CN106449312A - 一种斥力机构驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斥力机构驱动电源，包括充电单元、放电单元；充电单元包括固态继电器、调压器、带抽头的升压变压器、第一充电电阻、第二充电电阻、单刀双掷开关、高压充电子单元，机动充电子单元和合闸充电子单元；放电单元包括高压放电子单元、机动放电子单元、合闸放电子单元、放电电阻、第一接触器、第二接触器和第三接触器。本发明通过增加一组机动充放电子单元，能够使驱动电源在不同的工况下灵活地满足不同的需求。在满足传统的直流断路器简单的分合闸需求的基础上，添加了高速分闸、低速分闸功能，既能够满足快速斥力机构的高速分闸的速度需求，又能够在满足普通斥力机构分闸基础上延长其使用寿命；添加了重合闸功能，可以满足更高的需求。

Description

一种斥力机构驱动电源

技术领域

本发明属于快速开关领域，更具体地，涉及一种斥力机构的驱动电源。

背景技术

断路器是电力系统的重要开关电器，因其在电力系统中的控制功能和保护功能无以替代，断路器的可靠运行显得日益重要。鉴于此形势，国际大电网会议(CIGRE)曾在全世界范围内进行了数次调查，调查表明：断路器的大多数故障属机械性质，主要包括其操作机构、监测装置、辅助装置。随着电压等级升高，断路器操作机构的元件数量会增多，因此发生故障的机率将会更高。

传统操作机构由于动作环节多、累计运动公差大使其响应时间分散性大、分合闸时间较长，并且容易受各自特性影响而发生故障。随着电子控制技术的发展，电子操作机构应运而生，特别是新型永磁操作机构出现后，使电子操作理论在电气开关方面有了广泛实践和应用。永磁操作机构有诸多优点，如传动部件简单、运动速度较快、可控性较好等优点，在一定程度上适应了现代电力系统发展新要求。同时，另外一种电子操作机构——电磁斥力机构的研究也在国内外悄然兴起。由于其具有结构简单、机械延迟时间短，初始运动速度快，控制性好的优点，使得它在快速开关研究方面引起了人们极大关注。

不同工况下的分闸速度和是否存在重合闸需求对斥力机构的驱动电源都有不同的需求，在传统的驱动电源中使用的IGBT元件造价昂贵，且可靠性不高，因此需要设计一种满足多种操作需求的简单可靠的斥力机构驱动电源。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的是提供一种简单可靠的斥力机构驱动电源，能够满足不同工况下对于斥力机构不同的操作需求。

本发明提供了一种斥力机构驱动电源，包括充电单元、放电单元；所述充电单元包括固态继电器K1、调压器T1、带抽头的升压变压器T2、第一充电电阻R1、第二充电电阻R2、单刀双掷开关K2、高压充电子单元，机动充电子单元和合闸充电子单元；所述调压器T1初级绕组的一端用于连接外部电源的正极，所述调压器T1初级绕组的另一端通过所述固态继电器K1连接至外部电源的负极；所述升压变压器T2的初级绕组的一端连接在所述调压器T1的次级绕组上，且可在所述调压器T1的次级绕组上滑动；所述升压变压器T2的初级绕组的另一端与所述调压器T1的次级绕组的另一端连接，所述调压器T1的次级绕组的一端悬空不接；所述升压变压器T2的次级绕组包括第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述第一充电电阻R1的一端连接，所述第一充电电阻R1的另一端作为所述升压变压器T2的高压抽头a；所述第二端与所述第二充电电阻R2的一端连接，所述第二充电电阻R2的另一端作为所述升压变压器T2的低压抽头b；所述单刀双掷开关K2包括固定端、高压端和低压端；所述高压充电子单元并联在所述升压变压器T2的高压抽头a与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；所述机动充电子单元并联在所述单刀双掷开关K2的固定端与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；所述合闸充电子单元并联在所述升压变压器T2的低压抽头b与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；所述放电单元包括高压放电子单元、机动放电子单元、合闸放电子单元、放电电阻R3、第一接触器CJ1、第二接触器CJ2和第三接触器CJ3；所述高压放电子单元的输入端连接至所述高压充电子单元的输出端，所述机动放电子单元的输入端连接至所述机动充电子单元的输出端，所述合闸放电子单元的输入端连接至所述合闸充电子单元的输出端；所述第一接触器CJ1的一端连接至所述高压充电子单元的输出端，所述第二接触器CJ2的一端连接至所述机动充电子单元的输出端，所述第三接触器CJ3的一端连接至所述合闸充电子单元的输出端，所述第一接触器CJ1的另一端和所述第二接触器CJ2的另一端均连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述第三接触器CJ3的另一端通过所述放电电阻R3连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

更进一步地，所述高压充电子单元包括二极管VD1和电容C1，二极管VD1的阳极连接至第一充电电阻R1的另一端，电容C1的一端连接至二极管VD1的阴极，电容C1的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述机动充电子单元包括二极管VD3和电容C2，二极管VD3的阳极连接至所述单刀双掷开关K2的固定端，电容C2的一端连接至二极管VD3的阴极，电容C2的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述合闸充电子单元包括二极管VD5和电容C3，二极管VD5的阳极连接至第二充电电阻R2的另一端，电容C3的一端连接至二极管VD5的阴极，电容C3的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

更进一步地，所述高压放电子单元包括：晶闸管S1和二极管VD2；所述晶闸管S1的输入极作为所述高压放电子单元的输入端，所述晶闸管S1的输出极作为所述高压放电子单元的输出端，所述晶闸管S1的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；所述二极管VD2的阴极连接至所述晶闸管S1的输出极，所述二极管VD2的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

更进一步地，所述机动放电子单元包括：晶闸管S2、分闸线圈和二极管VD4；所述晶闸管S2的输入极作为所述机动放电子单元的输入端，所述晶闸管S2的输出极作为所述机动放电子单元的输出端，所述晶闸管S2的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；所述二极管VD4的阴极连接至所述晶闸管S2的输出极，所述二极管VD4的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述分闸线圈并联连接在所述二极管VD4的阴极与阳极之间。

更进一步地，所述合闸放电子单元包括：晶闸管S3、合闸线圈和二极管VD6；所述晶闸管S3的输入极作为所述合闸放电子单元的输入端，所述晶闸管S3的输出极作为所述合闸放电子单元的输出端，所述晶闸管S3的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；所述二极管VD6的阴极连接至所述晶闸管S3的输出极，所述二极管VD6的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述合闸线圈并联连接在所述二极管VD6的阴极与阳极之间。

更进一步地，工作中，当对分闸速度要求较高时，所述高压充电子单元作为分闸充电子单元，所述高压放电子单元作为分闸放电子单元，所述合闸充电子单元作为合闸充电子单元，所述合闸放电子单元作为合闸放电子单元；当对分闸速度要求较低时，所述机动充电子单元作为分闸充电子单元，所述机动放电子单元作为分闸放电子单元，所述合闸充电子单元作为合闸充电子单元，所述合闸放电子单元作为合闸放电子单元；当存在重合闸要求时，所述高压充电子单元作为分闸充电子单元，所述合闸充电子单元作为合闸充电子单元，所述机动充电子单元与所述变压器(T2)二次侧高压抽头相连，作为二次分闸充电子单元。

其中，可以通过固态继电器K1控制整个充电回路的上电和断电，升压变压器T2二次侧有两个抽头，为储能电容提供不同的充电电压以满足不同的分合闸要求。

本发明通过在传统的斥力机构驱动电源中添加一组机动充放电子单元，能够使驱动电源在不同的工况下灵活地满足不同的需求。在满足传统的直流断路器简单的分合闸需求的基础上，添加了高速分闸、低速分闸功能，既能够满足快速斥力机构的高速分闸的速度需求，又能够在满足普通斥力机构分闸基础上延长其使用寿命；添加了重合闸功能，在今后的直流系统中满足更高的需求。在充电单元中移除了传统驱动电源中稳定性较差的IGBT元件，通过在前端加固态继电器实现了整个驱动电源的上电和断电控制，简化了驱动电源结构，节约了成本，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有快速分闸和普通分闸功能的斥力机构驱动电源的电路拓扑示意图；

图2为本发明实施例提供的有具有重合闸功能的斥力机构驱动电源的电路拓扑示意图。

图中1为充电单元，2为放电单元，K1为固态继电器，T1为调压器，T2为带抽头的变压器，R1、R2为充电电阻，11为高压充电子单元，12为机动充电子单元，13为合闸充电子单元，K2为单刀双掷开关，21为高压分闸放电子单元，22为机动分闸放电子单元，23为合闸放电子单元，R3为放电电阻，CJ1、CJ2、CJ3为接触器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种斥力机构驱动电源，包括充电单元和放电单元；所述充电单元包括固态继电器、调压器，带抽头的升压变压器、充电电阻、单刀双掷开关和充电子单元；所述三个充电子单元并联在一起；所述放电单元包括放电子单元、放电电阻和接触器；所述三个放电子单元分别并联于所述储能电容两端；放电电阻和接触器并联于储能电容两端。

其中，升压变压器二次侧有两个抽头，分别用于不同的操作速度需求。充电子单元存在3个，分别用于不同需求下的分合闸驱动。当对分闸速度要求较高时，高压充电子单元作为分闸充电子单元。工作时，供电装置向所述充电子单元进行充电，当快速开关需要分闸时，在分闸时刻令所述高压放电子单元动作，对分闸线圈放电，实现斥力机构的高压分闸驱动，实现快速分闸。

其中，当对分闸速度要求较低时，所述机动充电子单元作为分闸充电子单元。工作时，所述机动充电子单元与所述变压器二次侧低压分接头相连，供电装置向所述充电子单元进行充电，当斥力开关需要分闸时，在分闸时刻令所述机动放电子单元动作，对分闸线圈放电，实现斥力机构的低压分闸驱动，使其能够实现基本的分闸，低压分闸由于其速度较低，冲击较小，可以使斥力机构具有更高的寿命。

其中，当对开关有重合闸要求时，所述机动充电子单元作为二次分闸充电子单元。其中，工作时，所述机动充电子单元与所属变压器二次侧高压抽头相连，供电装置向所述充电子单元进行充电。在分闸时刻令所述高压放电子单元动作，对分闸线圈放电，实现斥力机构的分闸驱动，使其能够实现分闸；在合闸时刻令所述合闸放电子单元动作，对合闸线圈放电，实现斥力机构的合闸驱动，使其能够实现合闸；若合闸后再次检测到系统故障，令所述机动放电子单元动作，对分闸线圈放电，实现斥力机构的分闸驱动，使其能够实现二次分闸。

图1示出了本发明实施例提供的具有快速分闸和普通分闸功能的驱动电源电路拓扑示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

斥力机构驱动电源包括充电单元1和放电单元2。

充电单元1包括固态继电器K1、调压器T1、带抽头的升压变压器T2、第一充电电阻R1、第二充电电阻R2、高压充电子单元11、机动充电子单元12、合闸充电子单元13和单刀双掷开关K2；

放电单元2包括高压放电子单元21、机动放电子单元22、合闸放电子单元23、放电电阻R3和接触器CJ1、CJ2、CJ3。高压充电子单元11、机动充电子单元12、合闸充电子单元13分别并联在带抽头的升压变压器T2、第一充电电阻R1和第二充电电阻R2的两端，高压放电子单元21、机动放电子单元22、合闸放电子单元23分别并联在所对应的充电子单元的储能电容上以实现对于分合闸线圈的放电，放电电阻R3并联在储能电容上以在故障检修时放掉储能电容中的残压。

高压充电子单元11用于承担高速分闸任务，如对分闸速度有较高要求，则选择高压充电子单元11作为分闸充电子单元，选择合闸充电子单元13做为合闸充电子单元。机动充电子单元12用于承担低速分闸任务或者重合闸时二次分闸任务，如对分闸速度要求较低且无重合闸要求，则选择机动充电子单元12作为分闸充电子单元，选择合闸充电子单元13作为合闸充电子单元。

本发明在充电单元中舍弃了传统驱动电源中的IGBT元件，通过在前端增加固态继电器实现驱动电源的上电控制，简化了充电单元，节约了成本，提高了可靠性。在普通的斥力机构驱动电源的基础上添加了一组充放电子单元，并充分利用了此组充放电子单元的机动性，使此驱动电源可以实现多种功能。

其中，如图1所示，本发明实施例提供的具有快速分闸和普通分闸功能的斥力机构驱动电源的拓扑示意图。此时，单刀双掷开关K2拨向变压器低压抽头所对的b端。当对分闸速度要求较高时，选择高压充电子单元11作为分闸充电单元，选择合闸充电子单元13作为合闸充电子单元；当对分闸速度要求较低且无重合闸要求，则选择机动充电子单元12作为分闸充电子单元，选择合闸充电子单元13作为合闸充电子单元。升压变压器T2通过第一充电电阻R1和第二充电电阻R2给3个充电子单元充电，当斥力开关需要快速分闸时，高压放电子单元21对分闸线圈放电使斥力开关进行分闸；当斥力开关需要普通分闸时，机动放电子单元22对分闸线圈放电使斥力开关进行分闸；当斥力开关需要合闸时，合闸放电子单元23对合闸线圈放电使斥力开关进行合闸。

图2示出了本发明实施例提供的具有重合闸功能的驱动电源电路拓扑示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

其中，如图2所示，本发明实施例提供的具有重合闸功能的斥力机构驱动电源的拓扑示意图。此时，单刀双掷开关K2拨向变压器高压抽头所对的a端。当有重合闸要求时，选择高压充电子单元11作为分闸充电单元，机动充电子单元12作为二次分闸充电单元，选择合闸充电子单元13作为合闸充电子单元。其中K1为固态继电器，T1为调压器，T2为带抽头的变压器，R1、R2为充电电阻，11为高压充电子单元，12为机动充电子单元，13为合闸充电子单元，K2为单刀双掷开关，21为高压放电子单元，22为机动放电子单元，23为合闸放电子单元，R3为放电电阻，CJ1、CJ2、CJ3为接触器。升压变压器T2通过充电电阻R1、R2给3个充电子单元充电，当斥力开关需要分闸时，高压放电子单元21对分闸线圈放电使斥力开关进行分闸；当斥力开关需要合闸时，合闸放电子单元23对合闸线圈放电使斥力开关进行合闸；当斥力开关需要二次分闸时，机动放电子单元22对分闸线圈进行二次放电使斥力开关进行二次分闸。此举可以使斥力开关实现重合闸功能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种斥力机构驱动电源，其特征在于，包括充电单元(1)、放电单元(2)；

所述充电单元(1)包括固态继电器K1、调压器T1、带抽头的升压变压器T2、第一充电电阻R1、第二充电电阻R2、单刀双掷开关K2、高压充电子单元(11)，机动充电子单元(12)和合闸充电子单元(13)；

所述调压器T1初级绕组的一端用于连接外部电源的正极，所述调压器T1初级绕组的另一端通过所述固态继电器K1连接至外部电源的负极；所述升压变压器T2的初级绕组的一端连接在所述调压器T1的次级绕组上，且可在所述调压器T1的次级绕组上滑动；所述升压变压器T2的初级绕组的另一端与所述调压器T1的次级绕组的另一端连接，所述调压器T1的次级绕组的一端悬空不接；所述升压变压器T2的次级绕组包括第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述第一充电电阻R1的一端连接，所述第一充电电阻R1的另一端作为所述升压变压器T2的高压抽头a；所述第二端与所述第二充电电阻R2的一端连接，所述第二充电电阻R2的另一端作为所述升压变压器T2的低压抽头b；所述单刀双掷开关K2包括固定端、高压端和低压端；所述高压充电子单元(11)并联在所述升压变压器T2的高压抽头a与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；所述机动充电子单元(12)并联在所述单刀双掷开关K2的固定端与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；所述合闸充电子单元(13)并联在所述升压变压器T2的低压抽头b与所述升压变压器T2的次级绕组的第三端之间；

所述放电单元(2)包括高压放电子单元(21)、机动放电子单元(22)、合闸放电子单元(23)、放电电阻R3、第一接触器CJ1、第二接触器CJ2和第三接触器CJ3；

所述高压放电子单元(21)的输入端连接至所述高压充电子单元(11)的输出端，所述机动放电子单元(22)的输入端连接至所述机动充电子单元(12)的输出端，所述合闸放电子单元(23)的输入端连接至所述合闸充电子单元(13)的输出端；所述第一接触器CJ1的一端连接至所述高压充电子单元(11)的输出端，所述第二接触器CJ2的一端连接至所述机动充电子单元(12)的输出端，所述第三接触器CJ3的一端连接至所述合闸充电子单元(13)的输出端，所述第一接触器CJ1的另一端和所述第二接触器CJ2的另一端均连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；所述第三接触器CJ3的另一端通过所述放电电阻R3连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

2.如权利要求1所述的斥力机构驱动电源，其特征在于，所述高压充电子单元(11)包括二极管VD1和电容C1，二极管VD1的阳极连接至第一充电电阻R1的另一端，电容C1的一端连接至二极管VD1的阴极，电容C1的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；

所述机动充电子单元(12)包括二极管VD3和电容C2，二极管VD3的阳极连接至所述单刀双掷开关K2的固定端，电容C2的一端连接至二极管VD3的阴极，电容C2的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；

所述合闸充电子单元(13)包括二极管VD5和电容C3，二极管VD5的阳极连接至第二充电电阻R2的另一端，电容C3的一端连接至二极管VD5的阴极，电容C3的另一端连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

3.如权利要求1或2所述的斥力机构驱动电源，其特征在于，所述高压放电子单元(21)包括：晶闸管S1和二极管VD2；

所述晶闸管S1的输入极作为所述高压放电子单元(21)的输入端，所述晶闸管S1的输出极作为所述高压放电子单元(21)的输出端，所述晶闸管S1的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；

所述二极管VD2的阴极连接至所述晶闸管S1的输出极，所述二极管VD2的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端。

4.如权利要求1-3任一项所述的斥力机构驱动电源，其特征在于，所述机动放电子单元(22)包括：晶闸管S2、分闸线圈和二极管VD4；

所述晶闸管S2的输入极作为所述机动放电子单元(22)的输入端，所述晶闸管S2的输出极作为所述机动放电子单元(22)的输出端，所述晶闸管S2的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；

所述二极管VD4的阴极连接至所述晶闸管S2的输出极，所述二极管VD4的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；

所述分闸线圈并联连接在所述二极管VD4的阴极与阳极之间。

5.如权利要求1-4任一项所述的斥力机构驱动电源，其特征在于，所述合闸放电子单元(23)包括：晶闸管S3、合闸线圈和二极管VD6；

所述晶闸管S3的输入极作为所述合闸放电子单元(23)的输入端，所述晶闸管S3的输出极作为所述合闸放电子单元(23)的输出端，所述晶闸管S3的控制极用于接收外部的控制信号，并根据控制信号控制其输入极与输出极之间的导通；

所述二极管VD6的阴极连接至所述晶闸管S3的输出极，所述二极管VD6的阳极连接至所述升压变压器T2的次级绕组的第三端；

所述合闸线圈并联连接在所述二极管VD6的阴极与阳极之间。

6.如权利要求1-5任一项所述的斥力机构驱动电源，其特征在于，工作中，当对分闸速度要求较高时，所述高压充电子单元(11)作为分闸充电子单元，所述高压放电子单元(21)作为分闸放电子单元，所述合闸充电子单元(13)作为合闸充电子单元，所述合闸放电子单元(23)作为合闸放电子单元；

当对分闸速度要求较低时，所述机动充电子单元(12)作为分闸充电子单元，所述机动放电子单元(22)作为分闸放电子单元，所述合闸充电子单元(13)作为合闸充电子单元，所述合闸放电子单元(23)作为合闸放电子单元；

当存在重合闸要求时，所述高压充电子单元(11)作为分闸充电子单元，所述合闸充电子单元(13)作为合闸充电子单元，所述机动充电子单元(12)与所述变压器(T2)二次侧高压抽头相连，作为二次分闸充电子单元。