CN105428149B - 直连双灭弧室式高压快速转换开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直连双灭弧室式高压快速转换开关。以磁阻拉力机构为中心，结构对称，包括真空灭弧室、静触头、动触头、绝缘子，其中两动触头与磁阻拉力机构相连接，并同步动作。主母线侧静触头上端连接外接电路主母线，动触头连接高压输电线，所述磁阻拉力机构由连杆、导磁盘、永磁盘、硅胶缓冲片以及圆柱导磁体、聚乙烯中空绝缘套筒、电流激磁线圈、轭铁组成。控制电路由电源或（晶闸管和电解电容）、电阻组成。本发明结构简单、成本较低且合闸动作极其迅速，灭弧能力强，可以开断大电流，尤其是可以多次开断短路故障电流而不被损坏，可极大地简化母线切换的倒闸操作，减少设备停电时间。

Description

直连双灭弧室式高压快速转换开关

技术领域

本发明属于高压开关领域，具体涉及一种直连双灭弧室式高压快速转换开关，可极大提高切换主、备母线切换的速度，并简化其倒闸操作程序。

背景技术

主、备母线（或主电源与备用电源）的切换是电力系统运行中的为了保证重要负载的不间断供电而进行的重要操作，为保证人身及设备安全，主、备母线（电源）的切换需要进行复杂的倒闸操作，不可避免地造成了一定时间的停电间隔，同时，由于短路故障等原因造成的主母线（电源）无法供电，从断路器跳闸后，到开始准备投入备用母线（电源）需要一段时间，这些中断的供电时间对供电质量以及经济效益造成一定程度的影响。此外，由于断路器的动作时间，使用寿命，灭弧性能等的限制，断路器的检修也会对电力系统的稳定供电造成影响。传统的切换母线过程，在经过断开断路器、断开主母线（电源）隔离开关、闭合备用母线（电源）隔离开关等操作后，再闭合备用母线（电源）断路器时，需要考虑备用母线与出线回路上或备用电源与母线残压的同期问题，若未经同步检测就投入备用母线（电源），将对电网或负载产生冲击，若寻找同期点并网，则增加了停电时间，这加剧了切换母线对电力系统供电质量的影响。

目前，对于切换母线或电源的改进主要有并联热切、快速切换与快速同期捕捉切换。并联热切采用“先合后分”，先将备用母线（电源）投入，实现主、备母线（电源）的并联运行，再切除主母线（工作电源），此方案的优点在于不会造成瞬时停电，但一般应用于手动操作，属于认为有计划的正常切换；快速切换与快速同期捕捉采用“先分后合”的原理，前者利用频率、相角差还没变大的时候快速地投入备用母线（电源），降低不同期对电力系统造成的影响，后者根据捕捉到的第一个相位相差360°的点发出合闸命令，二者的切换一般可在数百毫秒内完成。但这三种切换方式还存在着诸如开关设备多、成本高，切换时间相对较长，控制系统复杂等不足，尤其是目前所存在的快速切换方法的速度并不理想，亟待更高速的操动机构弥补该缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本较低且合闸动作极其迅速，灭弧能力强，可以开断大电流，尤其是可以多次开断短路故障电流而不被损坏，可极大地简化母线切换的倒闸操作，减少设备停电时间的直连双灭弧室式高压快速转换开关。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种直连双灭弧室式高压快速转换开关，包括第一静触头、第二静触头、分别与所述第一静触头、第二静触头相对设置的第一动触头、第二动触头，所述第一静触头与第一动触头的对接端部包覆于一第一真空灭弧室内，第二静触头与第二动触头的对接端部包覆于一第二真空灭弧室内，所述第一静触头、第二静触头分别连接有高压母线、备用高压母线，所述第一动触头、第二动触头分别连接至高压输电线、备用高压输电线，还包括一个两端分别与所述第一动触头、第二动触头连接的磁阻拉力机构；所述磁阻拉力机构包括第一连杆、第二连杆、穿套并固定于第一连杆上的第一导磁金属盘、穿套并固定于第二连杆上的第二导磁金属盘、穿套于第一连杆上且固定设置于第一导磁金属盘上方的第一永磁盘、穿套于第二连杆上且固定设置于第二导磁金属盘下方的第二永磁盘、两端分别与第一连杆的一端和第二连杆的一端连接的圆柱形导磁体、中空圆柱形绝缘套筒以及环设于中空圆柱形绝缘套筒外周的轭铁，所述第一连杆的另一端、第二连杆的另一端分别与所述第一动触头、第二动触头连接，所述圆柱形导磁体位于所述中空圆柱形绝缘套筒的中空位置，所述中空圆柱形绝缘套筒还环设有线圈筒，该线圈筒与一储能电路串联连接，所述轭铁包覆住所述线圈筒。

在本发明一实施例中，所述第一静触头、第二静触头分别固定设置于上支座板、下支座板上，所述上支座板经若干根绝缘拉杆与下支座板连成一体，所述绝缘拉杆之间从上到下依次固定设置有第一灭弧室支撑板、第一、第二、第三、四中间绝缘挡板、第二灭弧室支撑板，所述第一真空灭弧室、第二真空灭弧室分别穿设于所述第一灭弧室支撑板、第二灭弧室支撑板上，所述第二中间绝缘挡板和第三中间绝缘挡板之间设置所述磁阻拉力机构，所述第一中间绝缘挡板的下侧固定所述第一永磁盘，所述第四中间绝缘挡板的上侧固定所述第二永磁盘，所述第一中间绝缘挡板与第一永磁盘之间、第四中间绝缘挡板与第二永磁盘之间、第二中间绝缘挡板的上侧及第三中间绝缘挡板的下侧均设置有硅胶缓冲片。

在本发明一实施例中，所述第一连杆与第一动触头之间、第二连杆与第二动触头之间均设置有绝缘子。

在本发明一实施例中，所述第一永磁盘与第一导磁金属盘、第二永磁盘与第二导磁金属盘分别构成第一、第二分合闸保持机构，且该第一、第二分合闸保持机构至多只有一组处于闭合状态，当其中一组处于闭合保持状态时，另一组必定开断，从而在保证一侧开关可靠闭合的同时对侧开关可靠地开断。

在本发明一实施例中，所述圆柱形导磁体、线圈筒、中空圆柱形绝缘套筒共同构成快速动作动力机构，所述中空圆柱形绝缘套筒的中空通道可供圆柱形导磁体上下运动。

在本发明一实施例中，所述线圈筒由漆包铜线经一定圈数分层紧密同向螺旋绕成，所述圆柱形导磁体上下端轴心均开有螺纹孔，以分别与第一连杆、第二连杆螺纹部位紧固连接，所述中空圆柱形绝缘套筒的下端设有通气孔，以消除大气压力影响，所述中空圆柱形绝缘套筒的底端开有若干螺纹孔，以将其固定于所述第二中间绝缘挡板及第三中间绝缘挡板上，所述轭铁的一侧设置有引线槽，以供所述线圈筒的漆包铜线线端引入/出，利于减少漆包铜线线端因线挤压占用线圈筒主体空间，所述轭铁由对称两块中间带槽半圆柱电工纯铁套组成，能紧密包裹住所述线圈筒并与圆柱形导磁体共同构成导磁回路，防止磁场扩散，增强磁场密度，可提高快速动作机构强度及效率。

在本发明一实施例中，所述第一、第二导磁金属盘由导磁性能优良，硬度强度高的硅钢及电工纯铁材料制成，所述第一导磁金属盘、第二导磁金属盘分别经螺纹机构固定于第一连杆、第二连杆上，同第一连杆、第二连杆一起上下轴向移动。

在本发明一实施例中，所述第一、第二永磁盘均由圆环永磁体及包裹永磁体的轭铁槽构成，所述永磁体为钕铁硼强磁材料构成，所述轭铁槽刚好能将圆环永磁体底面及侧面包裹住，以避免其被导磁盘撞碎

在本发明一实施例中，所述储能电路由储能电容、晶闸管和电阻串联而成，所述电阻由储能电容寄生电阻和晶闸管导通电阻构成；所述储能电容为单个电解电容器或多个电解电容器组，所述晶闸管可替换成全控型耐冲击电流电力电子开关器件。

在本发明一实施例中，所述第一永磁盘、第二永磁盘的中部通孔、第一至第四中间绝缘挡板的中空通孔内设置有与第一连杆、第二连杆相配合的导套。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明直连双灭弧室式高压快速转换开关结构简单、成本较低、动作快，极大地精简了切换母线的操作，降低了停电时间和经济损失，提高了供电质量。

附图说明

图1为本发明直连双灭弧室式高压快速转换开关的整体结构示意图

图2为本发明原理线路简图。

图3为本发明功能实现简图。

图中：1—螺母，2—高压母线端，3—螺栓，4—支撑架，5—绝缘拉杆，6—高压输电线，7—绝缘子，8—导套，9—中间绝缘挡板，10—缓冲硅胶片，11—永磁盘，12—导磁金属盘，13—铆钉，14—轭铁，15—电流激磁线圈，16—圆柱形绝缘套筒，17—圆柱形导磁体，18—连杆，19—动触头，20—静触头，21—灭弧室支撑板，22—真空灭弧室。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-3所示，本发明的一种直连双灭弧室式高压快速转换开关，包括第一静触头、第二静触头、分别与所述第一静触头、第二静触头相对设置的第一动触头、第二动触头，所述第一静触头与第一动触头的对接端部包覆于一第一真空灭弧室内，第二静触头与第二动触头的对接端部包覆于一第二真空灭弧室内，所述第一静触头、第二静触头分别连接有高压母线、备用高压母线，所述第一动触头、第二动触头分别连接至高压输电线、备用高压输电线，还包括一个两端分别与所述第一动触头、第二动触头连接的磁阻拉力机构；所述磁阻拉力机构包括第一连杆、第二连杆、穿套并固定于第一连杆上的第一导磁金属盘、穿套并固定于第二连杆上的第二导磁金属盘、穿套于第一连杆上且固定设置于第一导磁金属盘上方的第一永磁盘、穿套于第二连杆上且固定设置于第二导磁金属盘下方的第二永磁盘、两端分别与第一连杆的一端和第二连杆的一端连接的圆柱形导磁体、中空圆柱形绝缘套筒以及环设于中空圆柱形绝缘套筒外周的轭铁，所述第一连杆的另一端、第二连杆的另一端分别与所述第一动触头、第二动触头连接，所述圆柱形导磁体位于所述中空圆柱形绝缘套筒的中空位置，所述中空圆柱形绝缘套筒还环设有线圈筒，该线圈筒与一储能电路（所述储能电路由储能电容、晶闸管和电阻串联而成，所述电阻由储能电容寄生电阻和晶闸管导通电阻构成；所述储能电容为单个电解电容器或多个电解电容器组，所述晶闸管可替换成全控型耐冲击电流电力电子开关器件）串联连接，所述轭铁包覆住所述线圈筒。所述第一静触头、第二静触头分别固定设置于上支座板、下支座板上，所述上支座板经若干根绝缘拉杆与下支座板连成一体，所述绝缘拉杆之间从上到下依次固定设置有第一灭弧室支撑板、第一、第二、第三、四中间绝缘挡板、第二灭弧室支撑板，所述第一真空灭弧室、第二真空灭弧室分别穿设于所述第一灭弧室支撑板、第二灭弧室支撑板上，所述第二中间绝缘挡板和第三中间绝缘挡板之间设置所述磁阻拉力机构，所述第一中间绝缘挡板的下侧固定所述第一永磁盘，所述第四中间绝缘挡板的上侧固定所述第二永磁盘，所述第一中间绝缘挡板与第一永磁盘之间、第四中间绝缘挡板与第二永磁盘之间、第二中间绝缘挡板的上侧及第三中间绝缘挡板的下侧均设置有硅胶缓冲片。

以下通过具体实施例讲述本发明技术方案。

参考图1，一种直连双灭弧室式高压快速转换开关，开关整体结构对称（由于开关整体对称，以下仅讲述对称的其中一边），包括高压母线端2（主母线、备用母线）、高压输电线（或电缆）端6 、高压真空灭弧室22、静触头20、与静触头20相对应设置的动触头19以及与动触头19固定连接的磁阻拉力机构、耐压绝缘子7及外围支撑壳体。以主母线侧为例，所述静触头20上端连接主母线2，所述动触头19连接高压输电线6，所述磁阻拉力机构由连杆18、穿套在连杆18上并固定住的导磁金属盘12、固定在绝缘挡板9上的永磁盘11、硅胶缓冲片10以及经螺纹槽固定在连杆18末端的圆柱形导磁体17、聚乙烯圆柱形中空绝缘套筒16、电流激磁螺线管线圈15、轭铁14组成。

在本实施例中，所述转换开关主母线、备用母线侧结构对称，所述两静触头分别固定设置于上下支座板上，所述静触头20固定螺母1设置于上下支座板外侧，所述上支座板经若干根绝缘拉杆5与下支座板连成一体且构造成长方体形状的外围支撑壳体。

在本实施例中，所述绝缘拉杆5上固定设置有四块中间绝缘挡板9、两块灭弧室支撑板21，所述灭弧室22穿透固定于固定撑板21中，所述磁阻拉力机构设置于中心两块绝缘挡板9间并作为整个机构的中心。

在本实施例中，所述永磁盘11与导磁金属盘12构成分合闸保持机构，且两组保持机构最多只有一组处于闭合状态，当其中一组处于闭合保持状态时，另一组必定开断。从而在保持该侧开关的可靠闭合的同时也确保对侧开关可靠地开断，使开关动、静触头稳定在分闸或合闸位置。

在本实施例中，所述圆柱形导磁体17、电流激磁线圈15、聚乙烯中空圆柱形绝缘套筒16、带引线槽圆柱形轭铁14共同构成快速动作动力机构。

在本实施例中，所述圆柱形导磁体17上、下端轴心开一定深度螺纹孔，与连杆18一端螺纹部位紧固连接，并置于圆柱形绝缘套筒16中的适当位置（导磁体17中心相对于线圈15中心更靠近主回路合闸侧）。

在本实施例中，所述电流激磁螺线管线圈15由漆包铜线构成，并经特定圈数、分层、紧密、同向、螺旋绕于聚乙烯中空圆柱形绝缘套筒16上，用强力速干胶水固定成型，经引线槽引出，且与控制电路相连接。

在本实施例中，所述聚乙烯中空圆柱形绝缘套筒16的轴心中空通道可供导磁体17上下运行，并内置于圆柱U型轭铁14中。

在本实施例中，所述轭铁14由对称两块半圆柱，且中间带U型槽，两端留部分封口的电工纯铁套组成，其中一块开有引线槽，方便线圈15引出线引出并与控制回路相连接，轭铁14与绝缘套筒16能紧密包裹住线圈15，整体由铆钉13固定于两绝缘挡板9之间。

在本实施例中，所述轭铁14由导磁性能优越的电工纯铁制成，紧密包裹住线圈筒15，并与圆柱形导磁体17共同构成导磁回路，防止磁场扩散，增强磁场密度，可提高快速动作机构强度及效率。

在本实施例中，所述静触头20和动触头19的对接端均包覆在真空灭弧室22内，且动触头19可自由运行。

在本实施例中，所述导磁金属盘12由硅钢、电工纯铁或非晶等导磁性能好、硬度高材料制成，穿套并固定在连杆18上，与连杆18联动。

在本实施例中，所述导磁金属盘12经螺纹机构固定于连杆18适当位置处（根据动静触头的开断距离，永磁盘的位置确定），同连杆18一起上下轴向移动，并与永磁盘11、中间绝缘挡板9、硅胶缓冲片10等一起作为动、静触头分合闸状态保持媒介。

在本实施例中，所述永磁盘11固定在绝缘挡板9上，并且在永磁盘11与绝缘挡板9之间设有硅胶缓冲片10。

在本实施例中，所述永磁盘11由圆环永磁体及包裹永磁体的轭铁槽构成，所述永磁体为钕铁硼强磁材料构成，所述轭铁槽刚好能将圆环永磁体底面及侧面包裹住，以避免其被导磁盘撞碎。

在本实施例中，所述永磁盘11与对应的金属盘12形成闭合磁回路，稳定吸合住随连杆18运动到闭合位置的金属盘12，永磁盘11磁力大小经试验寻取最优参数适应组合以供保持机构合理运行（能可靠保持开关的闭合，又不会对开关的断开造成过大的阻力，导致无法开断）。

在本实施例中，所述永磁盘11、绝缘挡板9、缓冲硅胶片10的中部通孔内设置有与连杆18相配套的导套8，以供连杆18轴向无偏动作。

在本实施例中，所述连杆18首端与动触头19相连接，所述连杆18末端通过螺纹结构与圆柱体状导磁体17连接固定，并于连杆18适当位置设有耐压绝缘子7，将高压带电回路与磁阻拉力机构绝缘隔离。

在本实施例中，所述高压绝缘子7位于高压输电线（或电缆）端口6下适当位置，隔绝主电路与磁阻拉力机构的电气联系，防止拉力机构受到高压冲击。

在本实施例中，励磁控制回路由脉冲电源C/U、电阻R及晶闸管SCR组成。

在本实施例中，所述电阻R由回路总电阻构成，所述电源C/U由外电路根据线路状况产生，可提供符合开关通断要求的大能量窄脉冲电流，通电时，使磁阻拉力机构迅速建立瞬时高能磁场并产生强拉力，即导磁体17受到指向线圈15中心的拉力，迅速拉动连杆18，实现转换开关快速合、分闸及在主电源与备用电源间切换操作。

本实施例的工作原理如下：结合图2，该直连双灭弧室式高压快速转换开关装配时，控制回路通以持续平稳电流，使两处开关都保持在分闸位置，此后根据需要将主母线侧开关闭合，此时备用母线侧开关处于分闸状态，导磁体17中心此时位于线圈15中心靠近主母线侧。当主母线出现故障时，控制回路得到故障信号，立即产生大能量窄脉冲U，线圈回路得电后产生强磁回路，使导磁体17受到指向备用母线侧的瞬时强拉力，快速分断主母线侧开关，并同步闭合备用母线侧开关，此后由备用母线侧的永磁盘11与金属盘12之间的吸力确保备用母线侧开关的可靠闭合，以及防止开关误跳。本实施例在5ms内实现母线的切换操作，可避免由切换母线带来的同期问题，既极大地减小了切换时间，也降低了对电力系统的冲击及经济损失。

如图3所示：以厂用电源的切换为例，当工作电源出现故障，只需快速地转换直连双灭弧室的开关，即可实现电源的切换，无需对隔离开关进行操作，无需增加额外设备。使得厂用电基本上实现不间断供电。在技术应用和经济效益上都取得了良好地效果。

上述叙述是作为本发明的较佳实施例。此领域的研究者应得以领会其是用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视后附的申请范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的研究者，在不脱离本专利精神或范围内，所做的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在上述的申请专利范围内。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：包括第一静触头、第二静触头、分别与所述第一静触头、第二静触头相对设置的第一动触头、第二动触头，所述第一静触头与第一动触头的对接端部包覆于一第一真空灭弧室内，第二静触头与第二动触头的对接端部包覆于一第二真空灭弧室内，所述第一静触头、第二静触头分别连接有高压母线、备用高压母线，所述第一动触头、第二动触头分别连接至高压输电线、备用高压输电线，还包括一个两端分别与所述第一动触头、第二动触头连接的磁阻拉力机构；所述磁阻拉力机构包括第一连杆、第二连杆、穿套并固定于第一连杆上的第一导磁金属盘、穿套并固定于第二连杆上的第二导磁金属盘、穿套于第一连杆上且固定设置于第一导磁金属盘上方的第一永磁盘、穿套于第二连杆上且固定设置于第二导磁金属盘下方的第二永磁盘、两端分别与第一连杆的一端和第二连杆的一端连接的圆柱形导磁体、中空圆柱形绝缘套筒以及环设于中空圆柱形绝缘套筒外周的轭铁，所述第一连杆的另一端、第二连杆的另一端分别与所述第一动触头、第二动触头连接，所述圆柱形导磁体位于所述中空圆柱形绝缘套筒的中空位置，所述中空圆柱形绝缘套筒还环设有线圈筒，该线圈筒与一储能电路串联连接，所述轭铁包覆住所述线圈筒；

所述第一静触头、第二静触头分别固定设置于上支座板、下支座板上，所述上支座板经若干根绝缘拉杆与下支座板连成一体，所述绝缘拉杆之间从上到下依次固定设置有第一灭弧室支撑板、第一、第二、第三、四中间绝缘挡板、第二灭弧室支撑板，所述第一真空灭弧室、第二真空灭弧室分别穿设于所述第一灭弧室支撑板、第二灭弧室支撑板上，所述第二中间绝缘挡板和第三中间绝缘挡板之间设置所述磁阻拉力机构，所述第一中间绝缘挡板的下侧固定所述第一永磁盘，所述第四中间绝缘挡板的上侧固定所述第二永磁盘，所述第一中间绝缘挡板与第一永磁盘之间、第四中间绝缘挡板与第二永磁盘之间、第二中间绝缘挡板的上侧及第三中间绝缘挡板的下侧均设置有硅胶缓冲片；

所述圆柱形导磁体、线圈筒、中空圆柱形绝缘套筒共同构成快速动作动力机构，所述中空圆柱形绝缘套筒的中空通道可供圆柱形导磁体上下运动；所述线圈筒由漆包铜线经一定圈数分层紧密同向螺旋绕成，所述圆柱形导磁体上下端轴心均开有螺纹孔，以分别与第一连杆、第二连杆螺纹部位紧固连接，所述中空圆柱形绝缘套筒的下端设有通气孔，以消除大气压力影响，所述中空圆柱形绝缘套筒的底端开有若干螺纹孔，以将其固定于所述第二中间绝缘挡板及第三中间绝缘挡板上，所述轭铁的一侧设置有引线槽，以供所述线圈筒的漆包铜线线端引入/出，利于减少漆包铜线线端因线挤压占用线圈筒主体空间，所述轭铁由对称两块中间带槽半圆柱电工纯铁套组成，能紧密包裹住所述线圈筒并与圆柱形导磁体共同构成导磁回路，防止磁场扩散，增强磁场密度，可提高快速动作机构强度及效率。

2.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述第一连杆与第一动触头之间、第二连杆与第二动触头之间均设置有绝缘子。

3.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述第一永磁盘与第一导磁金属盘、第二永磁盘与第二导磁金属盘分别构成第一、第二分合闸保持机构，且该第一、第二分合闸保持机构至多只有一组处于闭合状态，当其中一组处于闭合保持状态时，另一组必定开断，从而在保证一侧开关可靠闭合的同时对侧开关可靠地开断。

4.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述第一、第二导磁金属盘由导磁性能优良，硬度强度高的硅钢及电工纯铁材料制成，所述第一导磁金属盘、第二导磁金属盘分别经螺纹机构固定于第一连杆、第二连杆上，同第一连杆、第二连杆一起上下轴向移动。

5.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述第一、第二永磁盘均由圆环永磁体及包裹永磁体的轭铁槽构成，所述永磁体为钕铁硼强磁材料构成，所述轭铁槽刚好能将圆环永磁体底面及侧面包裹住，以避免其被导磁盘撞碎。

6.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述储能电路由储能电容、晶闸管和电阻串联而成，所述电阻由储能电容寄生电阻和晶闸管导通电阻构成；所述储能电容为单个电解电容器或多个电解电容器组，所述晶闸管能够替换成全控型耐冲击电流电力电子开关器件。

7.根据权利要求1所述的直连双灭弧室式高压快速转换开关，其特征在于：所述第一永磁盘、第二永磁盘的中部通孔、第一至第四中间绝缘挡板的中空通孔内设置有与第一连杆、第二连杆相配合的导套。