CN107068484B - 一种基于植物油的高压直流快速开关及其分断方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于植物油的高压直流快速开关及其分断方法，基于植物油的高压直流快速开关包括快速驱动机构(1)、触头系统(2)和封闭罐体(3)，所述触头系统(2)置于灌有植物油的封闭罐体(3)内，所述触头系统(2)包括第一触头(4)和第二触头(5)，所述第一触头(4)与第二触头(5)可移动接触连接，所述快速驱动机构(1)经由绝缘拉杆(6)连接所述第一触头(4)，当开关分闸操作时，所述快速驱动机构(1)经由绝缘拉杆(6)使得第一触头(4)快速离开第二触头(5)且所述第一触头(4)和第二触头(5)之间充满植物油。

Description

一种基于植物油的高压直流快速开关及其分断方法

技术领域

本发明涉及高速开关技术领域，特别是一种基于植物油的高压直流快速开关及其分断方法。

背景技术

高压直流断路器是构建多端直流电网，实现能源大范围优化配置和可再生能源发电规模化并网的必须设备之一。由于高压直流系统发生短路故障时电流的上升速度很快，并且电流幅值高，因此对高压直流断路器的开断能力提出了很高要求。高压直流快速开关作为高压直流断路器的核心部件，需要在电流开断过程中快速打开，建立绝缘间隙，并可靠承受电流转移后的恢复过电压，这些要求使得高压直流快速开关的绝缘介质研究成为高压直流开断领域的难点问题。

传统的高压直流快速开关大多采用真空或者SF6作为绝缘介质。对于真空快速开关而言，由于其单个断口的耐压能力有限，因此随着系统电压的不断提升，其开断过程需要的断口数量激增，难以满足实际工况的应用需求。对于SF6快速开关而言，虽然其绝缘性能和灭弧性能优异，但由于SF6的温室效应极强，对环境影响非常大，并且低温环境下高压SF6会出现液化现象，进而降低快速开关耐压能力，因此在实际多端高压直流系统应用中仍然存在明显的不足。因此，寻找一种新型的具备高绝缘性能的环境友好型快速开关绝缘介质已经迫在眉睫。

专利文献CN1698150 A公开的浸在介电流体中用于切换高压电源的负载断路开关，所述负载断路开关包括：第一静接点，其构造成用于连接到高压电源上；第二静接点；非静止接点，其构造成便于处于第一位置和第二位置之间，在所述第一位置使所述第一静接点与所述第二静接点电气相连，在所述第二位置，使所述第一静接点与所述第二静接点电气断开，其中所述非静止接点在所述第一位置和所述第二位置之间的运动的区域包括一个燃弧区域；以及流体循环机构，其构造成用于使该介电流体经燃弧区域循环。该专利负载断路开关浸在介电流体的槽中，但该专利不环保，安全性低且响应不够迅速。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于植物油的环保型高压直流快速开关。相比于传统的快速开关绝缘介质，其绝缘性能更为优越。相关研究已经表明，植物油的绝缘击穿强度远高于真空介质，并且优于6个大气压下的SF6绝缘性能，是高压直流快速开关内部理想的绝缘介质。同时，植物油具有燃点高不易燃烧爆炸以及低温不易凝固等特点，可以满足极端工况下高压直流快速开关的绝缘耐压要求。此外，植物油还具有自然降解，对环境无污染等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一方面，一种基于植物油的高压直流快速开关包括快速驱动机构、触头系统和封闭罐体，所述触头系统置于灌有植物油的封闭罐体内，所述触头系统包括第一触头和第二触头，所述第一触头与第二触头可移动接触连接，所述快速驱动机构经由绝缘拉杆连接所述第一触头，当开关分闸操作时，所述快速驱动机构经由绝缘拉杆使得第一触头快速离开第二触头且所述第一触头和第二触头之间充满植物油。

在基于植物油的高压直流快速开关中，高压直流快速开关包括连接所述快速驱动机构的处理器，所述处理器接收分闸指令并控制快速驱动机构致动第一触头的致动速度和致动距离，所述处理器为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理器包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述高压直流快速开关为基于电磁斥力的机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的机械开关。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述第一触头和/或第二触头为动触头。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述触头系统为单侧机构驱动的动静触头或者基于双侧机构驱动的双动触头。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述触头系统运动方式为直动式、转动式或滑动式；触头系统的数量为一个或者多个。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述封闭罐体内的植物油为菜籽油、芝麻油、橄榄油、花生油、玉米油、棉籽油、红花油、豆油、葵花籽油等植物性油料中的一种或两种以上的混合物。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述快速驱动机构和触头系统之间处于气体绝缘中。

在基于植物油的高压直流快速开关中，所述快速驱动机构和触头系统均处于罐有植物油的封闭罐体中。

本发明的另一方面，一种利用所述的基于植物油的高压直流快速开关的分断方法包括以下步骤：

在第一步骤中，快速驱动结构收到分闸指令后，快速驱动机构拉动第一触头运动，触头系统打开。

在第二步骤中，植物油充满第一触头和第二触头之间的间隙。

本发明的有益效果：

一、本发明的触头系统之间使用与SF6气体绝缘性能相当的植物油作为绝缘介质，在触头分离时电弧熄灭容易，触头间耐压能力强，可以显著减小击穿发生的概率。

二、利用植物油实现高压直流快速开关内部绝缘，利用其在环境中容易生物降解的特性，可以避免绝缘介质对环境的影响。

三、植物油的凝点高，在零下低温条件下也不会凝结，保证了快速开关在低温环境中的工作可靠性。

四、植物油燃点在300℃以上，比传统的化工绝缘油100至200℃的燃点高出很多，不易发生绝缘油燃烧爆炸故障，保障了快速开关的安全工作。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图；

图3是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图；

图5是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图；

图7是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图；

图8是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图；

图10是根据本发明一个实施例的利用基于植物油的高压直流快速开关的分断方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种基于植物油的高压直流快速开关，基于植物油的高压直流快速开关包括快速驱动机构1、触头系统2和封闭罐体3，所述触头系统2置于灌有植物油的封闭罐体3内，所述触头系统2包括第一触头4和第二触头5，所述第一触头4与第二触头5可移动接触连接，所述快速驱动机构1经由绝缘拉杆6连接所述第一触头4，当开关分闸操作时，所述快速驱动机构1经由绝缘拉杆6使得第一触头4快速离开第二触头5且所述第一触头4和第二触头5之间充满植物油。

进一步地，在一个实施例中，绝缘拉杆6和所述第一触头4之间可设置气体绝缘机构7，进一步提高绝缘性能，进而提高安全性。

本发明的基于植物油的环保型高压直流快速开关的触头系统放置在封闭罐体内，所述的罐体内填充有植物油，用于取代现有高压直流快速开关中的SF6气体或者真空作为开关内部绝缘介质。所述植物油的绝缘击穿强度高于真空介质以及高压SF6介质，可以满足高压直流系统直流快速开关的应用需求。植物油可采用菜籽油、芝麻油、橄榄油、花生油、玉米油、棉籽油、红花油、豆油、葵花籽油等植物性油料中的一种或两种以上的混合物。同时，通过精炼、纳米添加等方式可以进一步提高植物油的绝缘性能。例如，经过精炼后的菜籽油工频击穿电压达到73kV，精炼后的花生油工频击穿电压达到74kV，绝缘性能比普通矿物油高出数倍。同时植物油具有比普通矿物油燃点高的优点，更加适用于可靠性要求高的高压直流快速开关的使用，植物油的生物降解性保证了其比传统的绝缘介质更加环保。

快速驱动机构1通过绝缘拉杆与触头连接，保证快速驱动机构回路与触头电路的电气隔离，同时可以快速驱动机构触头运动。触头系统放置在充满植物油的封闭管道内，植物油能够保证触头拉开时良好的绝缘。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，高压直流快速开关包括连接所述快速驱动机构1的处理器，所述处理器接收分闸指令并控制快速驱动机构1致动第一触头4的致动速度和致动距离，所述处理器为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理器包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

处理器可以预定设置分闸第一触头4和第二触头5的距离，当高压直流快速开关需要分闸操作时，处理器控制快速驱动机构动作，快速驱动机构拉动绝缘连接、拉杆及触头运动，触头开始打开，植物油充满整个触头间隙，形成良好的耐压和灭弧能力，大大地提高了快速开关的开断能力。同时，植物油的燃点很高，在燃弧过程中不会达到绝缘油的燃点而发生爆炸事故，提高快速开关工作的安全性；植物油在自然环境会生物降解，绝缘油的泄露和处理不会对环境造成污染，也不会像SF6气体一样造成严重的温室效应，使本发明所述的高压直流快速开关具有高度环保的特点。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述高压直流快速开关为基于电磁斥力的机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的机械开关。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述第一触头4和/或第二触头5为动触头。

在一个实施例中，图2是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图，图3是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图。如图2和3所示，在图2中，第一触头4和第二触头5接触连接，电流如箭头所示方向流通，图2的结构确保了第一触头4和第二触头5之间稳定的电连接，在图3中，快速驱动机构1将第一触头4和第二触头5脱离接触，植物油充满第一触头4和第二触头5之间的间隙。

在一个实施例中，图4是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图，图5是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图。如图4和5所示，在图4中，第一触头4包括设有多个触点的层状触头部分，第二触头5包括上下对应的多个接触凸起，所示接触凸起与触点可接触连接，第一触头4和第二触头5接触连接，电流如箭头所示方向流通，图4的结构确保了第一触头4和第二触头5之间稳定的电连接，在图5中，快速驱动机构1将第一触头4和第二触头5脱离接触，植物油充满第一触头4和第二触头5之间的间隙。

在一个实施例中，图6是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的合闸状态电流流向示意图，图7是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的触头系统的分闸状态结构示意图。如图6和7所示，在图6中，第一触头4包括两个分隔的触头部分，触头部分上设有多个触点，第二触头5包括上下对应的多个接触部分，所示接触部分与触点可接触连接，第一触头4和第二触头5接触连接，电流如箭头所示方向流通，图6的结构确保了第一触头4和第二触头5之间稳定的电连接，在图7中，快速驱动机构1将第一触头4和第二触头5脱离接触，植物油充满第一触头4和第二触头5之间的间隙。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述触头系统2为单侧机构驱动的动静触头或者基于双侧机构驱动的双动触头。图8是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图，如图8所示，所述触头系统2为基于双侧机构驱动的双动触头，在另一边设有另一个快速驱动机构1^/，第二触头5也是动触头，两边的快速驱动机构同时作动，这能够使得开关的响应速度提高一倍。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述触头系统2运动方式为直动式、转动式或滑动式，触头系统2的数量为一个或者多个。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述封闭罐体3内的植物油为菜籽油、芝麻油、橄榄油、花生油、玉米油、棉籽油、红花油、豆油、葵花籽油等植物性油料中的一种或两种以上的混合物。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述快速驱动机构1和触头系统2之间处于气体绝缘中。

在所述的基于植物油的高压直流快速开关的优选实施例中，所述快速驱动机构1和触头系统2均处于罐有植物油的封闭罐体3中。图9是根据本发明一个实施例的基于植物油的高压直流快速开关的结构示意图，如图9所示，快速驱动机构1和触头系统2均设在植物油中，这进一步提高了安全性。

图10是根据本发明一个实施例的利用基于植物油的高压直流快速开关的分断方法的步骤示意图。

一种利用所述的基于植物油的高压直流快速开关的分断方法包括以下步骤：

在第一步骤S1中，快速驱动结构1收到分闸指令后，快速驱动机构1拉动第一触头4运动，触头系统打开。

在第二步骤S2中，植物油充满第一触头4和第二触头5之间的间隙。

本发明的快速驱动机构拉动绝缘连接拉杆及触头运动，触头开始打开，植物油充满整个触头间隙，形成良好的耐压和灭弧能力，大大地提高了快速开关的开断能力。同时，植物油的燃点很高，在燃弧过程中不会达到绝缘油的燃点而发生爆炸事故，提高快速开关工作的安全性；植物油在自然环境会生物降解，绝缘油的泄露和处理不会对环境造成污染，也不会像SF6气体一样造成严重的温室效应，使本发明所述的高压直流快速开关具有高度环保的特点。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (5)

1.一种基于植物油的高压直流快速开关，所述高压直流快速开关包括快速驱动机构(1)、触头系统(2)和封闭罐体(3)，其特征在于：

所述触头系统(2)置于灌有植物油的封闭罐体(3)内，所述植物油选择如下植物油：所述植物油的绝缘击穿强度远高于真空介质，并且优于6个大气压下的SF₆绝缘性能，且：所述植物油通过精炼、纳米添加方式进一步提高植物油的绝缘性能；

所述触头系统(2)包括第一触头(4)和第二触头(5)，所述第一触头(4)与第二触头(5)可移动接触连接，第一触头(4)包括两个分隔的触头部分，触头部分上设有多个触点，第二触头(5)包括上下对应的多个接触部分，当所述接触部分与触点可接触连接，第一触头(4)和第二触头(5)接触连接；

所述快速驱动机构(1)经由绝缘拉杆(6)连接所述第一触头(4)，保证快速驱动机构回路与触头电路的电气隔离，且：当开关分闸操作时，所述快速驱动机构(1)经由绝缘拉杆(6)使得第一触头(4)快速离开第二触头(5)且所述第一触头(4)和第二触头(5)之间充满植物油，所述触头系统(2)为基于双侧机构驱动的双动触头，其运动方式为滑动式，所述快速驱动机构(1)和触头系统(2)均处于灌有植物油的封闭罐体(3)中，

所述高压直流快速开关还包括：连接所述快速驱动机构(1)的处理器，所述处理器接收分闸指令并控制快速驱动机构(1)致动第一触头(4)的致动速度和致动距离，所述快速驱动机构(1)和触头系统(2)之间处于气体绝缘中，且：所述绝缘拉杆(6)和所述第一触头(4)之间设置气体绝缘机构(7)；其中，

处理器预定设置分闸第一触头(4)和第二触头(5)的距离，

所述第一触头(4)和第二触头(5)为动触头，

且所述触头系统(2)为基于双侧机构驱动的双动触头，在另一边设有另一个快速驱动机构(1)，呈对称分布的：所述另一个快速驱动机构(1)经由另一个绝缘拉杆(6)连接所述第二触头(5)，所述另一个绝缘拉杆(6)和所述第二触头(5)之间设置另一个气体绝缘机构(7)；两边的快速驱动机构同时作动，这使得开关的响应速度提高一倍；

当高压直流快速开关需要分闸操作时，处理器控制快速驱动机构动作，快速驱动机构拉动绝缘连接、拉杆及触头运动，触头开始打开，植物油充满整个触头间隙，形成良好的耐压和灭弧能力，大大地提高了快速开关的开断能力；同时，植物油的燃点很高，在燃弧过程中不会达到绝缘油的燃点而发生爆炸事故，提高快速开关工作的安全性；植物油在自然环境会生物降解，绝缘油的泄露和处理不会对环境造成污染，也不会像SF6气体一样造成严重的温室效应，使得所述高压直流快速开关具有高度环保的特点。

2.根据权利要求1所述的基于植物油的高压直流快速开关，其特征在于，所述处理器为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理器包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM。

3.根据权利要求1所述的基于植物油的高压直流快速开关，其特征在于：所述高压直流快速开关为基于电磁斥力的机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的机械开关。

4.根据权利要求1所述的基于植物油的高压直流快速开关，其特征在于：所述触头系统(2)运动方式为直动式、转动式，触头系统(2)的数量为一个或者多个。

5.根据权利要求1所述的基于植物油的高压直流快速开关，其特征在于：所述封闭罐体(3)内的植物油为菜籽油、芝麻油、橄榄油、花生油、玉米油、棉籽油、红花油、豆油、葵花籽油植物性油料中的一种或两种以上的混合物。

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