CN104701064A - 基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，包括控制器及顺次连接的真空开关管、绝缘体、分合闸机构连接件，智能电路内置有微处理器；行程传感器固定在动触头连杆上，直接检测动触头的运动状态，获取动触头的准确运动参数，弧光变送器检测的电弧光强度，红外测温变送器测量的温度，经综合计算得到分合闸操作参数，使接通和隔断中压电网的分合闸性能得到较大提高，分合闸时间点精确可控，实现“柔性”分合闸；绝缘体内置的超程弹簧，在合闸时，使真空开关管的动触头、静触头间有足够大的压力，在分闸时，实现无反弹快速分闸；分合闸过程对电网、负载和开关本身产生的损害性冲击非常小，适应建设坚强智能电网的需求。

Description

基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备

技术领域

本发明涉及一种应用于中压电网的智能集成中压交流真空开关设备，尤其涉及一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，属于电力开关技术领域。

背景技术

发明专利，专利号为ZL201410015050.7，名称为集成式高压交流断路器及其保护电路工作方法，以及专利号为ZL201410017012.5，名称为智能集成高压交流接触器，均属于智能集成交流真空开关设备，虽然其均实现了较高程度的智能化和集成化，但由于其行程传感器或行程检测电路安装于绝缘子（如，“ZL201410015050.7”中“10”，“ZL201410017012.5”中“9”）或绝缘体（“ZL201410015050.7”中的“8”，“ZL201410017012.5”中的“6”）的下部，而不是在开关动触头或动触头引出件（如，“ZL201410015050.7”中的“6”，“ZL201410017012.5”中的“13”）上，因此不能准确地反映动触头的运动参数，所以不能实现对开关动触头的精确控制，作为开关最重要和基本的用于接通和隔断中压电网的分合闸性能不能得到较大提高，无“柔性”特点，存在分合闸时间长、三相同期性差、时点不可控以及合闸时动触头弹跳与分闸时动触头反弹的问题，因此分合闸过程对电网、负载及开关本身均存在较大损害性冲击，不能适应建设坚强智能电网的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖的对开关动触头微行程运动精确导控进而具有“柔性”分合闸性能的智能集成中压交流真空开关设备，其具有性能优异、可靠性高、成本低的特点，适用于坚强智能配用电网建设。

本发明的技术方案是提供一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其设计要点包括：

真空开关管1、绝缘体9、分合闸机构连接件15、控制器24，所述真空开关管1、绝缘体9、分合闸机构连接件15顺次轴向连接；

控制器24包括智能电路23、光栅式行程变送器16、分闸控制接口电路17和合闸控制接口电路18；智能电路23内置有微处理器，用于计算分合闸操作参数；所述光栅式行程变送器16、分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18和智能电路23电连接；

真空开关管1的动触头连杆5上设有光栅片6，所述光栅片6的一侧设有发射导光管7，另一侧设有接收导光管8，接收导光管8的进光口和发射导光管7的出光口相对；发射导光管7、接收导光管8和光栅式行程变送器16连接，光栅式行程变送器16和智能电路23电连接；

所述分合闸机构连接件15包括传动件12、分闸机构13、合闸机构14，所述分闸机构13、合闸机构14和传动件12的一端同轴连接，传动件12的另一端和绝缘体9固定连接，分闸机构13、合闸机构14和分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18分别电连接。

在应用中，本发明还有如下进一步优化的技术方案。

进一步地，所述绝缘体9的上部设有顶部开口的气缸，所述气缸内依次设有超程弹簧11、活塞10，贯穿于绝缘体9的顶部开口的活塞杆的一端和活塞10固定连接，另一端和真空开关管1的动触头连杆5固定连接。

进一步地，所述超程弹簧11为压缩弹簧或碟形弹簧。

进一步地，所述真空开关管1包括壳体、静触头2、静触头连杆3、动触头4、动触头连杆5，静触头连杆3的一端和静触头2固定连接并位于壳体内，另一端和壳体固定并伸出于壳体外部；动触头连杆5的一端和动触头4固定连接并位于壳体内，另一端贯穿于壳体并和壳体滑动密封连接；所述静触头连杆3、动触头连杆5同轴心线；所述壳体上设有用于光测量的透光部。

进一步地，所述真空开关管1的透光部的外侧设有红外测温导光管21和弧光导光管19，红外测温导光管21和内置于控制器24的红外测温变送器22电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管1的温度；弧光导光管19和内置于控制器24的弧光变送器20电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管1中产生的电弧光强度；红外测温变送器22、弧光变送器20和智能电路23电连接，智能电路23根据所检测的温度、电弧光强度经计算产生弧光小、温升低的分合闸参数。

进一步地，所述红外测温导光管21和弧光导光管19均由光纤束构成。

进一步地，所述分合闸机构连接件15包括机构本体、传动件12、分闸机构13、合闸机构14，所述分闸机构13、合闸机构14位于机构本体内，并和传动件12的一端相固定，传动件12的另一端伸出于机构本体的外部。

进一步地，所述分闸机构13包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件12上的分闸线圈，所述合闸机构14包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件12上的合闸线圈。

进一步地，所述发射导光管7、接收导光管8由具有光敏特性的光纤束构成。

进一步地，所述发射导光管7的出光口处设有第一聚光装置，接收导光管8的入光口处设有第二聚光装置，第一聚光装置、第二聚光装置均由透镜或透镜组构成。

本发明的基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，在应用中，把真空开关管通过导线接入到中压电网回路中。本发明的行程传感器，如光栅片，直接安装并固定在真空开关管的动触头连杆上，直接检测真空开关管动触头的运动状态，能准确反映动触头的运动参数，通过控制器连接的人机交互装置进行参数设置，可以使用于接通和隔断中压电网的分合闸性能得到较大的提高，实现“柔性”分合闸，分闸、合闸时间点精确可控。绝缘体内设置的超程弹簧，一方使在合闸状态时，使真空开关管的动触头、静触头间有足够大的压力，另一方便实现快速无反弹分闸。分、合闸过程对电网、负载和开关本身产生的损害性冲击非常小，适应建设坚强智能电网的需求。

有益效果

行程传感器直接安装并固定在真空开关管的动触头连杆上，直接检测真空开关管动触头的运动状态，能准确反映动触头的运动参数，通过控制器连接的人机交互装置进行参数设置，可以使分合闸性能得到较大提高，分闸、合闸时间点精确可控，实现“柔性”分合闸操作。

绝缘体内设置的超程弹簧，一方使在合闸状态时，使真空开关管的动触头、静触头间保持足够的压力，另一方面在分闸时，实现快速无反弹分闸。

分、合闸过程对电网、负载和开关本身产生的损害性冲击非常小，适应建设坚强智能电网的需求。

附图说明

图1 本发明的结构示意图。

图中，1-中压交流真空开关管；2-静触头；3-静触头连杆；4-动触头；5-动触头连杆；6-光栅片；7-发射导光管；8-接收导光管；9-绝缘体；10-活塞件；11-超程弹簧；12-传动件； 13-分闸机构；14-合闸机构；15-分合闸机构连接件；16-光栅式行程变送器；17-分闸控制接口电路； 18-合闸控制接口电路；19-弧光导光管；20-弧光变送器；21-红外测温导光管；22-红外测温变送器；23-智能电路；24-控制器。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

如图1所示，本发明的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，包括：真空开关管1、绝缘体9、分合闸机构连接件15、控制器24。所述真空开关管1、绝缘体9、分合闸机构连接件15顺次轴向连接。控制器24包括智能电路23、光栅式行程变送器16、分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18、弧光变送器20和红外测温变送器22。智能电路23内置有微处理器，用于计算分合闸操作参数。所述光栅式行程变送器16、分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18、弧光变送器20、红外测温变送器22均与智能电路23电连接。真空开关管1的动触头连杆5上设有光栅片6，所述光栅片6的一侧设有发射导光管7，另一侧设有接收导光管8，接收导光管8的进光口端面和发射导光管7的出光口端面正相对。发射导光管7、接收导光管8和光栅式行程变送器16连接。所述发射导光管7、接收导光管8由具有光敏特性的光纤束构成，所述光纤束由耐高压材料石英材料制成，使得发射导光管7和接收导光管8的二端面间的耐压强度均超过中压额定电压的2倍以上，确保绝缘安全要求。所述分合闸机构连接件15包括传动件12、分闸机构13、合闸机构14，所述分闸机构13、合闸机构14和传动件12的一端连接，且分闸机构13、合闸机构14和传动件12共轴心线，传动件12的另一端和绝缘体9固定连接。所述分闸机构13、合闸机构14和分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18分别电连接。所述发射导光管7的出光口处设有第一聚光装置，接收导光管8的入光口处设有第二聚光装置，用于提高信号检测灵敏度；第一聚光装置、第二聚光装置均由透镜或透镜组构成。

上述的智能电路23、分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18、分闸机构13、合闸机构14、分合闸机构连接件15、传动件12、绝缘体9、活塞件10、超程弹簧11和动触头连杆6构成分合闸控制系统。在合闸时，智能电路23输出合闸弱电控制电信号经合闸控制接口电路18功率放大后驱动与分合闸机构连接件15相连的合闸机构14，驱动合闸机构14动作，并通过传动件12、绝缘体9、动触头连杆5使动触头4向上运动与静触头2闭合接触，实现合闸操作。在分闸时，智能电路23输出分闸弱电控制电信号经分闸控制接口电路17功率放大后驱动与分合闸机构连接件15相连的分闸机构13，驱动分闸机构13动作，并通过传动件12、绝缘体9、动触头连杆5与使动触头4向下运动而与静触头2分离断开，实现分闸操作。

动触头的分合闸运动参数直接测量，行程传感器直接安装并固定在真空开关管的动触头连杆上，直接检测真空开关管动触头的运动状态。分合闸时动触头连杆5带动设置在其上的光栅片6连动，光栅式行程变送器16中发光管发出的检测光经发射导光管7，经聚光装置汇聚后射向光栅片6，接收导光管8接收到透过光栅片6的与动触头4运动参数相关的动态光，光栅式行程变送器16接收入射于导光管8动态光，经光栅式行程变送器16处理后送至智能电路23进行分析、计算等处理以获得动触头4的行程、超程、速度、加速度等运动参数。在分合闸过程中，智能电路23通过直接监测动触头4的运动参数，调整分、合闸机构的驱动参数，使分、合闸具有时间短、时点可控、过程无弹跳等“柔性”特点。

弧光导光管19、弧光变送器20、红外测温导光管21、红外测温变送器22和智能电路23构成柔性分、合闸监测系统。柔性分、合闸的主要目的是为了分、合闸过程中动触头4与静触头2之间的电弧小，以及合闸时动触头4与静触头2之间的温升小；智能电路23通过弧光导光管19、弧光变送器20检测分、合闸过程中的电弧光程度，以及通过红外测温导光管21、红外测温变送器22监测合闸时的温升情况，以及上述所获得动触头4的行程、超程、速度、加速度等运动参数，经综合处理，获得用于精确分、合闸的控制参数，实现柔性分合闸，使分合闸过程中弧光最小、合闸时温升最低，以满足适应建设坚强智能电网的需要。

其中，所述绝缘体9的上部设有顶部开口的气缸，所述气缸内依次设有超程弹簧11、活塞10，贯穿于绝缘体9的顶部开口的活塞杆的一端和活塞10固定连接，另一端和真空开关管1的动触头连杆5固定连接。活塞件10和超程弹簧11在合闸过程中使动触头4与静触头2接触之后绝缘体9等继续向上运动一段行程（称为超程）。所述超程弹簧11为压缩弹簧，也可以为碟形弹簧。其一方面在合闸状态时，真空开关管的动触头、静触头间保持足够的压力，使动触头、静触头接触充分，减少接触电阻；另一方面在分闸时，使动触头4在与静触头2分离断开之前具有一定的加速度，分闸时快速加速，并达到一定的运动速度，实现快速无反弹分闸，保证分闸质量。

其中，所述真空开关管1包括壳体、静触头2、静触头连杆3、动触头4、动触头连杆5，静触头连杆3的一端和静触头2固定连接并位于壳体内，另一端和壳体固定并伸出于壳体外部；动触头连杆5的一端和动触头4固定连接，并位于壳体内，另一端贯穿于壳体并和壳体滑动密封连接；所述静触头连杆3、动触头连杆5同轴心线设置，即分别设置在壳体的两相对侧；所述壳体上设有用于光测量的透光部。所述真空开关管1的透光部的外侧设有红外测温导光管21和弧光导光管19，红外测温导光管21和内置于控制器24的红外测温变送器22电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管1的温度；弧光导光管19和内置于控制器24的弧光变送器20电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管1中产生的电弧光强度；红外测温变送器22、弧光变送器20和智能电路23电连接，智能电路23根据所检测的温度、电弧光强度经计算产生弧光小、温升低的分合闸参数。所述红外测温导光管21和弧光导光管19均由光纤束构成，为光信号检测的光通道。

其中，所述分合闸机构连接件15包括机构本体、传动件12、分闸机构13、合闸机构14，所述分闸机构13、合闸机构14位于机构本体内，并和传动件12的一端相固定，传动件12的另一端伸出于机构本体的外部。所述分闸机构13包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件12上的分闸线圈，所述合闸机构14包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件12上的合闸线圈。所述分闸线圈、合闸线圈分别和分闸控制接口电路17、合闸控制接口电路18电连接。

本发明的基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，在应用中，把真空开关管通过导线接入到中压电网回路中。本发明的行程传感器，如光栅片，直接安装并固定在真空开关管的动触头连杆上，直接检测真空开关管动触头的运动状态，能准确反映动触头的运动参数，通过控制器连接的人机交互装置进行参数设置，可以使用于接通和隔断中压电网的分合闸性能得到较大的提高，分闸、合闸时间点精确可控，实现“柔性”分合闸。绝缘体内设置的超程弹簧，一方使在合闸状态时，使真空开关管的动触头、静触头间有足够大的压力，另一方便实现快速无反弹分闸。分、合闸过程对电网、负载和开关本身产生的损害性冲击非常小，适应建设坚强智能电网的需求。

和现有技术相比，本发明具有如下技术进步性。

1）行程传感器直接安装并固定在真空开关管的动触头连杆上，直接检测真空开关管动触头的运动状态，能准确反映动触头的运动参数，通过控制器连接的人机交互装置进行参数设置，可以使分合闸性能得到较大提高，分闸、合闸时间点精确可控，实现“柔性”分合闸操作。

2）绝缘体内设置的超程弹簧，一方使在合闸状态时，使真空开关管的动触头、静触头间保持足够的压力，另一方面在分闸时，实现快速无反弹分闸。

3）分、合闸过程对电网、负载和开关本身产生的损害性冲击非常小，适应建设坚强智能电网的需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于，包括：

真空开关管（1）、绝缘体（9）、分合闸机构连接件（15）、控制器（24），所述真空开关管（1）、绝缘体（9）、分合闸机构连接件（15）顺次轴向连接；

控制器（24）包括智能电路（23）、光栅式行程变送器（16）、分闸控制接口电路（17）和合闸控制接口电路（18）；智能电路（23）内置有微处理器，用于计算分合闸操作参数；所述光栅式行程变送器（16）、分闸控制接口电路（17）、合闸控制接口电路（18）和智能电路（23）电连接；

真空开关管（1）的动触头连杆（5）上设有光栅片（6），所述光栅片（6）的一侧设有发射导光管（7），另一侧设有接收导光管（8），接收导光管（8）的进光口和发射导光管（7）的出光口相对；发射导光管（7）、接收导光管（8）和光栅式行程变送器（16）连接，光栅式行程变送器（16）和智能电路（23）电连接；

所述分合闸机构连接件（15）包括传动件（12）、分闸机构（13）、合闸机构（14），所述分闸机构（13）、合闸机构（14）和传动件（12）的一端同轴连接，传动件（12）的另一端和绝缘体（9）固定连接，所述分闸机构（13）、合闸机构（14）和分闸控制接口电路（17）、合闸控制接口电路（18）分别电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述绝缘体（9）的上部设有顶部开口的气缸，所述气缸内依次设有超程弹簧（11）、活塞（10），贯穿于绝缘体（9）的顶部开口的活塞杆的一端和活塞（10）固定连接，另一端和真空开关管（1）的动触头连杆（5）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述超程弹簧（11）为压缩弹簧或碟形弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述真空开关管（1）的外侧设有红外测温导光管（21）和弧光导光管（19），红外测温导光管（21）和内置于控制器（24）的红外测温变送器（22）电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管（1）的温度；弧光导光管（19）和内置于控制器（24）的弧光变送器（20）电连接，用于检测在分合闸过程中真空开关管（1）中产生的电弧光强度；红外测温变送器（22）、弧光变送器（20）和智能电路（23）电连接，智能电路（23）根据所检测的温度、电弧光强度经计算产生弧光小、温升低的分合闸参数。

5.根据权利要求4所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述真空开关管（1）包括壳体、静触头（2）、静触头连杆（3）、动触头（4）、动触头连杆（5），静触头连杆（3）的一端和静触头（2）固定连接并位于壳体内，另一端和壳体固定并伸出于壳体外部；动触头连杆（5）的一端和动触头（4）固定连接并位于壳体内，另一端贯穿于壳体并和壳体滑动密封连接；所述静触头连杆（3）、动触头连杆（5）同轴心线；所述壳体上设有用于光测量的透光部。

6.根据权利要求5所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述红外测温导光管（21）和弧光导光管（19）均由光纤束构成。

7.根据权利要求1所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述分合闸机构连接件（15）包括机构本体、传动件（12）、分闸机构（13）、合闸机构（14），所述分闸机构（13）、合闸机构（14）位于机构本体内，并和传动件（12）的一端相固定，传动件（12）的另一端伸出于机构本体的外部。

8.根据权利要求6所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述分闸机构（13）包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件（12）上的分闸线圈，所述合闸机构（14）包括设置在机构本体内的磁缸和固定在传动件（12）上的合闸线圈。

9.根据权利要求1所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述发射导光管（7）、接收导光管（8）由具有光敏特性的光纤束构成。

10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的一种基于柔性分合闸技术的智能集成中压交流真空开关设备，其特征在于：所述发射导光管（7）的出光口处设有第一聚光装置，接收导光管（8）的入光口处设有第二聚光装置，第一聚光装置、第二聚光装置均由透镜或透镜组构成。