CN105826127A - 一种磁控式快速断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁控式快速断路器，包括磁控操作机构和内嵌智能监控诊断控制装置组成，所述内嵌智能监控诊断控制装置设置在磁控操作机构内部，所述内嵌智能监控诊断控制装置由集成运行数据检测模块、操作机构运行在线监测模块和嵌入式大数据引擎WEB服务器模块组成，所述磁控操作机构由动磁体、合分闸磁控线圈、静磁体、垂直移动连接杆、合闸触头压力弹簧、分闸弹簧、工作气隙、真空灭弧室和底座组成，所动磁体和静磁体相互独立设置，所述动磁体和静磁体为铁氧半硬磁体，该磁控式快速断路器合分闸速度快、电气控制故障率低、精度更高且具有智能大数据监控维护功能。

Description

一种磁控式快速断路器

技术领域

本发明涉及一种磁控式快速断路器。

背景技术

随着真空灭弧室的不断发展和完善以及所具有的环保特性，真空断路器得到广泛应用。操作机构一直是断路器发展的短板，对动作的可靠性改进不大。目前主要操作机构有弹簧操作机构和永磁机构两大类型。比较常用的弹簧操作机构已沿用30多年，技术相对落后，结构复杂，机械零件多，平常比较容易出现机构卡位等故障现象。目前据国内外开关运行故障率的统计，有70％以上的故障均来自操作机构的机械部分；永磁机构的断路器电气控制驱动部位故障率也很高。

最近几年，虽然弹簧操作机构的优化设计以及永磁操作机构的不断完善，对提高断路器整体素质，起到了较大的作用。因为比较传统的弹簧操作机构以及永磁操作机构在提高断路器的合闸速度方面受到很大限制，其合闸功率都比较大，对电源要求高，想要再提高容量，受到多种因素的限制。

现在大多数弹簧操作机构和永磁机构开关采用的手动或电动操作，基本不受电源电压的影响，既能获得较高的合闸速度和实现自动重合闸，在一定程度上减少了故障率。但就弹簧机构本身的结构而言，零部件数量比较多，约为180个以上。在加工精度上要求高，制造工艺也比较复杂。

永磁机构采用永磁铁作为合闸保持的主要器件，控制采用充电电容放电激磁方式，操作功率比较大，驱动电路故障率比较高，合闸操作启动需要克服固有永磁铁磁力，所以在提升合分闸速度方面很受限，要想更高提升断路器整体性能方面难度还是比较大。

传统弹簧机构零部件多，机械故障率高，数据一致性比较差，相对于电网周波数据20ms，不能对断路器达到精准控制。产品寿命也比较短，同时增加了这一设备的使用维护量和实际应用难度。永磁操作机构断路器电气控制故障率比较高，动作时需要克服永磁铁自身的重量和用磁力，操作需要功率大，对断路器达到精准控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合分闸速度快、电气控制故障率低、精度更高、具有智能大数据监控维护功能的磁控式快速断路器。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种磁控式快速断路器，包括磁控操作机构和内嵌智能监控诊断控制装置组成，所述内嵌智能监控诊断控制装置设置在磁控操作机构内部，所述内嵌智能监控诊断控制装置由集成运行数据检测模块、操作机构运行在线监测模块和嵌入式大数据引擎WEB服务器模块组成，所述磁控操作机构由动磁体、合分闸磁控线圈、静磁体、垂直移动连接杆、合闸触头压力弹簧、分闸弹簧、工作气隙、真空灭弧室和底座组成，所动磁体和静磁体相互独立设置，所述动磁体和静磁体为铁氧半硬磁体。

一种内嵌智能监控诊断控制装置的运行原理，包括以下步骤：

1)磁控操作机构的内部上下动静磁体采用分体设计，磁体采用独立的磁路，并且导磁回路较短，因此该机构能用较少的磁材料就能提供较大的合闸力，合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，该设计方案采用直流电压激磁方式，合分闸磁控线圈同时磁化上下动静磁体，磁感极性一致，动磁体的磁感S极对应静磁体的磁感N极，瞬间产生极强磁力，合闸刚合加速度最大，这样很容易提升整体合闸速度，加速使断路器处于吸合状态，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感长时间保持在磁回路的特性，即磁感储存效应产生磁力保持合闸状态。

2)分闸操作实际是对操作机构消磁的操作过程，上述合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，合分闸磁控线圈磁化上下动静磁体，使上下磁体同时产生磁感，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感特性，能长时间保持在磁回路，即磁感储存效应产生的磁力保持合闸状态；分闸操作时，实际是对磁控线圈高速通负极性脉冲电压，合分闸磁控线圈反极性磁化上下动静磁体，使原来合闸操作时磁芯中的高剩余磁感消磁或者可以说是对之前所记忆的磁数据删除，受到反极性磁化的上下动静磁体，上下动静磁体没有永久磁性，所以分闸弹簧也无需克服永久磁力，在分闸弹簧的作用下机构快速分闸，再利用分闸弹簧保持分闸状态。

3)通过运行数据检测模块完成电网数据的采集和分析处理，实现故障电流检测分析和保护跳闸，直接利用自身的监控模块实现所具行的继电保护故障诊断功能；

4)通过操作机构运行在线监测模块采集检测本体磁控操作机构的运行数据，重点监视磁控操作机构模块的关键部位数据状态，如驱动模块的心跳、机构合分闸速度、开关本体运行状态等数据信息，为设备的远程维护提供底层数据源；

5)通过内部嵌入式WEB大数据引擎服务器功能，利用寄生网络无线路由互联，最大化的利用公共网络平台资源，在主体设备层面实现设备的在线远程监控、状态诊断以及快速响应维护功能；在客户应用层面实现运行数据的智能监控、继电保护故障隔离、数据分析以及管理等功能。

本发明的有益效果为：该磁控机构断路器，设计采用半硬磁材质，重量轻，无永久磁力，动作无需克服大质量和固有磁力，其利用磁性材料的高剩余磁感能长时间保持磁回路特性，并采用直流电压激磁方式，需要整体驱动功率大大减小，瞬间驱动电流在15A以下，驱动功率在50W以下，电气控制回路风险元器件小，故障概率降低很多；大大有利于提升断路器刚合刚分加速度，将合闸时间整体时间提升到25ms以内，分闸时间整体时间提升到15ms以内；

新产品利用寄生网络路由技术实现智能大数据监控维护功能，实现智能电器技术在高压电器中的应用：新设计的磁控操作机构断路器内嵌智能监控诊断控制装置，与传统的智能监控不同，传统智能监控仅限于客户应用层面，实现运行数据的智能监控、数据分析、以及管理等功能；新机构内嵌智能监控诊断控制器，采用综合控制监测、寄生网络无线路由互联、嵌入式WEB大数据引擎服务器设计模式，在主体设备层面，主要目的实现设备的在线运行远程监控、状态诊断以及自动维护功能；客户应用层面，实现运行数据的智能监控、数据分析以及管理功能。

附图说明

图1为本发明一种磁控式快速断路器的整体结构示意图；

图2为本发明一种磁控式快速断路器的内嵌智能监控诊断控制装置的运行流程图；

具体实施方式

如图1-2所示，一种磁控式快速断路器，包括磁控操作机构1和内嵌智能监控诊断控制装置(未图示)组成，所述内嵌智能监控诊断控制装置(未图示)设置在磁控操作机构1内部，所述内嵌智能监控诊断控制装置(未图示)由集成运行数据检测模块(未图示)、操作机构运行在线监测模块(未图示)和嵌入式大数据引擎WEB服务器模块(未图示)组成，所述磁控操作机构1由动磁体2、合分闸磁控线圈3、静磁体4、垂直移动连接杆5、合闸触头压力弹簧6、分闸弹簧7、工作气隙8、真空灭弧室9和底座10组成，所动磁体2和静磁体4相互独立设置，所述动磁体2和静磁体4为铁氧半硬磁体。

一种内嵌智能监控诊断控制装置的运行原理，包括以下步骤：

1)磁控操作机构的内部上下动静磁体采用分体设计，磁体采用独立的磁路，并且导磁回路较短，因此该机构能用较少的磁材料就能提供较大的合闸力，合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，该设计方案采用直流电压激磁方式，合分闸磁控线圈同时磁化上下动静磁体，磁感极性一致，动磁体的磁感S极对应静磁体的磁感N极，瞬间产生极强磁力，合闸刚合加速度最大，这样很容易提升整体合闸速度，加速使断路器处于吸合状态，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感长时间保持在磁回路的特性，即磁感储存效应产生磁力保持合闸状态。

2)分闸操作实际是对操作机构消磁的操作过程，上述合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，合分闸磁控线圈磁化上下动静磁体，使上下磁体同时产生磁感，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感特性，能长时间保持在磁回路，即磁感储存效应产生的磁力保持合闸状态；分闸操作时，实际是对磁控线圈高速通负极性脉冲电压，合分闸磁控线圈反极性磁化上下动静磁体，使原来合闸操作时磁芯中的高剩余磁感消磁或者可以说是对之前所记忆的磁数据删除，受到反极性磁化的上下动静磁体，上下动静磁体没有永久磁性，所以分闸弹簧也无需克服永久磁力，在分闸弹簧的作用下机构快速分闸，再利用分闸弹簧保持分闸状态。

3)通过运行数据检测模块完成电网数据的采集和分析处理，实现故障电流检测分析和保护跳闸，直接利用自身的监控模块实现所具行的继电保护故障诊断功能；

4)通过操作机构运行在线监测模块采集检测本体磁控操作机构的运行数据，重点监视磁控操作机构模块的关键部位数据状态，如驱动模块的心跳、机构合分闸速度、开关本体运行状态等数据信息，为设备的远程维护提供底层数据源；

5)通过内部嵌入式WEB大数据引擎服务器功能，利用寄生网络无线路由互联，最大化的利用公共网络平台资源，在主体设备层面实现设备的在线远程监控、状态诊断以及快速响应维护功能；在客户应用层面实现运行数据的智能监控、继电保护故障隔离、数据分析以及管理等功能。

实验例：

将本发明的磁控式快速断路器作为实验组，现有的普通永磁断路器作为对照组一，现有进口永磁断路器作为对照组二，进行测试，具体结果如下表所示：

通过对3组实验进行检测，实验组的磁控式快速断路器与现有的普通和进口永磁断路器相比合分闸速度最快。

本发明的有益效果为：该磁控机构断路器，设计采用半硬磁材质，重量轻，无永久磁力，动作无需克服大质量和固有磁力，其利用磁性材料的高剩余磁感能长时间保持磁回路特性，并采用直流电压激磁方式，需要整体驱动功率大大减小，瞬间驱动电流在15A以下，驱动功率在50W以下，电气控制回路风险元器件小，故障概率降低很多；大大有利于提升断路器刚合刚分加速度，将合闸时间整体时间提升到25ms以内，分闸时间整体时间提升到15ms以内；

新产品利用寄生网络路由技术实现智能大数据监控维护功能，实现智能电器技术在高压电器中的应用：新设计的磁控操作机构断路器内嵌智能监控诊断控制装置，与传统的智能监控不同，传统智能监控仅限于客户应用层面，实现运行数据的智能监控、数据分析、以及管理等功能；新机构内嵌智能监控诊断控制器，采用综合控制监测、寄生网络无线路由互联、嵌入式WEB大数据引擎服务器设计模式，在主体设备层面，主要目的实现设备的在线运行远程监控、状态诊断以及自动维护功能；客户应用层面，实现运行数据的智能监控、数据分析以及管理功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种磁控式快速断路器，其特征在于：包括磁控操作机构和内嵌智能监控诊断控制装置组成，所述内嵌智能监控诊断控制装置设置在磁控操作机构内部，所述内嵌智能监控诊断控制装置由集成运行数据检测模块、操作机构运行在线监测模块和嵌入式大数据引擎WEB服务器模块组成，所述磁控操作机构由动磁体、合分闸磁控线圈、静磁体、垂直移动连接杆、合闸触头压力弹簧、分闸弹簧、工作气隙、真空灭弧室和底座组成，所动磁体和静磁体相互独立设置，所述动磁体和静磁体为铁氧半硬磁体。

2.如权利要求1所述的一种磁控式快速断路器，其特征在于：所述内嵌智能监控诊断控制装置的运行原理，包括以下步骤：

1)磁控操作机构的内部上下动静磁体采用分体设计，磁体采用独立的磁路，并且导磁回路较短，因此该机构能用较少的磁材料就能提供较大的合闸力，合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，该设计方案采用直流电压激磁方式，合分闸磁控线圈同时磁化上下动静磁体，磁感极性一致，动磁体的磁感S极对应静磁体的磁感N极，瞬间产生极强磁力，合闸刚合加速度最大，这样很容易提升整体合闸速度，加速使断路器处于吸合状态，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感长时间保持在磁回路的特性，即磁感储存效应产生磁力保持合闸状态。

2)分闸操作实际是对操作机构消磁的操作过程，上述合闸操作时，对磁控线圈高速通脉冲电压，合分闸磁控线圈磁化上下动静磁体，使上下磁体同时产生磁感，磁化线圈失电后，利用磁芯的高剩余磁感特性，能长时间保持在磁回路，即磁感储存效应产生的磁力保持合闸状态；分闸操作时，实际是对磁控线圈高速通负极性脉冲电压，合分闸磁控线圈反极性磁化上下动静磁体，使原来合闸操作时磁芯中的高剩余磁感消磁或者可以说是对之前所记忆的磁数据删除，受到反极性磁化的上下动静磁体，上下动静磁体没有永久磁性，所以分闸弹簧也无需克服永久磁力，在分闸弹簧的作用下机构快速分闸，再利用分闸弹簧保持分闸状态。

3)通过运行数据检测模块完成电网数据的采集和分析处理，实现故障电流检测分析和保护跳闸，直接利用自身的监控模块实现所具有的继电保护故障诊断功能；

4)通过操作机构运行在线监测模块采集检测本体磁控操作机构的运行数据，重点监视磁控操作机构模块的关键部位数据状态，如驱动模块的心跳、机构合分闸速度、开关本体运行状态等数据信息，为设备的远程维护提供底层数据源；

5)通过内部嵌入式WEB大数据引擎服务器功能，利用寄生网络无线路由互联，最大化的利用公共网络平台资源，在主体设备层面实现设备的在线远程监控、状态诊断以及快速响应维护功能；在客户应用层面实现运行数据的智能监控、继电保护故障隔离、数据分析以及管理等功能。