CN1052331C - 压气式断路器 - Google Patents
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Abstract
第一压气室(2)由基本为圆筒形法兰部件构成的压气缸(11)和轴件(1)和固定安装的活塞所形成，该活塞为圆筒形，相对于外部空间密封安装，其结构适于夹入断路单元(4，5)的断开位置时的压气缸(11)的法兰内，该活塞的内部空间构成一个第二压气(10)，它与第一压气室(2)相通。因此，容纳在第二压气室(10)内的气体连续地喷向触头区，从而有效地延长了遮断电弧时间间隔，同时并未增大断路机构和操作机构的尺寸。
Description
本发明涉及一种压气式断路器，SF6气体在气缸内受到压缩，使压缩SF6气体喷向触头接触区，来熄灭在该接触区内产生的电弧。本发明尤其是涉及一种带有改良断路单元的压气式断路器，该断路单元适于延长可中断的电弧时间间隔。
传统的断路器的功能是将发生故障时接地的电力传输线开路，特别是当电力线遭受雷击损坏时，遮断所通过的电流。不过，如果维持电路打开条件，则继续中断电源的馈给，因此为避免这种情况，电力传输线一般在大约一秒后重合闸，但是在大功率输电系统中，由于具有高的输电线路电压和在输电线间存在大的静电容量，二次燃弧的持续时间延长，这是因为在切断故障相后由健全相产生的静电感应所致，于是很难在大约一秒后成功地快速重合操作，而这一点正是有效的电力传输系统应具有的功能。为了解决上述问题，采用如图8所示的快速自动接地装置HSGS将已断开的故障相的电路两端接地，二次燃弧A2被熄灭，一旦快速自动接地装置将电路开路后，已断开的故障相重新合闸，但当该快速自动接地装置打开电路操作期间接着发生故障时，例如发生图2所示的缺零电流条件，即交流电流波形不能通过零点的情况，那么在这种缺零电流条件下的故障电流是不能通过传统的断路器遮断的。
一般要经过大约四个周期的时间，直到缺零电流条件恢复到具有正常交流波形的电流条件。这四个周期是与后续故障的灭弧时间相对应的，该灭弧时间取决于从检测出后续故障到产生遮断命令信号和两周期遮断时间的总和。因此，如果要求在缺零电流条件下利用气体断路器遮断电流，则该气体断路器应具有约四个周期的长遮断时间间隔。
但是，传统的压气式断路器都是在电路遮断操作后期将气缸内的所有压缩气体吹向触头区域，因此不可能获得上述约四个周期长的延长的遮断时间间隔。
为了满足这种要求，现有技术只提出了一种对付的办法，即延长触头区电极间的距离，日本专利文献JP-A-63-88723(1988)公开了这种传统措施的实例。
传统的加大触头区电极间距离的结构增加了整个装置的尺寸和重量，也增加了断路器操作单元的尺寸和重量。结果，导致安装该装置所需的空间也类似地扩大了。
本发明的目的是提供一种压气式断路器，它能延长遮断电弧时间间隔，并且在不增大断路单元尺寸的前提下，能遮断大电流。
为此，根据本发明提供一种压气式断路器，包括一对构成断路机构的可接通及分开的固定和可动电极，包括一个承载所述可动电极的压气缸和一个滑动支撑在所述压气缸内部的固定压气活塞，所述压气缸和压气活塞共同构成一个第一压气室，当所述可动电极与所述固定电极分开时，第一压气室内的气体被压缩并喷向所述可动和固定电极之间，所述压气活塞由外部密封的气缸构成，以形成与第一压气室连通的第二压气室，所述第二压气室在所述固定电极的远侧与所述第一压气室相邻。
根据本发明还提供一种压气式断路器，包括一对构成断路机构的可接通及分开的固定和可动电极，包括一个承载所述可动电极的压气缸和一个滑动支撑在所述压气缸内部的固定压气活塞，所述压气缸和压气活塞共同构成一个第一压气室，当所述可动电极与所述固定电极分开时，第一压气室内的气体被压缩并喷向所述可动和固定电极之间，还包括第二压气室，其位于所述第一压气室相对于所述固定压气活塞的相对侧，通过形成在所述固定压气活塞上的开孔与所述第一压气室连通，作为分离操作期间所述第一压气室的缓冲空间，从而气吹时间至少延长利用气吹式断路器的输电线路频率的四个周波以上。
在本发明的压气式断路器中，为了甚至在完成电路断开操作之后还能将压缩的SF6气体吹向接触区，将SF6气体注入这样一个区域内，该区域常规上用于安装压气缸的法兰，在这里则构成一个第二压气室，该气室的容积在开始电路断开操作和完成断路操作之后的这段期间保持不变。
采用本发明，将常规仅用于安装压气缸法兰的部位形成一个气室空间，从而增大了缓冲室的容积，籍此，实现了为大约四个周期的遮断时间间隔。
下面简单描述附图：
图1是根据本发明的压气式断路器的一个实施例的侧剖面图；
图2是表示缺零电流条件的波形图；
图3(A)表示用作移动电极的压气缸的冲程；
图3(B)表示传统的接地开关装置和本发明压气式断路器的压力变化的特性曲线图；
图4是根据本发明的压气式断路器的另一实施例的侧剖面图；
图5是根据本发明的压气式断路器的又一实施例的侧剖面图；
图6是根据本发明的压气式断路器的又一实施例的侧剖面图；
图7是根据本发明的压气式断路器的又一实施例的侧剖面图；
图8是主电路图，其中装有根据本发明的快速接地开关HSGS；以及
图9是大功率电力输电系统图，其中采用了本发明的快速接地开关。
下面详细介绍实施例。此后，参照图1表示的压气式断路器的一个实施例来说明本发明。
在该图中，由两点划线表示的部分代表作为运动电极的压气缸11处于其电路接通条件，而用实线表示的部分代表压气缸处于其电路断开位置。
所述电路接通操作是这样实现的。首先，当在输电线上发生一个故障时，在该故障相两端的断路器动作，以切断该故障相。从外部控制单元发出一个电路接通命令到接地开关装置，压气缸11被图中未示出的操作机构驱动向上移动。此刻，压气缸11进一步朝上运动，同时将SF6气体经由通道3推入第一压气室2和第二压气室10中，当动触头4到达电路接通位置并与固定触头5接触时，完成了电路接通操作，之后来自健全相的感应电流从中流过。此时，该电流流过由绝缘套管7支撑的导体6，固定触头5，动触头4，压气缸11，又经电流收集器8到另一个端子9，之后接地。
所述电路断开操作是如下实现的。首先，由外部控制单元发出一个电路断开命令后，压气缸11被图中未示出的操作机构驱动向图中下方拉动，此时，已充入第一缓冲室2和第二缓冲室10内的SF6气体开始受到压缩，其中两个气室2和10通过一个连通孔16相连通。当电路断开操作继续进行时，动触头4与固定触头5分开，接着在动触头4和固定触头5之间产生电弧。同时，在第一气室2和第二气室10中压缩的SF6气体通过气流通道3喷出，其方向对准动触头4和固定触头5之间产生的电弧，并熄灭该电弧。
这时，电路断开操作继续进行，用作动电极的压气缸11到达电路断开位置，完成了该电路断开操作。但是，由于第二压气室10是死容积，因此其中仍供有压缩的SF6气体，这些第二压气室10内的压缩气体继续喷出，直到压力降到箱体内的正常压力。当SF6气体喷出结束时，也就完成了电流遮断过程。
由于这一系列电流遮断操作的时间间隔大于四个周期，如果紧接着发生一个线路故障，并且发生图2所示的缺零电流条件，仍能成功地遮断电流，这是因为在四个周期后这个缺零电流条件又恢复到一个正常的电流波形。在电流遮断操作期间第一压气室2和第二压气室10内压力的变化示于图3(B)中。图3(A)中的S代表用作动电极的压气缸11从电路接通位置“C”到电路断开位置“O”的位移，图3(B)中的P代表在某时刻的压力升高，由点划线表示的压气压力波形代表只包括第一压气室2的结构所获得的压力波形，而实线代表增加第二压气室10到第一压气室2上所获得的压力波形。
由上面的描述可知，将常规的只用来安装压气缸法兰的部位改造为第二压气室，这样增大了压气室的整个容积，使随后发生的线路故障在缺零电流条件下产生的大于四个周期的连续电弧可被断路器成功遮断，而且这种断路器与常规断路器相比具有基本相同的尺寸，其重量也几乎没有增加。
下面参照附图4，5，6和7进一步说明本发明的实施例。在这些图中，所有的接地开关装置均处于电路连接状态。
在图4的实施例中，第一压气室2和第二压气室10通过一个设在压气缸11的轴1上的通孔12相连通。图4实施例的一个突出优点是其运动部件的重量比图1的实施例的小。
虽然图5的实施例与图4的类似，但是位于压气缸11的轴1上的通孔12在电路接通状态时并不连通第一压气室2和第二压气室10，只有在电路断开操作过程中才使第一压气室2和第二压气室10连通。虽然在第二压气室10内SF6气体的压升没有图1和图4实施例中的压升高，图5实施例的主要优越性在于可进一步延长中断电弧的时间间隔。
在图6的实施例中，活塞13最好装在第二压气室10内，以使第二压气室10中的SF6气体比图1，4和5实施例中的情况能更高效地喷吹。由于第二压气室10中的气体也能喷出，使总喷气量达到近乎图1实施例中喷气量的两倍。
在图7的实施例中，在连通孔14上还装有阀15，该连通孔位于图6实施例的第一压气室2和第二压气室10之间，第二压气室10中的SF6气体也受到压缩，并且是与第一压气室2中气体的压缩分开进行的，这样可获得优于实施例6的喷气效果。图6和7实施例的结构适合于大容量的电流的遮断。
在输电系统中，当如图8所示在输电线上发生接地故障A2时，装配在输电线路两端的断路器CB立即将该故障线断电。不过在普通雷击事故中，在角形避雷器中发生闪络放电，当中断故障电流后熄灭该放电，故障线则恢复到正常条件，从而可重合输电线路。
为此，在超高压输电系统中，为了保证系统的可靠性，要求实现快速重合闸，即在一秒内重复跳闸和合闸的操作。
现在，在大功率输电系统中，例如正在筹建设计的1000KV电力传输系统中，由于电力线之间和电力线与地之间的静电容量增大，并且这种静电感应由于电流流过一条健全相(Sound phase)而增加，因此，甚至当接在故障相两端的断路器断开该故障相后，在故障点上可能继续燃有约几秒之久的电弧，即所谓二次电弧，这就造成了难于在一秒之内成功地快速重合闸。
为了快速熄灭该二次电弧电流，并能快速重合闸，已采用在已开路的故障相两端通过快速接地开关装置接地的方法。
图9表示一种三相双回线路系统的输电线A1-C2，其中线路A1的两端通过断路器CBA11和CBA12连接到一个变电站的母线BA1和BA2上，并且通过快速接地开关装置HA1和HA2与地线相接。这样，假设由于雷击在输电线A1上发生接地故障E1，接在线路A1两端的断路器CBA11和CBA12动作，将该线A1从母线BA1和BA2上断开。之后，快速接地开关装置HA1和HA2闭合，将该线路与地电位相连，以熄灭继续在故障点E1上燃烧的二次电弧电流，然后在打开快速接地开关HA1和HA2之后，由装在该输电线A1两端的断路器CBA11和CBA12合闸来实现快速重合闸。
在快速接地开关装置HA1和HA2闭合期间，及熄灭二次电弧E1之后，如果由于多次雷击在另一相上又发生另一接地故障E2，电流则流过快速接地开关装置HA1和HA2，这时出现所谓缺零电流状态，即交流电流波形如图2所示悬浮于零电位之上，在这种情况下，用传统的断路器往往不能成功实现遮断。
一般需经过约四个周期长的时间从缺零电流状态恢复到正常状态。这约四个周期的时间是与从检测到下一个故障E2到产生一个断路命令信号的约2周的中继时间和断路器CBB11和CBB12的约2周断路时间之总和相对应的。为使快速接地开关装置HA1和HA2能遮断上述缺零电流，要求该接地开关装置具有长达约四个周期的遮断时间间隔。
但是，传统的压气式气体断路器是在断路操作结束时将所有压缩的气体从压气缸内喷吹向触头区，因此不可能获得约四个周期长的遮断时间间隔。
在本发明的带压气缸的气体断路器中，SF6气体被压缩后喷向触头区，以熄灭那里产生的电弧，由于在安装压气缸法兰的位置配置了第二压气室，使整个压气室的容积增大，位于法兰安装部位的第二压气室中的SF6气体保持不变，就象一个死容积，于是在完成断路之后其中的SF6气体仍能吹向触头区，因此可遮断下一个故障发生时出现的缺零电流，并且本发明的断路器与传统的断路器尺寸基本相同，重量只有略微的增加。
Claims (9)
1.一种压气式断路器，包括一对构成断路机构的可接通及分开的固定和可动电极(4，5)，包括一个承载所述可动电极(4)的压气缸(11)和一个滑动支撑在所述压气缸(11)内部的固定压气活塞，所述压气缸(11)和压气活塞共同构成一个第一压气室(2)，当所述可动电极(4)与所述固定电极(5)分开时，第一压气室内的气体被压缩并喷向所述可动和固定电极(4，5)之间，
其特征在于，所述压气活塞由外部密封的气缸构成，以形成与第一压气室(2)连通的第二压气室(10)，所述第二压气室(10)在所述固定电极(5)的远侧与所述第一压气室(2)相邻。
2.根据权利要求1的压气式断路器，其特征在于，在所述第一压气室(2)和所述第二压气室(10)之间所述固定压气活塞的隔板带有一个开孔(14，16)，该开孔使所述第一压气室(2)和所述第二压气室(10)之间连通。
3.根据权利要求1的压气式断路器，其特征在于，所述压气缸(11)的轴(1)通过所述柱形压气活塞延伸并带有一个通孔(12)，该通孔使第一压气室(2)和第二压气室(10)之间连通。
4.根据权利要求3的压气式断路器，其特征在于，可选择通孔(12)的打开位置，以便在分离操作期间使第一压气室(2)和第二压气室(10)之间连通。
5.根据权利要求2的压气式断路器，其特征在于，与所述断路机构(4，5)联动操作的第二可动活塞(13)设在第二压气室(10)内，在分离操作中由第一和第二压气室(2，10)压缩的气体喷吹到所述断路机构(4，5)区域。
6.根据权利要求5的压气式断路器，其特征在于，所述开口(14)带有阀(15)，用于配合断开操作完成释放操作，允许第一压气室(2)和第二压气室(10)在分离操作期间相连通。
7.根据权利要求6的压气式断路器，其特征在于，阀(15)的释放操作时间设定为接近所述断路机构(4，5)分离操作结束的时间。
8.根据权利要求2的压气式断路器，其特征在于，当所述断路机构(4，5)处于断路位置时，形成所述第二压气室(10)的所述外部密封的气缸占据的空间被所述压气缸(11)包围。
9.一种压气式断路器，包括一对构成断路机构的可接通及分开的固定和可动电极(4，5)，包括一个承载所述可动电极(4)的压气缸(11)和一个滑动支撑在所述压气缸(11)内部的固定压气活塞，所述压气缸(11)和压气活塞共同构成一个第一压气室(2)，当所述可动电极(4)与所述固定电极(5)分开时，第一压气室内的气体被压缩并喷向所述可动和固定电极(4，5)之间，其特征在于，还包括第二压气室(10)，其位于所述第一压气室(2)相对于所述固定压气活塞的相对侧，通过形成在所述固定压气活塞上的开孔(16)与所述第一压气室(2)连通，作为分离操作期间所述第一压气室(2)的缓冲空间，从而气吹时间至少延长利用气吹式断路器的输电线路频率的四个周波以上。
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