头结构的下静触头座8、横拉式动触头系统以及桥接导电杆11各个结构所构成的主导电回路，上静触头座7和下静触头座8设置在充有六氟化硫气体的密闭的立罐19内，上静触头座7设置在下静触头座8上方，上静触头座7和下静触头座8位置对应，上静触头座7和下静触头座8之间留有横拉式开关断口，立罐19对称的设置在充有六氟化硫气体的桥接罐18两端，立罐19与桥接罐18联通，立罐19与桥接罐18形成“H”形结构；桥接导电杆11设置在桥接罐18内，桥接导电杆11与两侧的下静触头座8连接形成导电结构；横拉式动触头系统设置在桥接罐18上方；横拉式动触头系统两端的横移式动触头12伸进立罐19内并在使用时伸进上静触头座7和下静触头座8之间的横拉式开关断口内连接上静触头座7和下静触头座8；带导电杆的复合套管2与上静触头座7连接，复合套管2的导电杆连接接线端子1。

两个横移式动触头12为同步动作的联动结构，其动作方向是向内为分闸，向外为合闸，使横拉式触头在上下触头座之间的水平横向运动实现分合闸操作。

上静触头座7和下静触头座8使用导电良好的金属材料并采用±60-70°的平面形式相对构成，上静触头座7和下静触头座8之间的最短距离为满足绝缘电压断口要求的距离；横拉式动触头使用导电良好的金属材料且与上下一对静触头座采用相反的角度，依靠液压操动机构储能的水平预应张力使横移式动触头12与上静触头座7和下静触头座8在电路闭合时完全紧密地接触在一起，形成可靠的导电通路的结构，满足导通额定直流输电电流的作用；在液压操动机构的操作下，通过动触头的高速水平运动可以与静触头座进行水平横向的分离与闭合，实现了分合闸操作。

绝缘的每组双向静触头座垂直间隔之间使用绝缘性能优越的材料局部填充，消除在电路分断状态时电路中可能出现的短时电压对双向静触头座垂直间隔间的产生的尖端放电效应，满足耐受额定等级电压的绝缘性能。

本发明的高速机械开关，由接线端子1焊接在带导电杆的复合套管2中的导电杆上，带导电杆的复合套管2与绝缘安装法兰3胶结在一起，利用绝缘法兰3及安装螺栓4将带导电杆的复合套管2、盆式绝缘子6及立罐19连成一体，绝缘法兰3与盆式绝缘子6的连接面上嵌有密封圈5，盆式绝缘子6与立罐19的连接面上嵌有密封圈5，上触头座7与盆式绝缘子6浇注成一体，下触头座8与盆式绝缘子6浇注成一体，立罐19和盆式绝缘子6与底罐17用螺栓4连成一体。两立罐19经桥接罐18连成一体，桥接导电杆11两头带有螺纹，由此将两下触头座8连接成一体，构成导电回路，横移式动触头12与绝缘拉杆13用螺纹相连，绝缘拉杆13与液压操动机构14相连接，连接法兰15焊在立罐19上，在连接法兰15内装有动密封件16；液压操动机构14两端的动力输出分别于两侧绝缘拉杆13相连接。两侧立罐19与开关底座焊接成一体。

本发明高速机械开关的具体工作方式：

开关合闸：当液压弹簧操动机构14接到合闸命令时，液压弹簧操动机构14同步带动两侧的绝缘拉杆13及横移式动触头12快速向合闸方向运动，横移式动触头12经水平运动在液压操动机构14同步带动两侧的绝缘拉杆13的在储能作用下同时与上触头座7及下触头座8紧密连接定位，从而构成了导电回路，此导电回路是由一侧的接线端子1、带导电杆的复合套管2、上触头座7、下触头座8、桥接导电杆11再经另一侧的下触头座8、上触头座7、带导电杆的复合套管2、接线端子1构成，满足了电路导通的功能，见图1。

开关分闸：当液压操动机构14接到分闸操作命令时，液压操动机构14带动两侧的绝缘拉杆13及横移式动触头12快速向分闸方向运动，所述分闸方向也就是同时向内移动，使横移式动触头12离开上触头座7与下触头座8，从而在上触头座7与下触头座8之间迅速形成复合式契型触头结构隔离断口H，从而隔断了导电回路，满足了分断电路的功能，见图2。

开关SF6气体的充放气：开关的充放气是由SF6气体充放气阀和压力表9来完成的。

Claims (5)

1.一种超高速机械开关，其特证在于：它包括带导电杆的复合套管（2）、复合式契型触头结构的上静触头座（7）、复合式契型触头结构的下静触头座（8）、横拉式动触头系统以及桥接导电杆（11）各个结构所构成的主导电回路，上静触头座（7）和下静触头座（8）设置在充有六氟化硫气体的密闭的立罐（19）内，上静触头座（7）设置在下静触头座（8）上方，上静触头座（7）和下静触头座（8）位置对应，上静触头座（7）和下静触头座（8）之间留有横拉式开关断口，立罐（19）对称的设置在充有六氟化硫气体的桥接罐（18）两端，立罐（19）与桥接罐（18）联通，立罐（19）与桥接罐（18）形成“H”形结构；桥接导电杆（11）设置在桥接罐（18）内，桥接导电杆（11）与两侧的下静触头座（8）连接形成导电结构；横拉式动触头系统设置在桥接罐（18）上方；横拉式动触头系统两端的横移式动触头（12）伸进立罐（19）内并在使用时伸进上静触头座（7）和下静触头座（8）之间的横拉式开关断口内连接上静触头座（7）和下静触头座（8）；带导电杆的复合套管（2）与上静触头座（7）连接，复合套管（2）的导电杆连接接线端子（1）。

2.根据权利要求1所述的超高速机械开关，其特证在于：两个横移式动触头（12）为同步动作的联动结构，其动作方向是向内为分闸，向外为合闸，使横拉式触头在上下触头座之间的水平横向运动实现分合闸操作。

3.根据权利要求1所述的超高速机械开关，其特证在于：上静触头座（7）和下静触头座（8）使用导电良好的金属材料并采用±60-70°的平面形式相对构成，上静触头座（7）和下静触头座（8）之间的最短距离为满足绝缘电压断口要求的距离；横拉式动触头使用导电良好的金属材料且与上下一对静触头座采用相反的角度，依靠液压操动机构储能的水平预应张力使横移式动触头（12）与上静触头座（7）和下静触头座（8）在电路闭合时完全紧密地接触在一起，形成可靠的导电通路的结构；在液压操动机构的操作下，通过横移式动触头（12）的高速水平运动可以与上静触头座（7）和下静触头座（8）进行水平横向的分离与闭合，实现了分合闸操作。

4.根据权利要求1所述的超高速机械开关，其特证在于：绝缘的上静触头座（7）和下静触头座（8）与横移式动触头（12）垂直间隔之间使用绝缘性能优越的材料局部填充，消除在电路分断状态时电路中可能出现的短时电压对双向静触头座垂直间隔间的产生的尖端放电效应，满足耐受额定等级电压的绝缘性能。

5.根据权利要求1所述的超高速机械开关，其特证在于：横移式动触头（12）通过绝缘拉杆（13）与横拉式动触头系统中的液压操动机构（14）相连接。

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