CN1066534A - 气体绝缘断路的开关和开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明推出一种能充分抑制再打火电涌的气体 绝缘断路开关装置。在闭合状态下，开关的主固定构 件6和副固定构件8分别与主活动构件16和副活 动构件17啮合，副导体7的被筒形磁性物体9包围 的部分被主固定构件6和主活动构件16短路，因此 对系统断路器的动作并无不良影响。而在断开操作 期间，由于副活动构件17滞后一段时间脱离，电流流 过副导体7的被筒形磁性物体9包围的部分，从而再 打火电涌得到充分抑制，保证了可靠切断故障电流。

Description

本发明与一种具有抑制开关动作期间产生再打火电涌功能的气体绝缘开关装置有关，具体地说，与一种适合气体绝缘断路开关的气体绝缘开关装置有关。

例如，在发电站和变电站中，由于一个断路开关的断开和闭合电路的动作会产生所谓的再打火电涌，而抑制再打火电涌所形成的浪涌电压是一个十分重要的问题。

因此，通常就采用了日本专利JA-A-61-66510（1986）所揭示的措施，在经受高压的导电物体外周将上一个园筒形的磁性物体来抑制由于气体绝缘断路开关的通断动作而引起的再打火电涌。

在上述的常用技术中，并没有对由于加了抑制再打火电涌的筒形磁性物体而使电感（电抗）增加所造成的影响特别加以考虑。因此，当一个断路器切断故障电流时，在这个断路器的接触点之间会加有一个附加的恢复电压。这就产生了一个问题。有时候断路器会切断不了故障电流。也就是说，在故障电流通过零点后，由于系统中有一个颇大的电感，断路器的接触点之间出现一个很高的恢复电压，断路器重新打火，因此就切断不了这个故障电流。

本发明的目的是提供一种气体绝缘断路开关和一种气体绝缘开关装置，这种气体绝缘断路开关和气体绝缘开关装置并不影响一个配置在系统中的断路器工作，还使得这个断路器在为气体绝缘断路开关和气体绝缘武装装置提供充分的抑制再打火电涌功能的同时始终能可靠地切断故障电流。

为了达到上述目的，设置了一个短路接触电路，与开关装置内套有抑制再打火电涌的磁性物体的导体部分并联。这个短路接触电路只有在开关装置执行断开线路的操作时才断开。

在定常状态下，开关装置闭合。短路接触电路为套有磁性物体的导体部分分流故障电流。也就是说，由于套有磁性物体的导体部分的阻抗大于短路接触电路的阻抗，因此在定常状态下绝大部分故障电流就流过短路接触电路。这样，电感不会增大，从而消除了配置在该系统内的一个断路器的接触端之间可能出现的恢复电压的额外增大。

另一方面，在开关装置进行断开线路控制期间，由于短路接触电路开路，再打火浪涌电流就全部流过套有磁性物体的导体部分，从而使高频电流分量大大地损耗在被磁性物体包围的导体部分上，充分地抑制了由于开关装置的开关动作而引起的再打火浪涌电压。

图1为本发明的气体绝缘断路开关的一个实施例的剖视图;

图2为说明图1所示实施例的工作情况的电路图;

图3为本发明的气体绝缘断路开关的另一个实施例的剖视图;

图4为本发明的气体绝缘断路开关的又一个实施例的剖视图;

图5为图4所示实施例的A-A向剖视图;

图6为说明图4所示实施例的工作情况的电路图;

图7为本发明的气体绝缘断路开关的又一个实施例的剖视图;

图8为本发明的气体绝缘开关装置的一个实施例的剖视图;以及

图9为说明图5所示气体绝缘开关装置的一个控制系统的方框图。

以下将参照各附图所示实施例详细说明本发明推出的几种气体绝缘断路开关和一种气体绝缘武装装置。

图1为采用了本发明的气体绝缘断路开关的一个实施例。由图可见，在这个实施例中，气体绝缘断路开关是通过将组成一个通断电气线路的一个固定构件部3和一个活动构件部4安装在一个充有六氟化硫（SF₆）气体1的接地容器2内而构成的。

固定构件部3包括一个用作屏蔽罩的固定构件部导体5、一个装在导体5上的主固定构件6、一个副导体7、一个装在副导体7上的副固定构件8和一个套在副导体7上的筒开磁性物体9。用作屏蔽罩的固定构件部导体5通过一个安装支架10与副导体7连接，而副导体7一直延伸到气体绝缘断路开关的一个母线导体（未示出）。

此外，活动构件部包括一个活动构件部屏蔽罩11、一个活动构件12、一个接触件13、一个安装支架14和一个管状导体15。在活动构件12的端部装有一个主活动构件16，再前后是副活动构件17。其中，主固定构件6构成一个主固定接触头，主活动构件16构成一个主活动接触头，而副固定构件8和副活动构件17则分别构成一个副固定接触头和一个副活动接触头。

图1示出了断路开关正在断开时的情况，活动构件12正朝着完全断开的方向移动，还示出了所产生的再打火电弧18。

下面结合图2所示电路对这个实施例的工作情况加以说明。图2相当于图1所示实施例的等效电路。在这个图中，标号20表示了由主固定构件6和主活动构件16所构成的一个主接触部，而标号21则表示了由副固定构件8和副活动构件17所构成的一个副接触部。

此外，标号22为一个含有主接触部20的主电路，而标号23则是一个含有副接触部21的副电路。由于副电路23包括筒形磁性物体9，因此阻抗很高，以致在主接触部20和副接触部21都闭合的定常状态下绝大部分的故障电流流过主电路22，从而主电路22就构成了本发明所指的短路接触电路。

首先，图2（a）示出了活动构件12移向右侧的情况。此时，主活动构件16与主固定构件6啮合，而副活动构件17与副固定构件8啮合。这相应于主接触部20和副接触部21都闭合的情况。如上所述的这种情况在本发明中定义为定常状态。

在这个定常状态下，与含有主接触部20的主电路22相比，由于构成副电路23的副导体7上有筒形磁性物体9，因此，含有副接触头21的副电路23的阻抗较高。这样，在定常状态下的故障电流绝大部分流过主电路22，从而抑制了断路开关对故障电流的阻抗的过分增大，大大减小了故障电流通过零点后在系统断路器接触端之间出现额外恢复电压以致不能切断故障电流的可能性。

图2（b）和图2（c）示出了断路开关在断开操作过程中的情况，首先是断开主接触部20，而后是断开副接触部21。

也就是说，当断路开关进行断开操作时，活动构件12开始从上述被右向位移的位置朝图1中箭头所示方向运动。因此，首先主活动构件16脱离主固定构件6，主接触部20断开，即如图2（b）所示情况。在这种情况下，通过断路开关的电流全部流过副电路23。

此后，随着活动构件12进一步朝箭头所示方向继续运动，副活动构件17最终脱离副固定构件8，副接触部21就此断开，情况如图2（c）所示。脱离过程中，在副接触部21产生一个再打火电弧18。然而，由于筒形磁性物体9的作用，浪涌电流得到减小，从而可靠地抑制了再打火浪涌电压。

在达到图2（c）所示的状态后，主接触部20和副接触部21都完全断开，断路开关就保持在断开线路的状态。

因此，这个实施例在不损害断路开关采用筒形磁性物体9抑制再打火电涌功能的情况下，可靠地防止了配置在系统中的一个断路器出现不能断开的故障。

在本发明中，有几种磁性材料，如坡莫合金、铁、铁涂氧等，都可以用来制造上述筒形磁性物体9，不过最好用铁涂氧。铁涂氧对几十千赫到几百千赫的高频电流分量衰减很大。

此外，在这个实施例中，浪涌电压产生在筒形磁性物体9的纵向上，可以达到系统工作电压峰值的二倍左右。因此，必需保证主固定构件6和副固定构件8的介电强度都经受得住这个浪涌电压。

当然，主固定构件6和主活动构件16以及副固定构件8和副活动构件17的整体结构要求考虑配置和尺寸的均衡，并且能正确控制因此而产生的随时间变化的电场，使得再打火电弧18不发生在主固定构件6和副活动构件17之间而确定发生在副固定构件8和副活动构件17之间。

图3是本发明的另一个实施例，该实例对图1所示的实例人了一些修改。在这个实施例中，固定构件部3的副导体7上装了一个有一个随动弹簧30的随动型副固定构件31。在断路开关断开线路期间，活动构件12开始朝箭头所示方向运动时，随动型副固定构件31由于随动弹簧30的伸展运动随着副活动构件17移动一段预定的距离，与之保持啮合。此后，随动型副固定构件31脱离副活动构件17，由于随动弹簧30的抗拉力的作用，恢复到原来的状态。

因此，采用图3所示的实施例，通过随动型副固定构件31跟随副活动构件17运动，确实防止了在主活动构件16脱离主固定构件6前就断开副接触部21的情况，从而消除了主活动构件16和主固定构件6之间产生再打火电弧的现象，确实保证再打火电弧18始终出现在随动型副固定构件31和副活动构件17之间。

下面参照图4来说明本发明的又一个实施例。

在图4所示的这个实例中，筒形磁性物体9配置在活动构件部4的最后脱离部分，如图4所示。在用作为一个导体的活动构件部的屏蔽罩11的左端有一个主固定接触件40，还有一个环形的主活动接触件42安装在导体15上，可以在导体的外表面上随着活动构件12的操作杆41一起运动。因此，在断路开关闭合期间，主活动接触件42与主固定接触件40接触，从而通过活动构件12、活动构件部的屏蔽罩11、主固定接触件40和主活动接触杆42形成了一个短路接触电路，使得在定常状态下，绝大部分线路电流流过活动构件12的活动构件部的屏蔽罩11，而不是流过导体15的套有筒形磁性物体9的那个部分，从而抑制了筒形磁性物体9的作用。

图5为导体15沿线A-A′剖开的，示出了从图4箭头方向所看到的情况。由图可见，在管状导体15上开了两条沿纵向延伸、在径向隔开的槽。主活动接触件42用一根穿过这两个槽的支承杆43固定到操作杆41上，使得活动接触件42可以与操作杆41一起滑动。

因此，与图2情况相同，可以得出图4所示的实施例的等效电路，如图6所示。在这个实例中，主固定接触件40和主活动接触件42构成一个第一主接触部200，而主固定构件6和活动构件12则构成一个第二主接触部210。此外，活动构件部的屏蔽罩11构成主电路22。

现在来说明图4所示的实施例的工作情况。首先，在定常状态，断路开关闭合供电线路，通过操作杆41的动作，活动构件12位于图中的右侧，与固定构件6啮合。同时，主活动接触件42与主固定接触件40啮合。

因此，在这时候第一主接触部200和第二主接触部210都是闭合的，其等效电流如图6（a）所示。由于导体15穿过筒形磁性物体9，具有较大的电感，因此绝大部分的线路电流（包括故障电流）不流过导体15，而流过由活动构件部的屏蔽罩11所构成的主电路22。这样就完全消除了线路电感的增大，确定排除了对配置在系统内的断路器的工作产生不良影响和使断开发生故障的可能性。

在断路开关执行断开的过程中，操作杆41开始朝图4左方运动。主活动接触件42在操作杆41上的安装位置这样选择，使得主活动接触件42随着操作杆41朝左运动时首先脱离主固定接触件40，等操作杆41向左移动了一段预定的距离后活动构件12再脱离固定构件6。

结果是，当断路开关开始断开一个电路的操作时，断路开关从如图6（a）所示情况转到图6（b）所示情况，第一主接触部200被断开，所有原来流过主电路22的电流都移到导体15。此后，如图6（c）所示，第二主接触部210开始断开，产生再打火电弧18。然而，在这个时候所有电流都已经移到了穿过筒形磁性物体9的导体15，由于断路开关的断开操作而产生的再打火浪涌电流通过被筒形磁性物体9所包围的导体15。这样，就在确定抑制了再打火浪涌电压的同时，完成了切断电路的操作。

图7是本发明的再一个实施例。在这个实例中，筒形磁性物体9配置在固定构件部3的最后脱离部分。在固定构件部用作为一个屏蔽罩的导体5上背离活动构件部4的那一侧装有一个主固定接触件50。还有一个环形的主活动接触件51，套在导体7的外周，可以在上面滑动。这个主活动接触件51接到一根联接杆52上。

在联接杆52的面朝活动构件12的那一端上装有一块推板53，而在联接杆52的另阵端则装有一根支持杆54。通过支持杆54，主活动接触件51固定到联接杆52上。联接杆52整个插在管形的导体7内，可以滑动。在定常状态，由于接块56所固定的回调弹簧55的作用，联接杆52处于如图所示的位置。此外，主活动接触件51和支持杆54之间的连接情况与图5所示的实例的情况相同，这二个构件通过沿导体7所示的槽相互连接。

现在来解释图7所示实例的工作情况。制，在定常状态下，断路开关闭合电路，活动构件12位于图的右方，与固定构件6接合，并且顶在推板53上，克服弹簧55的反作用力将联接杆52推到图后方，使得主活动接触件51与主固定接触件50啮合。

以上这个情况如果参照图6（a）、图6（b）和图6（c）加以解释的话，相当于图6（a）所示的情况，这与图4所示的实例情况相同。然而，在图7所示的实例中，第一主接触部200是由主固定接触件50和主活动接触件51组成的，第二主接触部210是由固定构件6和活动构件12组成的，而主电路22则是由固定构件方的用作屏蔽罩的导体5和安装支架10组成的。

因此，在这个定常状态下，绝大部分的线路电流流过由活动构件12、固定构件6、安装支架10、固定构件方用作屏蔽罩的导体5、主固定接触件50以及主活动接触件51所构成的低阻抗电路。由于有了这个短路接触电路，在定常状态下就抑制了筒形磁性物体9的影响，也充分消除了对系统中断路器的断路操作产生不良影响的可能性。

在断路开关进行断开电路的操作期间，当活动构件12从与固定构件6啮合的状态开始朝图7的左方运动时，联接杆52在弹簧55的作用下，随着活动构件12的运动，开始返向左方。结果，主活动接触件51首先脱离主固定接触件50，然后活动构件12也脱离了固定构件6，成为如图7所示的情况。从如图6（a）的定常状态起，工作情况相继成为如图6（b）和图6（c）所示的情况。因此，在断路开关断开电路的操作期间，再打火浪涌电流就确实流过筒形磁性物体9所包围的导体，可靠地抑制了再打火浪涌电压。

此外，在图1和图3所示的实施例中，副固定构件8和副活动构件17、随动型副固定构件31和副活动构件17实际上都组合成在定常状态下处于相互接触的状况，然而也可以组合成机械上不接触而保持相互之间留有一个小的间隙。如果这些副构件的组合作了如上调整，则由副固定构件8和副活动构件17或者随动型副固定构件31和副活动构件17所构成的电路在定常状态始终保持开路，这样就没有电流通过这个电路也就没有接触磨损的问题。

还有，图1至图7所示各实施例示出了本发明用于气体绝缘断路开关的一些情况，然而由图6可见，本发明可以用于通用的气体绝缘变电系统。也就是说，即使是为了抑制由气体绝缘断路开关31起的再打火电涌在气体绝缘的母线导体上某个合适位置套上一个筒形磁性物体的这种情况下，通过加接一个接触部，与线导体并联，也能达到本发明的目的。因此，下面在图8中示出了本发明用于通用气体绝缘变电系统时所构成的气体绝缘开关装置的一个具体实例。

由图8可见，在系统中处于某个合适位置的气体绝缘母线导体60上套有一个筒形磁性物体61，外面覆盖着一个对接地容器2保持绝缘的屏蔽罩62，它还用作为一个导体。此外，在用作为一个导体的屏蔽罩62和母线导体60上分别装有一个接触件63和64，而母线导体60上还装有一个可在上面滑动的环形活动构件65。

当活动构件65被推向图右方时，活动构件就与这两个接触件63、64都接触上，从而形成了一个短路接触电路66，该电路与母线导体60的套有筒形磁性物体61的部分并联。此外，在这个实例中，在活动构件65附近与屏蔽罩62相反的那一侧装有一个屏蔽罩67，以保持对接地容器2的绝缘。

用一根操作杆68可以使活动构件65在母线导体60上滑动，接通或断开接触电路66。

下面，对本实例的工作情况加以说明。接触电路66的受控情况如下。在定常状态下，一个与气体绝缘的母线导体60串联的气体绝缘断路开关是闭合着的。此时，除了故障电流为零的区域外，绝大部分的故障电流不通过筒形磁性物体61所围绕的导体60。只有在断路开关切断电路的过渡状态期间，所产生的再打火浪涌电流才通过筒形磁性物体61所围绕的导体60。为此，在分别为气体绝缘断路开关70和接触电路66配置的操作电路72和73之间接一个迟延电路74（如图9所示）以执行在断开气体绝缘开关70前立即断开接触电路66的控制顺序。

因此，就这个实例来说，通过在一个气体绝缘武装装置中位于某个适当位置的母线导休上套上一个筒形磁性物体61就可以有效地抑制可能出现的再打火浪涌电压。

下面，就上述实全的再打火浪涌电压的抑制效果加以说明。上述筒形磁性物体对浪涌电流所引起的损耗可以折合成一个等效电阻。如果将这个等效电阻选择成等于或大于气体绝缘母线的浪涌阻抗，则再打火浪涌电压就被抑制到低于2pu（其中1pu为系统对地的工作电压的峰值）。

按照本发明，在采用了筒形磁性物体的气体绝缘断路开关和气体绝缘开关装置中，在定常工作状态下筒形磁性物体的作用受到抑止，因此消除了在切断故障电流期间出现在断路器两端的恢复电压的额外增长，这是因为筒形磁性物体的存在和这故障电流是由断路器切断的。但是，在断路开关的断开和闭俣的操作期间，筒形磁性物体就起了作用，充分地抑止了在气体绝缘断路开关上所产生的再打火浪涌电压。

Claims (12)

1、一种用于变电站的气体绝缘开关装置，其中，在该系统中的一根导电母线上套有一个抑止出现在一个断路开关上的再打火电涌的筒形磁性物体，所述气体绝缘开关装置的特征是：有一个与套有被筒形磁性物体的导体部分并联的短路接触电路，这个短路接触电路在断路开关断开接触前起动断开接触的操作，而在断路开关处于接触断开状态期间一直保持处在接触断开状态。

2、一种按权利要求1提出的气体绝缘开关装置，其特征是：所述短路接触电路的导电线由一个用作筒形磁性物体屏蔽构件的筒形导电物体构成。

3、一种按权利要求2提出的气体绝缘开关装置，其特征是：所述短路接触电路的接触部由一个在用作筒形磁性物体屏蔽构件的筒形导电物体端部形成的主固定构件和一个可沿靠近套在筒形磁性物体内的导电部分的部分滑动的环形活动构件构成。

4、一种气体绝缘断路开关，该开关有一个其中围有部分内导体的用来抑止再打火电涌的筒形磁性物体，所述气体绝缘断路开关的特征是：有一个与套在筒形磁性物体内的导体部分并联的短路接触电路，该短路接触电路在断路开关断开接触前起动断开接触的操作，而在断路开关处于接触断开状态期间一直保持处于接触断开状态。

5、一种按权利要求4提出的气体绝缘断路开关，其特征是：所述短路接触电路的导电线由一个用作筒形磁性物体的屏蔽构件的筒形导电物体构成，而所述短路接触电路的接触部由一个在用途筒形磁性物体屏蔽构件的筒形导电物体端部形成的主固定构件和一个可与这个主固定构件啮合、固定在一个在端部还形成一个副活动构件的活动构件上的主活动构件构成。

6、一种按权利要求5提出的气体绝缘断路开关，其特征是：所述储活动构件和一个位于装有筒形磁性物体的一个导体的端部的副固定构件组合成即使在断路开关接触闭合的定常状态下中间仍留有一个窄的间隙，保持不互相接触。

7、一种按权利要求1提出的气体绝缘开关装置，其特征是：所述筒形磁性物体由一种铁涂氧磁芯材料制成，这种材料由于有对具有高于几十千赫的高频分量的电流的电阻部分，增大了损耗。

8、一种按权利要求4提出的气体绝缘断路开关，其特征是：所述筒形磁性物体由一种铁涂氧磁芯材料制成，这种材料由于有对具有高于几十千赫的高频分量的电流的电阻部分，增大了损耗。

9、一种按权利要求1至3提出的气体绝缘开关装置，其特征是：所述筒形磁性物体对电涌造成的损耗在折合成等效电阻时等于或大于导电母线的电涌阻抗。

10、一种按权利要求4至8提出的气体绝缘断路开关，其特征是：所述筒形磁性物体对电涌造成的损耗在折合成等效电阻时等于或大于系统电电母线的电涌阻抗。

11、一种按权利要求5提出的气体绝缘断路开关，其特征是：有一个可与副活动构件啮合的副固定构件配置在一个上面装有筒形磁性物体的导体的端部。

12、一种按权利要求11提出的气体绝缘断路开关，其中所述副固定构件是一个具有一个随动弹簧的随动型副固定构件，该构件在短路接触电路断开后由于随动弹簧的伸展运动随副活动构件移动一段预定的距离。

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