CN106024496A - 基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器 - Google Patents

基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，包含三个极柱A、B、C和智能控制器D，三相电源UA、UB、UC分别与三个极柱A、B、C连接，并联电容器C1两端分别与极柱A、B连接，并联电容器C2两端分别与极柱B、C连接，并联电容器C3两端分别与极柱A、C连接，三个极柱A、B、C分别包含轴向依次串接的导电与灭弧部件、第一行程传感部件、合闸阻尼部件、高压绝缘部件、分合闸驱动部件、分闸阻尼部件和第二行程传感部件。本发明结构简单、运行可靠、维护方便、性价比高，可以频繁地投切并联电容器组，使并联电容器组投切的无功补偿设备提高对电网降损节能、输送能力和改善电网电能质量的效果。

Description

基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器
技术领域
本发明涉及一种智能断路器，特别是一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器。
背景技术
根据电网无功变化，并联电容器组投入电网与从电网中切除是电网节能降耗、提高电网出力和改善电网电能质量的重要技术措施和设备。高压并联电容器组在电网中的投切开关使用高压断路器（或者高压接触器）。近年来，由于智能化电气开关技术的迅速发展，高压断路器向智能化方向发展，一次开关、电流互感器、电压互感器与二次自动化设备相结合，成为智能断路器，除了具有一次断路器功能之外，还具有测量、控制、保护、信号、自诊断、联网等综合自动化（或智能化）功能。
现有的高压断路器或智能断路器投切并联电容器组，其主要缺点是分合闸过程是非“柔性”的，即分合闸时动触头运动是不可控的，使动触头在与静触头闭合或断开的时点是随机的，并且产生弹跳、反弹，从而使投切并联电容器组产生很大的合闸涌流和分闸过电压，对电网、并联电容器组和开关本身有很大的损害性冲击，同时不能频繁投切并联电容器组，影响了投切并联电容器组的无功补偿设备的社会经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用高压智能断路器。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：包含控制三相电源UA、UB、UC通断的三个极柱A、B、C和智能控制器D，三相电源UA、UB、UC分别与三个极柱A、B、C连接，并联电容器C1两端分别与极柱A、B连接，并联电容器C2两端分别与极柱B、C连接，并联电容器C3两端分别与极柱A、C连接，三个极柱A、B、C分别包含轴向依次串接的导电与灭弧部件、第一行程传感部件、合闸阻尼部件、高压绝缘部件、分合闸驱动部件、分闸阻尼部件和第二行程传感部件。
进一步地，所述导电与灭弧部件包含壳体a、静触头、动触头，壳体a内设置有灭弧介质或真空，静触头固定在壳体a上端，动触头滑动设置在壳体a下端。
进一步地，所述第一行程传感部件包含光栅片a和两个导光体，动触头下端设置有竖直向下延伸的延伸段，光栅片a竖直设置固定在延伸段内，两个导光体设置在光栅片两侧并且导光体与智能控制器D连接。
进一步地，所述导光体具有绝缘特性。
进一步地，所述合闸阻尼部件包含轴a、壳体b、活塞a、密封板、锥形顶针和弹簧，壳体b为密封壳体，轴a沿竖直方向滑动设置在壳体b上端，活塞a固定在轴a上并且滑动设置在壳体b内壁上，密封板水平设置并且固定在壳体b内壁上，活塞a和密封板将壳体b内腔分隔成活塞a上方的上侧阻尼液腔室a、位于活塞a与密封板之间的下侧阻尼液腔室a和密封板下侧的空腔室，弹簧套设在轴a下端并且弹簧位于活塞a与密封板之间，密封板上开有与轴a匹配的通孔，轴a下端滑动设置在密封板通孔内，活塞a上开有锥形针孔，壳体b上端设置有与锥形针孔对应的锥形顶针a。
进一步地，所述分合闸驱动部件包含轴b、铁质壳体、合闸线圈、永磁体、分闸线圈和销子，轴b竖直设置并且轴b两端滑动设置在铁质壳体上下端面内，永磁体通过销子固定在轴b上，合闸线圈套设在永磁体上端，分闸线圈套设在永磁体下端。
进一步地，所述分闸阻尼部件包含轴c、壳体c和活塞b，轴c竖直设置并且轴c上下端滑动设置在壳体c上下端面，壳体c 为密封壳体并且壳体c的腔室内充有阻尼液，活塞b固定在轴c上并且活塞b滑动设置在壳体c内壁上，活塞b 将壳体c的腔室分隔为上侧阻尼腔室b和下侧阻尼腔室b，活塞b上开有溢流孔，壳体c下端设置有与溢流孔对应的锥形顶针b。
进一步地，所述第二行程传感部件包含光栅片b、发射头、接收头，光栅片b竖直固定在轴c下端，发射头和接收头对应设置在光栅片两侧并且分别与智能控制器D电连接。
进一步地，所述动触头与电阻R1一端连接，静触头与电阻R2连接，电流互感器L设置在并联电容器回路上，电阻R1、R2另一端和电流互感器L与智能控制器D连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简单、运行可靠、维护方便、性价比高，可以频繁地投切并联电容器组，使并联电容器组投切的无功补偿设备提高对电网降损节能、输送能力和改善电网电能质量的效果。
附图说明
图1是本发明的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器的示意图。
图2是本发明的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器的局部放大图。
图3是本发明的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器的另一幅局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图所示，本发明的一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，包含控制三相电源UA、UB、UC通断的三个极柱A、B、C和智能控制器D，三相电源UA、UB、UC分别与三个极柱A、B、C连接，并联电容器C1两端分别与极柱A、B连接，并联电容器C2两端分别与极柱B、C连接，并联电容器C3两端分别与极柱A、C连接，三个极柱A、B、C分别包含轴向依次串接的导电与灭弧部件1、第一行程传感部件2、合闸阻尼部件3、高压绝缘部件4、分合闸驱动部件5、分闸阻尼部件6和第二行程传感部件7。
导电与灭弧部件1包含壳体a8、静触头9、动触头11，壳体a8内设置有灭弧介质10或真空，静触头9固定在壳体a8上端，动触头11滑动设置在壳体a8下端。第一行程传感部件2包含光栅片a14和两个导光体15、16，动触头11下端设置有竖直向下延伸的延伸段13，光栅片a14竖直设置固定在延伸段13上，两个导光体15、16设置在光栅片14两侧并且导光体15、16与智能控制器D连接。导光体15、16具有绝缘特性。
合闸阻尼部件3包含轴a17、壳体b18、活塞a20、密封板22、锥形顶针24和弹簧26，壳体b18为密封壳体，轴a17沿竖直方向滑动设置在壳体b18上端，轴a17上端与延伸段13下端固定连接，活塞a20固定在轴a17上并且滑动设置在壳体b18内壁上，密封板22水平设置并且固定在壳体b18内壁上，活塞a20和密封板22将壳体b内腔分隔成活塞a20上方的上侧阻尼液腔室a19、位于活塞a20与密封板22之间的下侧阻尼液腔室a21和密封板22下侧的空腔室23，弹簧26套设在轴a17下端并且弹簧26位于活塞a20与密封板22之间，密封板22上开有与轴a17匹配的通孔，轴a17下端滑动设置在密封板22通孔内，活塞a20上开有锥形针孔25，壳体b18上端设置有与锥形针孔25对应的锥形顶针a24。
高压绝缘部件4上端开有与壳体b18匹配的盲孔，壳体b18下端固定在盲孔内，金属件27竖直设置并且金属件27上端固定在高压绝缘部件4下端。
分合闸驱动部件5包含轴b28、铁质壳体29、合闸线圈30、永磁体31、分闸线圈32和销子33，轴b28竖直设置并且轴b28两端滑动设置在铁质壳体29上下端面内，轴b28上端与金属件27下端固定连接，永磁体31通过销子33固定在轴b28上，合闸线圈30套设在永磁体31上端，分闸线圈32套设在永磁体31下端。
分闸阻尼部件6包含轴c34、壳体c35和活塞b37，轴c34竖直设置并且轴c34上下端滑动设置在壳体c35上下端面，壳体c35 为密封壳体并且壳体c35的腔室内充有阻尼液，活塞b37固定在轴c34上并且活塞b37滑动设置在壳体c35内壁上，活塞b37 将壳体c35的腔室分隔为上侧阻尼腔室b36和下侧阻尼腔室b38，活塞b37上开有溢流孔39，壳体c下端设置有与溢流孔39对应的锥形顶针b40。第二行程传感部件7包含光栅片b41、发射头42、接收头43，光栅片b41竖直固定在轴c34下端，发射头42和接收头43对应设置在光栅片41两侧并且分别与智能控制器D电连接。
动触头9与电阻R1一端连接，静触头11与电阻R2连接，电流互感器L设置在并联电容器回路中，电阻R1、R2另一端和电流互感器L与智能控制器D连接。
分合闸并联电容器组投切原理：
合闸与投运并联电容器组过程：当智能控制器D接到合闸信号，给合闸线圈30通电，驱动永磁体31、轴b28向上，通过高压绝缘部件4，使延伸段13和动触头11与静触头9接触，并联电容器C1、C2、C3与三相电源UA、UB、UC接通而投入运行。在动触头11与静触头9接触过后，永磁体31继续前行，至永磁体31与铁质壳体29接触并吸合，合闸线圈30停电之后保持吸合，下侧阻尼液腔室a21被压缩，使动触头11与静触头9保护接触并具有一定接触压力。
分闸与退运并联电容器组过程：当智能控制器D接到分闸信号，给分闸线圈32通电，驱动永磁体31、轴b 28向下，通过高压绝缘部件4使延伸段13和动触头11与静触头9脱离接触，并联电容器C1、C2、C3与UA、UB、UC断开而退出运行。
柔性分合闸原理：智能控制器D从第二行程传感部件7监测分合闸驱动部件5的运动工况、从第一行程传感部件2监测延伸段13和动触头11的运动工况，以及控制合闸线圈30（或分闸线圈32）的工作电流，第二行程传感部件7、第一行程传感部件2、合闸线圈30（或分闸线圈32）和智能控制器D形成一个柔性合闸（或分闸）的双闭环的自动控制系统，使合闸（或分闸）具有速度快、时间短和无弹跳、反弹等柔性特点。
软碰撞原理：合闸阻尼部件3用于合闸的软碰撞，在合闸过程中的延伸段13和动触头11与静触头9较远时，锥形针孔25没有被堵，阻尼液容易地从上侧阻尼液腔室a19流向下侧阻尼液腔室a21，合闸阻尼较小，当延伸段13和动触头11与静触头9越接近时，锥形顶针a24与锥形针孔25越靠近，阻尼液越来越不容易流向下侧阻尼液腔室a21，阻尼力越来越大，从而使延伸段13和动触头11与静触头9的接触具有软碰撞特性，避免弹跳。分闸阻尼部件6用于分闸软碰撞，在分闸过程的延伸段13和动触头11与静触头9接近时，溢流孔39没有被堵，阻尼液容易地从下侧阻尼腔室b38流向上侧阻尼腔室b36，分闸阻尼小，当延伸段13和动触头11与静触头9越分离时，溢流孔39与锥形顶针b40越靠近，阻尼液越来越不容易流向上侧阻尼腔室b36，阻尼力越来越大，使延伸段13和动触头11回到终点时具有软碰撞特性，避免反弹。
过零投切并联电容器组原理：合闸时，智能控制器D通过电阻R1、R2检测开关二端的交流电压相位，通过行程传感部件2检测延伸段13和动触头11的行程、速度等机械参数，通过控制合闸线圈30的电流通断、大小使延伸段13和动触头11与静触头9的接触瞬间的时间点位于电压相位的过零点，从而实现并联电容器组的过零投运。分闸时，智能控制器D通过电流互感器L检测通过开关的交流电流的相位，通过行程传感部件2检测延伸段13和动触头11的行程、速度等机械参数，通过控制分闸线圈32的电流通断、大小使延伸段13和动触头11与静触头9的分离瞬间的时间点位于电流相位的过零点，从而实现并联电容器组的过零退运。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：包含控制三相电源UA、UB、UC通断的三个极柱A、B、C和智能控制器D，三相电源UA、UB、UC分别与三个极柱A、B、C连接，并联电容器C1两端分别与极柱A、B连接，并联电容器C2两端分别与极柱B、C连接，并联电容器C3两端分别与极柱A、C连接，三个极柱A、B、C分别包含轴向依次串接的导电与灭弧部件、第一行程传感部件、合闸阻尼部件、高压绝缘部件、分合闸驱动部件、分闸阻尼部件和第二行程传感部件。
2.按照权利要求1所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述导电与灭弧部件包含壳体a、静触头、动触头，壳体a内设置有灭弧介质或真空，静触头固定在壳体a上端，动触头滑动设置在壳体a下端。
3.按照权利要求2所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述第一行程传感部件包含光栅片a和两个导光体，动触头下端设置有竖直向下延伸的延伸段，光栅片a竖直设置固定在延伸段内，两个导光体设置在光栅片两侧并且导光体与智能控制器D连接。
4.按照权利要求3所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述导光体具有绝缘特性。
5.按照权利要求1所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述合闸阻尼部件包含轴a、壳体b、活塞a、密封板、锥形顶针和弹簧，壳体b为密封壳体，轴a沿竖直方向滑动设置在壳体b上端，活塞a固定在轴a上并且滑动设置在壳体b内壁上，密封板水平设置并且固定在壳体b内壁上，活塞a和密封板将壳体b内腔分隔成活塞a上方的上侧阻尼液腔室a、位于活塞a与密封板之间的下侧阻尼液腔室a和密封板下侧的空腔室，弹簧套设在轴a下端并且弹簧位于活塞a与密封板之间，密封板上开有与轴a匹配的通孔，轴a下端滑动设置在密封板通孔内，活塞a上开有锥形针孔，壳体b上端设置有与锥形针孔对应的锥形顶针a。
6.按照权利要求1所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述分合闸驱动部件包含轴b、铁质壳体、合闸线圈、永磁体、分闸线圈和销子，轴b竖直设置并且轴b两端滑动设置在铁质壳体上下端面内，永磁体通过销子固定在轴b上，合闸线圈套设在永磁体上端，分闸线圈套设在永磁体下端。
7.按照权利要求1所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述分闸阻尼部件包含轴c、壳体c和活塞b，轴c竖直设置并且轴c上下端滑动设置在壳体c上下端面，壳体c 为密封壳体并且壳体c的腔室内充有阻尼液，活塞b固定在轴c上并且活塞b滑动设置在壳体c内壁上，活塞b 将壳体c的腔室分隔为上侧阻尼腔室b和下侧阻尼腔室b，活塞b上开有溢流孔，壳体c下端设置有与溢流孔对应的锥形顶针b。
8.按照权利要求7所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述第二行程传感部件包含光栅片b、发射头、接收头，光栅片b竖直固定在轴c下端，发射头和接收头对应设置在光栅片两侧并且分别与智能控制器D电连接。
9.按照权利要求2所述的基于柔性分合闸技术的并联电容器组投切用智能断路器，其特征在于：所述动触头与电阻R1一端连接，静触头与电阻R2连接，电流互感器L设置在并联电容器回路上，电阻R1、R2另一端和电流互感器L与智能控制器D连接。
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