CN105846547A - 一种高压智能开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压智能开关，主要由三相接口模块、智能断路器模块、电压和电流采样组成的采样模块、智能控制器模块以及交互模块五个部分组成。其中智能断路器模块由三个具有独立操动机构的单相高压断路器及一个智能驱动器组成，智能驱动器实现快速准确分合闸，合闸过程触头零弹跳，且带有故障检测的功能电路，在智能控制器模块及智能驱动器的配合控制下，可精确实现每相电压过零点时合闸、电流过零点时分闸，有效抑制电力系统中操作过电压和涌流的发生；该高压智能开关分闸速度快，可用于配电网极差保护，快速实现电网故障隔离，能减少用户故障平均停电时间，是全面提高电能质量并符合智能电网一次设备智能化要求的关键设备，适用于并联电容器、并联电抗器、空载变压器及长电缆线路的投切应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电系统的管理设备，具体指的是一种高压智能开关。
背景技术
高压智能开关是配电系统中广泛使用的关键设备。我国电力系统配电网建设和改造的不断深入和推广,加快了高压智能开关的研究步伐,提高其设计与制造水平,研究开发出具有国际先进水平的国产配电网关键设备,改变目前高压智能开关依赖进口的现状，减少用户故障平均停电时间，已成为我国配电网发展的关键问题之一。
本发明以我国10KV电压等级配电网建设、改造的实际工程需要为背景，以国家电网十二五规划及中长期发展战略对智能开关设备的发展方向及开关设备智能操动控制技术的要求为导向，开发出体积小、质量轻、高可靠性、分合闸时间短，合闸无弹跳、动作分散性小、三相独立操作、使用寿命长、结构简单、功耗低、开断次数高及能够智能选相的高压真空智能开关。
电容器开关合分闸操作的暂态过程会带来了不可忽略的负面效应，传统的解决方式不能从根本上解决合闸涌流和操作过电压，且容易给系统造成附加的负面影响，为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求，有学者提出了智能选相投切技术。智能选相投切技术的概念最早出现于1970 年代，其实质是根据不同负载(如并联电容器组、架空输电线、空载变压器等)的特性，控制开关在电压或电流的最佳相位角完成合闸或分闸，实现无冲击的平滑过渡，能有效地削弱开关瞬态电磁效应。
智能选相投切技术对断路器的要求非常高，以至于一直以来在中压领域还没有其具体的实际应用以及相关的成熟产品。
现代电网对电能质量的要求越来越高，减少用户平均故障停电时间成为供电部门的核心任务。通过快速极差断路器可以实现用户界内故障由用户分界开关及时切除，不造成支线开关和变电站出口跳闸，即使是用户大的短路故障造成上级开关跳闸，也能保证该用户分界开关跳闸切除故障点，确保变电站出口开关重合成功，避免永久故障。但极差断路器对分速闸速度有非常高的要求，普通断路器根本无法满足要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术的上述不足，提出了一种高压智能开关，具体为一种10KV高压智能开关。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高压智能开关，包括适用于三相系统的三相接口模块、符合智能电网一次设备智能化要求的负载模块、至少由电网感性线路、电网容性线路或长电缆线路中的一种构成的负载模块、设置在开关电路上的可进行电压和电流采样的采样模块、控制连接于智能断路器模块的智能控制器模块、以及可实现发送外部控制指令到智能控制器模块且可接收智能控制器模块所发送的数据并实时显示的交互模块；所述的三相接口模块、智能断路器模块和负载模块相串联连接，所述采样模块连接在三相接口模块的母线上以采集电压和电流信号，且将采集的电压和电流信号传输给智能控制器模块，所述智能控制器模块根据电压和电流信号做出分析并将开关指令发送给智能断路器模块，所述智能断路器模块根据开关指令做出分闸动作或合闸动作，并将自身的状态监控信号反馈给所述智能控制器模块。
进一步地，所述的智能断路器模块由三个具有独立操动机构的单相高压断路器和一个智能驱动器组成。
进一步地，所述单相高压断路器的合闸位置采用靠永磁力保持合闸的永磁锁扣；所述单相高压断路器的分闸位置采用通过分闸弹簧保持分闸的弹簧锁扣，且该单相高压断路器通过单个电磁线圈来完成分合闸操作。
进一步地，所述智能控制器模块采用智能选相断路器过零投切设计，其可自动判断系统电流、电压的相位角，并结合选相断路器固有且稳定的分合闸时间分别给智能断路器的A、B、C三相断路发出指令，使其依次并准确的过零点动作。
本发明的高压智能开关由三相接口模块、智能断路器模块、采样模块、智能控制器模块以及交互模块组成。其中智能断路器模块是由三个具有独立操动机构的单相高压断路器及一个智能驱动器组成，合闸位置采用永磁锁扣，靠永磁力保持合闸；分闸位置采用弹簧锁扣，靠分闸弹簧保持分闸，只用一个电磁线圈来完成分合闸操作；分合闸操作所需能量小，合闸时线圈峰值电流为10A，分闸时线圈峰值电流为0.8A，合闸功率小于50W。
所述的智能控制器模块是专为智能选相断路器过零投切而设计，可自动判断系统电流、电压的相位角，并结合选相断路器固有且稳定的分合闸时间分别给A、B、C三相断路器发出指令，使其依次并准确的在过零点动作，从而避免了涌流及过电压的产生。
所述的智能控制器模块带有自检功能，当检测到内外部故障时闪灯报警，或远程报警时，具有防跳和闭锁功能。所述负载模块是符合智能电网一次设备智能化要求的并联电容器、并联电抗器、空载变压器及长电缆线路等。所述的交互模块可以实现发送外部控制指令到智能控制器，也可以接收智能控制器所发送的数据并实时显示。
本发明开发的高压智能开关，通过精确的电子控制机构与永磁操动机构的真空断路器模块配合，能精确的实现电容器组的过零选相投切，有效降低电容器组在投切过程中产生的过电流和过电压，弥补了国内在该领域的空白。
本发明在智能控制器模块及智能驱动器的配合控制下，可精确实现每相电压过零点时合闸、电流过零点时分闸，有效抑制电力系统中操作过电压和涌流的发生。此外，本发明分闸速度快，可用于配电网极差保护，快速实现电网故障隔离，能减少用户故障平均停电时间，是全面提高电能质量并符合智能电网一次设备智能化要求的关键设备，适用于并联电容器、并联电抗器、空载变压器及长电缆线路等相关领域的投切应用。
与现有技术相比，本发明的高压智能开关永磁机构与触头弹簧和超行程的完美配合，国内首次实现合闸过程触头零弹跳，从而具备了电网电压、电流过零投切的必要条件。在此基础上，该高压智能开关在智能控制器模块及智能驱动器的配合控制下，可精确实现每相电流过零点时分闸、电压过零点时合闸，且具有自适应选相功能，可按指定相位角进行分合闸，动作时间误差小于0.3ms。
本发明可广泛应用于智能选相系统，该应用消除了合闸涌流、操作过电压，大大提高投切开关、电容器、电抗器、变压器及长电缆等的使用寿命，减少维护费用，且避免投切过程中的暂态过程对电网的冲击，造成保护误动，并可实现频繁操作，提高变电站无功补偿精度，满足智能变电站的要求。本发明解决了目前无功补偿装置存在的运行可靠性低、优化性差、运行不经济等问题，符合建设绿色电网的要求。
附图说明
图1为本发明的系统框架示意图；
图2为传统的普通断路器与极差断路器分闸时间比较图；
图3是本发明作为极差断路器使用的应用方案图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明提出的一种高压智能开关，包括适用于三相系统的三相接口模块、至少由电网感性线路、电网容性线路或长电缆线路中的一种构成的负载模块、可完成分闸合闸动作的智能断路器模块、设置在开关电路上的可进行电压和电流采样的采样模块、控制连接于智能断路器模块的智能控制器模块、以及可实现发送外部控制指令到智能控制器模块且可接收智能控制器模块所发送的数据并实时显示的交互模块；所述的三相接口模块、智能断路器模块和负载模块相串联连接，所述采样模块连接在三相接口模块的母线上以采集电压和电流信号，且将采集的电压和电流信号传输给智能控制器模块，所述智能控制器模块根据电压和电流信号做出分析并将开关指令发送给智能断路器模块，所述智能断路器模块根据开关指令做出分闸动作或合闸动作，并将自身的状态监控信号反馈给所述智能控制器模块。
智能断路器模块由三个具有独立操动机构的单相高压断路器和一个智能驱动器组成。单相高压断路器的合闸位置采用通过永磁力保持合闸的永磁锁扣，该单相高压断路器的分闸位置采用通过分闸弹簧保持分闸的弹簧锁扣，且所述单相高压断路器通过单个电磁线圈来完成分合闸操作。单相高压断路器内的真空灭弧室与操作机构上下布置。
本发明由五个模块组成：三相接口模块、智能断路器模块、采样模块、智能控制器模块以及交互模块。
其中，三相接口模块、智能断路器模块、负载模块三个模块依次串联连接。采样模块分别连接于三相接口模块的母线上采集信号，并传输给智能控制器模块，智能控制器模块将开关指令发送给智能断路器模块并获得其状态监控信号。同时，智能检测模块通过数据线与交互模块实现通讯数据和外部指令的传输。
本发明具有自检测功能的高压型智能相控系统，三相接口模块适用于一切类型的三相系统，也包括了相应的单相系统。智能断路器模块是由三个单相操作真空断路器组成，动作稳定性较高，动作时间快，寿命长。该模块带自检测功能，能把智能断路器模块的状态实时检测并反馈。
智能控制器模块是专为智能选相断路器过零投切而设计，可自动判断系统电流、电压的相位角，并结合选相断路器固有且稳定的分合闸时间分别给A、B、C三相断路器发出指令，使其依次并准确的在过零点动作，从而避免了涌流及过电压的产生。所述的智能控制器模块，自检功能，检测到内外部故障时闪灯报警，或远程报警，还有防跳和闭锁功能。
负载模块是符合智能电网一次设备智能化要求的并联电容器、并联电抗器、空载变压器及长电缆线路等。交互模块可以实现发送外部控制指令到智能控制器，也可以接收智能控制器所发送的数据并实时显示。
智能断路器模块由三个具有独立操动机构的单相高压断路器及一个智能驱动器组成，分合闸过程操动机构完全直线运动，且断路器操动机构采用高稳定性特殊合金材料制成，性能比永磁材料大为提升。
本发明的最后方案实施，具体性能参数如下：
额定电压为12KV，额定电流为1250A，额定工频耐压为42KV，额定冲击耐压为75KV，额定短路开断电流为31.5KA，额定短路关合峰值电流为50KA，额定短时耐受时间为4秒，额定频率为50Hz，额定电流下（机械寿命）为50000次，额定短路电流下分和操作循环100次，触头合闸弹跳时间为0ms，重量为72kg。
快速、稳定的断路器本体与精确、可靠的智能选相控制器模块协同配合，构成安全、可靠、先进的智能选相断路器，能精确的实现选相分合闸操作，在进行智能选相断路器投切电容器精度测试时，给定一个工频正弦参考信号（模拟实际参考信号UAB）进行测试，测试得出AB 相在参考信号零点准确闭合。C 相在参考信号90 度相位角处闭合，得出的结果是断路器的合闸精度非常高，相角误差几乎为0。
本发明高压智能开关动作时间分散性小，传动效率高，执行力强；合闸时间小于15ms，分闸时间小于6ms，分合闸时间是传统弹簧断路器的1/3，可作为极差断路器使用，快速隔离故障。
通过快速极差断路器可以实现用户界内故障由用户分界开关及时切除，不造成支线开关和变电站出口跳闸，即使是用户大的短路故障造成上级开关跳闸，也能保证该用户分界开关跳闸切除故障点，确保变电站出口开关重合成功，避免永久故障。
极差断路器对分速闸速度有非常高的要求，普通断路器与极差断路器的分闸时间对比如图2所示。极差断路器的应用方案如图3所示。
一般城市地区供电可靠率99.9%以上，用户年平均停电时间约8.76小时；重要城市中心地区即99.99%以上，用户年平均停电时间约57分钟。 深圳供电局在深圳地区批量使用快速开关作为提高供电可靠性的最主要手段，目标将年单次平均停电时间由57分钟关内降至15分钟，关外降至30分钟。
通过快速极差断路器的应用，可以大大提高供电可靠性，减少用户平均故障停电时间。
上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。
Claims (5)
1.一种高压智能开关，其特征在于：包括适用于三相系统的三相接口模块、至少由电网感性线路、电网容性线路或长电缆线路中的一种构成的负载模块、可完成分闸合闸动作的智能断路器模块、设置在开关电路上的可进行电压和电流采样的采样模块、控制连接于智能断路器模块的智能控制器模块、以及可实现发送外部控制指令到智能控制器模块且可接收智能控制器模块所发送的数据并实时显示的交互模块；所述的三相接口模块、智能断路器模块和负载模块相串联连接，所述采样模块连接在三相接口模块的母线上以采集电压和电流信号，且将采集的电压和电流信号传输给智能控制器模块，所述智能控制器模块根据电压和电流信号做出分析并将开关指令发送给智能断路器模块，所述智能断路器模块根据开关指令做出分闸动作或合闸动作，并将自身的状态监控信号反馈给所述智能控制器模块。
2.如权利要求1所述的高压智能开关，其特征在于：所述的智能断路器模块由三个具有独立操动机构的单相高压断路器和一个智能驱动器组成。
3.如权利要求2所述的高压智能开关，其特征在于：所述单相高压断路器的合闸位置采用通过永磁力保持合闸的永磁锁扣，该单相高压断路器的分闸位置采用通过分闸弹簧保持分闸的弹簧锁扣，且所述单相高压断路器通过单个电磁线圈来完成分合闸操作。
4.如权利要求3所述的高压智能开关，其特征在于：所述单相高压断路器内的真空灭弧室与操作机构上下布置。
5.如权利要求1所述的高压智能开关，其特征在于：所述智能控制器模块采用智能选相断路器过零投切设计，其可自动判断系统电流、电压的相位角，并结合选相断路器固有且稳定的分合闸时间分别给智能断路器的A、B、C三相断路发出指令，使其依次并准确的过零点动作。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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