CN104282483A - 一种基于联动电流转移的直流真空断路器 - Google Patents

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邹积岩
段雄英
刘晓明
董文亮
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements

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Abstract

本发明属于电力高压开关技术领域，涉及一种基于联动电流转移的直流真空断路器，通过电流转移实现故障电流的开断。本发明简化了高压直流电力系统中高压直流断路器的结构，在高电压等级中应用先进的真空开关，取代目前大量使用的有温室效应的SF6开关。采用单操纵杆控制，用一套快速斥力永磁机构实现三个真空断路器的开断与关合联动，计及动作时间误差，实现它们的操作程序。全过程只用一套快速斥力永磁机构，只受一个控制系统控制。此外充分利用三个灭弧室本身的自闭力，使机构在运动过程中实现省力设计。转移回路用来提供反向电流，实现电流的转移。转移回路充电开关可直接通过高压直流系统向转移回路充电，使其满足高压直流电力系统智能化的特点。

Description

一种基于联动电流转移的直流真空断路器
技术领域
本发明属于电力高压开关技术领域，涉及一种基于联动电流转移的直流真空断路器，具体是指一种基于快速斥力永磁机构和联动关合的高压直流真空断路器，其通过电流转移实现故障电流的开断。
背景技术
高压直流(HVDC)输电是构架远距离、高传输节能、窄线路走廊、高运行可靠性智能电网的组成部分。研究开发大容量远距离直流输电技术与装备已被列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》能源重点领域中“超大规模输配电和电网安全保障”优先主题重点研究内容。HVDC输电以交流输电不可替代的优点，在远距离大容量输电、电缆输电和交流系统的非同步联络等方面得到广泛的应用。推进智能电网建设，依托智能模块等先进技术，发展高压大容量、高效率、远距离先进输电，增强远距离直流输电可靠性已融入国家战略。直流开关是直流电力系统的核心组件之一，起着关合和开断电路以及改变系统的连接方式和拓扑结构的双重作用。2012年ABB公司宣布在直流断路器研发领域取得突破性进展，为打造更高效可靠的电力供应系统铺平了道路。
对于HVDC系统，基于电流转移原理开断系统短路电流是目前为止唯一可行的方案，传统直流断路器存在着开断速度慢、主电路开断和转移电流的投入的同步性较差等问题。
发明内容
本发明提供了一种基于联动电流转移的直流真空断路器，简化高压直流电力系统中高压直流断路器结构，在高电压等级中应用先进的真空开关，取代目前大量使用的有温室效应的SF6开关。采用单操纵杆控制，实现三个真空断路器的开断与关合联动，计及动作时间误差，实现它们的操作程序，全过程只用一套快速斥力永磁机构，只受一个控制系统控制。此外充分利用三个灭弧室本身的自闭力，使机构在运动过程中实现省力设计。
本发明的技术方案是：
一种基于联动电流转移的直流真空断路器，包括转移电容器C、电感L、充电电阻RC、等效电阻Rload、三个真空断路器(CB1、CB2、CB3)、避雷器Zn，快速斥力永磁机构(操动机构)、横向拉杆和机箱。三个真空断路器分别为主回路开关CB1、转移回路投入开关CB2和转移回路充电开关CB3。电感L、转移电容器C、转移回路投入开关CB2依次串联后组成转移回路与主回路开关CB1并联；转移回路充电开关CB3与充电电阻RC串联后两端分别接于转移电容器C与转移回路投入开关CB2节点和地之间。避雷器Zn并联于主回路开关CB1上。三个真空断路器(CB1、CB2、CB3)、操动机构、横向拉杆和机箱组成高压直流断路器联动结构。每一个真空断路器都由引线、绝缘筒、真空断路器、绝缘拉杆和拐臂组成；三个真空断路器经拐臂链接到由操动机构驱动的横向拉杆，操动机构固定到机箱。当操动机构动作时，横向拉杆受到横向的拉力带动拐臂三路开关实现联动开断与联动关合，实现主回路分断，转移回路充电开关隔离，转移回路联动投入等同步动作。
三个真空断路器用一套快速斥力永磁机构(操动机构)通过横向拉杆机械同步控制，该操动机构联动投入转移回路时间为0.5ms-1.5ms，开断时间短，根据现有真空灭弧室的承受能力使总开断时间控制在5ms左右。
本发明用一套快速斥力永磁机构(操动机构)通过横向拉杆控制三个真空断路器的动作，达到联动的效果。其中操动机构起着斥力分断，永磁保持的作用，操动机构输出杆与横向拉杆相连，实现三个真空断路器的联动。转移回路用来提供反向电流，实现电流的转移。转移回路充电开关可直接通过高压直流系统向转移回路充电，满足高压直流电力系统智能化的特点。本发明涉及的开关具有模块结构简单、工业实现方便，运行可靠、寿命长等几个特点。
附图说明
图1为本发明的高压直流断路器电路框图。
图2为本发明的高压直流断路器结构示意图。
图3为快速斥力永磁机构结构示意图。
图中：CB1为主回路开关；CB2为转移回路投入开关；CB3为转移回路充电开关；L为电感器；C为转移电容器；Zn为避雷器；Rload为负载等效电阻；
1引线；2绝缘筒；3主回路开关的真空灭弧室；4绝缘拉杆；5快速斥力永磁机构(操动机构)；6拐臂；7横向拉杆；8机箱。
具体实施方式
由图1所示，本发明所用单元模块参数为：15kV/10kA/1kHz，转移电容器C为20kV/140μF,电感L为20kV/0.14mH。由图2所示，操动机构动作带动横向拉杆运动，三个真空断路器通过链接到横向拉杆上的拐臂实现其轴向上的联动开断与联动关合。当电力系统中检测到故障电流时，操动机构接到指令动作，主回路开关CB1和转移回路充电开关CB3同时分闸，转移回路投入开关CB2在主回路开关CB1和转移回路充电开关CB3分闸后1ms实现合闸，投入反向电流，实现电流转移，开断故障电流。
操动机构的合闸行程为26mm，拉杆13mm，机构保持力为3000N，足够合闸功，以克服分闸弹簧和触头弹簧。合闸电容参数为450V/3300μF(充电到300V)。分闸时，斥力机构在1ms始动分到1mm，继续2m/s分速，最后靠分闸簧分到额定开距以及保持分闸状态。

Claims (3)

1.一种基于联动电流转移的直流真空断路器，包括转移电容器(C)、电感(L)、充电电阻(RC)、等效电阻(Rload)、三个真空断路器、避雷器(Zn)、快速斥力永磁机构、横向拉杆和机箱；三个真空断路器分别为主回路开关(CB1)、转移回路投入开关(CB2)和转移回路充电开关(CB3)；电感(L)、转移电容器(C)和转移回路投入开关(CB2)依次串联后组成转移回路，再与主回路开关(CB1)并联；转移回路充电开关(CB3)与充电电阻(RC)串联后一端接于(C)与(CB2)节点，另一端接地；避雷器(Zn)并联于主回路开关(CB1)上；三个真空断路器、快速斥力永磁机构、横向拉杆和机箱组成高压直流断路器联动结构；每个真空断路器都由引线、绝缘筒、真空断路器、绝缘拉杆和拐臂组成；三个真空断路器经拐臂链接到由快速斥力永磁机构驱动的横向拉杆，快速斥力永磁机构固定到机箱。
2.根据权利要求1所述的基于联动电流转移的直流真空断路器，其特征在于：三个真空断路器用一套快速斥力永磁机构通过横向拉杆机械同步控制，该操动机构联动投入转移回路时间为0.5ms-1.5ms，使总开断时间控制在5ms左右。
3.根据权利要求1或2所述的基于联动电流转移的直流真空断路器，其特征在于：快速斥力永磁机构的合闸行程为26mm，拉杆13mm，机构保持力为3000N，足够合闸功，克服分闸弹簧和触头弹簧；合闸时，电容参数为450V/3300μF；分闸时，斥力机构在1ms始动分到1mm，继续2m/s分速，最后靠分闸簧分到额定开距以及保持分闸状态。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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