CN105551882A - 一种水平布置基于联动电流转移的直流真空断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水平布置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。该装置包括试验机架、主回路部分及转移回路部分，采用一套快速斥力永磁机构通过中轴杆控制机构两端的两个真空灭弧室的动作，达到快速联动的效果，具有快速联动投入转移回路、实现主回路电流过零开断的功能。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。

Description

一种水平布置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，是一种水平布置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，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主电路开断和转移电流投入的同步性较差、因机构速度慢而选用触发开关，导致结构更加复杂等问题。
发明内容
转对现有技术的不足，本发明提供一种水平布置基于联动电流转移的直流真空断路器。该装置通过一套快速斥力永磁机构通过中轴杆控制机构两端的两个真空灭弧室的动作，达到快速联动的效果；两个真空灭弧室分别为主回路开关，转移回路开关；快速斥力永磁机构起着快速分闸，永磁保持的作用，满足高压直流电力系统快速反应的需求特点。该装置具有快速联动投入转移回路、实现主回路电流过零开断的功能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种水平布置基于联动电流转移的直流真空断路器，包括机架、主回路部分及转移回路部分。
所述机架包括机构电源与控制器3、快速斥力永磁机构5、触头弹簧4、支撑绝缘子6、基础箱7、支撑绝缘筒8及机构箱9。
机构电源与控制器3和快速斥力永磁机构5安装在机构箱9中，机构箱9下部与支撑绝缘子6固定连接，支撑绝缘子6对机构箱9提供支撑绝缘；支撑绝缘子6下部与基础箱7固定连接；机构电源与控制器3放置在高电位区域，省去绝缘拉杆，进一步减少快速斥力永磁机构5动端质量，保证足够的操动速度。快速斥力永磁机构起着快速分闸，永磁保持的作用，满足高压直流电力系统快速反应的需求特点。
快速斥力永磁机构5中心轴一端与主回路开关2的真空灭弧室水平连接，水平布置可克服灭弧室动端质量对速度的影响；另一端与转移回路投入开关1的真空灭弧室水平连接；两个真空灭弧室安装在支撑绝缘筒8内部，快速斥力永磁机构5控制两个真空灭弧室的动作；主回路开关2和转移回路投入开关1内的触头弹簧4提高快速斥力永磁机构5的起始速度和关合缓冲。
所述的主回路开关2的触头安全距离为3mm-6mm，转移回路投入开关1的触头安全距离4mm-8mm；操动机构的特征为，快速斥力永磁机构5的分闸行程为10mm-15mm，保持力为1000N-3000N，始动时间不大于1ms，平均分速不小于3m/s，恢复速度不小于1m/s。
主回路开关2快速斥力分闸至安全开距，转移回路投入开关2同时快速合闸，实现电流转移后主回路开关2电流开断；斥力盘10分闸后由永磁保持合闸，并根据控制指令实现快速斥力永磁机构的电磁复位。
将上述直流真空断路器应用于10kV-60kV中压直流开关模块。
高压直流断路器电路框图描述如下：真空触发间隙10与主回路开关2串联，ZnO避雷器13并联安置在主回路开关2两端，转移电容器11、转移电抗器12与转移回路投入开关1依次串联与主回路开关2并联，转移电容器充电电阻15一端接地，另一端与转移电容器11相连接，负载等效电阻14一端与主回路开关2相连接，另一端接地。
本发明有益效果为：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。采用单操纵机构同杆控制，实现两个真空灭弧室的开断与关合联动，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，新颖的结构布置最大限度克服灭弧室自身质量对操动速度的影响，使机构在运动过程中兼顾分闸与合闸参数。该技术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结构示意图；
图2为本发明的高压直流断路器电路框图；
图3为快速斥力永磁机构结构示意图；
图中：1转移回路投入开关；2主回路开关；3机构电源与控制器；4触头弹簧；5快速斥力永磁机构；6支撑绝缘子；7基础箱；8支撑绝缘筒；9机构箱；10真空触发间隙；11转移电容器；12转移电抗器；13ZnO避雷器；14负载等效电阻；15转移电容器充电电阻；16斥力盘；17永磁部分。
具体实施方式
一种水平布置基于联动电流转移的直流真空断路器，包括试验机架、主回路部分及转移回路部分。
所述试验机架包括机构电源与控制器3、快速斥力永磁机构5、触头弹簧4、支撑绝缘子6、基础箱7、支撑绝缘筒8及机构箱9。
机构电源与控制器3和快速斥力永磁机构5安装在机构箱9中，机构箱9下部与支撑绝缘子6固定连接，支撑绝缘子6对机构箱9提供支撑绝缘；支撑绝缘子6下部与基础箱7固定连接；机构电源与控制器3放置在高电位区域，省去绝缘拉杆，进一步减少快速斥力永磁机构5动端质量，保证足够的操动速度。快速斥力永磁机构起着快速分闸，永磁保持的作用，满足高压直流电力系统快速反应的需求特点。
快速斥力永磁机构5中心轴一端与主回路开关2的真空灭弧室水平连接，克服灭弧室动端质量对速度的影响；另一端与转移回路投入开关1的真空灭弧室水平连接；两个真空灭弧室安装在支撑绝缘筒8内部，快速斥力永磁机构5控制两个真空灭弧室的动作；主回路开关2和转移回路投入开关1内的触头弹簧4提高快速斥力永磁机构5的起始速度和关合缓冲。
主回路开关2快速斥力分闸至安全开距，转移回路投入开关2同时快速合闸，实现电流转移后主回路开关2电流开断；斥力盘10分闸后由永磁保持合闸，并根据控制指令实现快速斥力永磁机构的电磁复位。
根据图1所示的高压直流断路器结构示意图，快速斥力永磁机构5通过中轴杆连接两个真空灭弧室，达到快速联动的效果。两个真空灭弧室分别为转移回路开关1和主回路开关2，机构电源与控制器3接受光控指令，操动快速斥力永磁机构5，实现两个真空灭弧室轴向上同时开断与关合，经过几个毫秒，主回路开关2分闸、触头达到安全开距，转移回路开关1合闸到位，投入反向电流，实现电流转移，开断故障电流。快速斥力永磁机构5分闸到位后由机构内永磁回路保持在稳态，当需要复位时，永磁回路中的电磁线圈驱动机构恢复到原始准备状态。
本发明所组成的直流真空断路器单元模块的主要参数为：30kV/16kA，根据图2所示的高压直流断路器结构示意图，当电力系统中检测到故障电流时，快速斥力永磁机构接到指令动作，主回路开关2开始分闸，由于同一连杆，转移回路开关1同时开始合闸，经过3个毫秒左右，主回路开关2触头分到安全开距，转移回路开关1合闸到位，投入反向电流，实现电流转移，主回路开关电流过零电流开断。操动机构行程为13mm，机构保持力为3000N，分闸时，斥力机构平均速3m/s左右，永磁机构恢复速度1m/s左右。稳态保持力3000N左右。

Claims (5)

1.一种水平布置基于联动电流转移的直流真空断路器，其特征在于，该装置为水平布置的电流转移联动结构，包括机架、主回路部分和转移回路部分；
所述的机架包括机构电源与控制器(3)、快速斥力永磁机构(5)、触头弹簧(4)、支撑绝缘子(6)、基础箱(7)、支撑绝缘筒(8)及机构箱(9)；
机构电源与控制器(3)和快速斥力永磁机构(5)安装在机构箱(9)中，机构箱(9)下部与支撑绝缘子(6)固定连接，支撑绝缘子(6)对机构箱(9)提供支撑绝缘；支撑绝缘子(6)下部与基础箱(7)固定连接；机构电源与控制器(3)放置在高电位区域，减少快速斥力永磁机构(5)的动端质量；
快速斥力永磁机构(5)中心轴一端与主回路开关(2)的真空灭弧室水平连接，另一端与转移回路投入开关(1)的真空灭弧室水平连接，水平布置克服灭弧室动端质量对速度的影响；两个真空灭弧室安装在支撑绝缘筒(8)内部，快速斥力永磁机构(5)控制两个真空灭弧室的动作；主回路开关(2)和转移回路投入开关(1)内的触头弹簧(4)提高快速斥力永磁机构(5)的起始速度和关合缓冲；
主回路开关(2)快速斥力分闸至安全开距，转移回路投入开关(2)同时快速合闸，实现电流转移后主回路开关(2)电流开断；斥力盘(10)分闸后由永磁保持合闸，并根据控制指令实现快速斥力永磁机构的电磁复位。
2.根据权利要求1所述的直流真空断路器，其特征在于，所述的主回路开关(2)的触头安全距离为3mm-6mm，转移回路投入开关(1)的触头安全距离4mm-8mm。
3.根据权利要求1或2所述的直流真空断路器，其特征在于，所述的快速斥力永磁机构(5)的分闸行程为10mm-15mm，保持力为1000N-3000N，始动时间不大于1ms，平均分速不小于3m/s，恢复速度不小于1m/s。
4.将权利要求1或2所述的直流真空断路器应用于10kV-60kV中压直流开关模块。
5.将权利要求3所述的直流真空断路器应用于10kV-60kV中压直流开关模块。
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