CN107331571B - 一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头及其控制方法，所述触头包括屏蔽罩、动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻；所述限制电阻一端与第一触头固定连接，另一端与静导电杆滑动连接；所述动导电杆一端与第二触头固定连接；所述动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻设置在屏蔽罩内部。本发明提供的技术方案通过加装限制电阻有效限制关合电容器组时产生的高频涌流的幅值，减少其对触头表面的熔焊破坏，同时限制开断电容器组时的恢复电压，减少对真空灭弧室的绝缘耐压考核，降低重击穿概率。
Description
技术领域
本发明涉及真空灭弧室触头，具体涉及一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头及其控制方法。
背景技术
在中压无功补偿系统运行过程中，因电网负载情况波动频繁，为调整系统功率因素、减少谐波、稳定电压和降低损耗，将会频繁地投入和切除容性负载。根据我国电网运行经验，每发出1kW的有功功率需1.2kvar～1.4kvar的无功才能维持电网的正常工作电压。据国外研究调查，真空断路器应用于容性电流操作每年可达300～700次，即每日有1～2次的分合操作。对于如此频繁的操作任务，比起其他气体开关，真空断路器本身的优点使得其更加适用于无功补偿系统中容性负载的投切操作，因此真空断路器容性电流开断技术成为当前国际电力开关设备领域的研究热点之一。
容性负载关合过程中会产生4250Hz、20kA的高频率涌流，其预击穿电弧会局部烧蚀触头表面并使触头发生熔焊。在开断电容器组时，熔焊区域将被拉开并破裂，然后在触头表面会形成宏观突起。这时真空灭弧室内部触头间的绝缘耐压能力会明显降低。在开断电流过零后，直流性质的恢复会施加于电压真空灭弧室触头两端，其中开断单相电容器组或三相负载中性点接地电容器组的峰值会达到2倍系统电压，开断三相负载中性点不接地电容器组的峰值会达到2.5倍系统电压。这使得真空断路器在开断容性电流后可能会发生重击穿现象，甚至于开断电流过零几秒后仍会发生延时重击穿现象。而重击穿产生的过电压会严重损坏开关本身以及其他电力系统设备，甚至造成人员伤亡。
因此限制高频涌流，减少其对触头表面的烧蚀破坏，是减少真空灭弧室重击穿概率的有效方法。采用限流电抗器或者电阻是最为直接有效的方法，然而这些额外组件的运行会带来多余能量的消耗以及降低电容器组补偿无功的工作效率。因此国内外大多采用了辅助开关和限流装置相互配合的方式，使得在真空断路器关合电容器组前投入限流装置，待合闸高频涌流衰减到零时，再将限流装置切除或者短路。但额外辅助开关的使用，在加大成本的同时，又加大了操作控制的难度。另外也可采用同步关合技术，计算得出真空断路器关合电容器组的最佳目标相位及其控制策略。但对于同步关合技术，其较为适合单相操作，对于三相系统，真空断路器每一相必须配备一套机构，否则无法将三相高频涌流全消除，这对控制和机构稳定性有着很高的要求。另外真空断路器在合闸过程中，存在预击穿现象，而预击穿开距会随合闸操作次数的增加发生不可预计的变化，这直接影响同步关合的性能。
发明内容
为了克服现有技术中真空灭弧室重击穿概率高、成本高、操作控制的难度大等缺点，针对真空灭弧室投切容性负载的特殊物理现象，提出了一种适用于投切电容器组的真空灭弧室触头结构，在合闸过程中可有效限制高频涌流的幅值，减少其对触头表面的熔焊破坏，同时在分闸过程中也可以有效限制恢复电压的幅值，减少对真空灭弧室的绝缘耐压考核，从而减少真空灭弧室重击穿概率。
本发明提供一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头，包括屏蔽罩、动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻；
所述限制电阻一端与第一触头固定连接，另一端与静导电杆滑动连接；
所述动导电杆一端与第二触头固定连接；
所述动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻设置在屏蔽罩内部。
所述静导电杆包括导电杆和一端中间位置与导电杆连接另一端中间位置开口的腔体。
所述限制电阻一端设置在静导电杆的腔体内与静导电杆滑动连接，另一端在静导电杆的腔体外与所述第一触头固定连接。
所述限制电阻与静导电杆的腔体间设有弹性元件。
所述第一触头和第二触头采用CuCr合金制成。
所述限制电阻采用铁镍合金、不锈钢基合金、金属价化合物或半导体材料制成。
所述屏蔽罩为两端中间位置设有开口的腔体，所述静导电杆与一端开口固定连接，所述动导电杆与另一端开口滑动连接。
本发明提供一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头控制方法，其特征在于，
合闸过程中，动导电杆受驱动力作用向上运动，当第二触头与第一触头相互接触后，第一触头和限制电阻开始向上运动，动导电杆受驱动力作用继续向上运动，此时回路导通，第一触头运动直至与静导电杆接触，将限制电阻短接；
分闸过程中，动导电杆受驱动力作用向下运动，静导电杆与第一触头分离，此时限制电阻逐渐接入电气回路中，动导电杆继续向下运动，第一触头运动到限制电阻的限制位置时，限制电阻和第一触头停止运动，此时第一触头与第二触头相互分离，产生电弧。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案，通过添加限制电阻有效限制关合电容器组时产生的高频涌流的幅值，减少其对触头表面的熔焊破坏，同时限制开断电容器组时的恢复电压，减少对真空灭弧室的绝缘耐压考核，从而降低重击穿概率，能装配在各种真空灭弧室中。
本发明提供的技术方案，成本低、操作控制的难度小。
附图说明
图1为本发明一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头合闸过程中的结构图；
图2为本发明一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头电容器组接入时的结构图；
图3为本发明一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头合闸后的结构图；
附图标记：1：动导电杆，2：第二触头，3：第一触头，4：限制电阻，5：静导电杆，6：弹性元件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种适用于投切电容器组的真空灭弧室触头，包括屏蔽罩、动导电杆1、静导电杆5、第一触头3、第二触头2和限制电阻4；
所述动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻设置在屏蔽罩内部；
所述限制电阻4一端与第一触头3固定连接，另一端与静导电杆滑动连接；
所述动导电杆1一端与第二触头2固定连接。
所述静导电杆5包括导电杆和一端中间位置与导电杆连接另一端中间位置开口的腔体。
所述限制电阻4一端设置在静导电杆5的腔体内与静导电杆5滑动连接，另一端在静导电杆5的腔体外与所述第一触头3固定连接。
所述限制电阻4与静导电杆5的腔体间设有弹性元件6。
所述第一触头3和第二触头2采用具有大电流开断能力和耐压性能优异的材料制成。
所述限制电阻4采用铁镍合金、不锈钢基合金、金属价化合物或半导体材料制成。
所述屏蔽罩为两端中间位置设有开口的腔体，所述静导电杆5与一端开口固定连接，所述动导电杆1与另一端开口滑动连接。
如附图1所示，限制电阻4下表面固定于第一触头3上表面中央位置，限制电阻4与静导电杆5滑动连接，并且在静导电杆5内部与限制电阻4上表面装配有处于压缩状态的弹性元件6，限制电阻4上表面活动区域限制于静导电杆5内部。另外，动导电杆1上表面固定于第二触头2下表面中央位置。第一触头3和第二触头2的触头材料可采用CuCr等大电流开断能力和耐压性能优异的材料。限制电阻4可采用铁镍合金、不锈钢基合金、金属价化合物以及半导体等电导率较大的材料。
此种真空灭弧室复合触头的控制方法如下：
合闸过程中，动导电杆1受驱动力作用向上运动，具体如图1所示。当第二触头2与第一触头3相互接触后，第一触头3和限制电阻4也开始运动，动导电杆1受驱动力作用继续压缩弹性元件6向上运动，如图2所示，此时回路已导通，电容器组已被真空灭弧室投入使用，但因限制电阻4的存在，投入电容器组时产生的高频涌流的幅值会显著下降，因此可有效减少高频涌流对触头表面的熔焊破坏作用。最后第一触头3运动直至与静导电杆5下表面接触，在电气连接上将限制电阻4进行短接，如图3所示。
在分闸过程中，动导电杆1受驱动力作用向下运动，静导电杆5下表面与第一触头3上表面分离，此时限制电阻4再次逐渐接入电气回路中，如图2所示。随着动导电杆1的继续运动，第一触头3将运动到限制电阻4的限制位置时，限制电阻4和第一触头3将停止运动，此时第一触头3与第二触头2相互分离，产生电弧，当电流零点时将电容器组从回路中切除，因限制电阻4的存在，剩余在电容器组的电压会限制下降，从而施加于真空灭弧室两端的恢复电压也将随之下降，这可有效减少对真空灭弧室的绝缘耐压考核。
因此这种触头结构可有效限制关合电容器组时产生的高频涌流的幅值，减少其对触头表面的熔焊破坏，同时也可以限制开断电容器组时的恢复电压，减少对真空灭弧室的绝缘耐压考核，从而降低重击穿概率，能装配在各种真空灭弧室中，特别适用于电力系统的无功补偿领域。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于投切电容器组的真空灭弧室触头控制方法，其特征在于，
合闸过程中，动导电杆受驱动力作用向上运动，当第二触头与第一触头相互接触后，第一触头和限制电阻开始向上运动，动导电杆受驱动力作用继续向上运动，此时回路导通，第一触头运动直至与静导电杆接触，将限制电阻短接；
分闸过程中，动导电杆受驱动力作用向下运动，静导电杆与第一触头分离，此时限制电阻逐渐接入电气回路中，动导电杆继续向下运动，第一触头运动到限制电阻的限制位置时，限制电阻和第一触头停止运动，此时第一触头与第二触头相互分离，产生电弧。
2.用于如权利要求1所述投切电容器组的真空灭弧室触头控制方法的真空灭弧室触头，其特征在于，所述真空灭弧室触头包括屏蔽罩、动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻；
所述限制电阻一端与第一触头固定连接，另一端与静导电杆滑动连接；
所述动导电杆一端与第二触头固定连接；
所述动导电杆、静导电杆、第一触头、第二触头和限制电阻设置在屏蔽罩内部。
3.如权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述静导电杆包括导电杆和一端中间位置与导电杆连接另一端中间位置开口的腔体。
4.如权利要求3所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述限制电阻一端设置在静导电杆的腔体内与静导电杆滑动连接，另一端在静导电杆的腔体外与所述第一触头固定连接。
5.如权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述限制电阻与静导电杆的腔体间设有弹性元件。
6.如权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述第一触头和第二触头采用CuCr合金制成。
7.如权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述限制电阻采用铁镍合金、不锈钢基合金、金属价化合物或半导体材料制成。
8.如权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述屏蔽罩为两端中间位置设有开口的腔体，所述静导电杆与一端开口固定连接，所述动导电杆与另一端开口滑动连接。
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