CN107564761B - 自动化负荷开关及其控制系统及断路态和导通态方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力开关技术领域，是一种自动化负荷开关及其控制系统及断路态和导通态方法包括左端固定壳体、右端固定壳体和滑动电极传导机构，左端固定壳体的右端和滑动电极传导机构左端固定安装在一起，滑动电极传导机构的右端与右端固定壳体的左端固定安装在一起，左端固定壳体、滑动电机传导机构以及右端固定壳体形成密闭的空腔，在左端固定壳体与滑动电极传导机构形成的左部空腔内设有抵在滑动电极传导机构内壁上的导电传动杆，导电传动杆的左、右两端分别固定连接有滑动电极活塞头和磁性气密活塞头，右端固定壳体的右部设有环形失电型电磁铁。本发明采用活动腔室的结构将电极的断开运动与灭弧气体注入的操作相结合，结构更简单，灭弧效果更好。

Description

自动化负荷开关及其控制系统及断路态和导通态方法

技术领域

本发明涉及电力开关技术领域，是一种自动化负荷开关及其控制系统及断路态和导通态方法。

背景技术

高压负荷开关安装在户外交流高压环网柜的内壳中，环网柜可作为配电系统环网供电或辐射网供电及无人值守的开闭站的主要开关设备。现有的高电压负荷开关使用无线驱动继电器技术实现自动化控制，采用的是直接驱动的方法。然而由于继电器本身所需要的驱动功耗较大，且便携式仪表仪器对电源的能耗要求更高，使得现有技术中直接驱动的方法，容易造成能源的大量消耗、降低仪器仪表的使用寿命，并且使用过程中开关的稳定性和便利性都不高。

现有的高压负荷开关的真空灭弧室裸露于或者半封闭安装于主绝缘框架中，在有灰尘的环境中，其绝缘效果不佳，同时，真空灭弧室中产生的电弧容易外泄，导致安全隐患。高压负荷开关的连接结构的连接点多，由此增加回路的电阻。

发明内容

本发明提供了一种自动化负荷开关及其控制系统及断路态和导通态方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的高压负荷开关的结构复杂，绝缘效果差存在安全隐患以及高压负荷开关自动化控制时存在稳定性差、使用不便的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种自动化负荷开关包括左端固定壳体、右端固定壳体和滑动电极传导机构，所述左端固定壳体的右端和滑动电极传导机构左端固定安装在一起，滑动电极传导机构的右端与右端固定壳体的左端固定安装在一起，所述左端固定壳体、滑动电机传导机构以及右端固定壳体形成密闭的空腔，在左端固定壳体与滑动电极传导机构形成的左部空腔内设有抵在滑动电极传导机构内壁上的导电传动杆，所述导电传动杆的左端固定连接有滑动电极活塞头，导电传动杆的右端固定连接有磁性气密活塞头，右端固定壳体的右部设有抵在右端固定壳体内壁上的环形失电型电磁铁；在左端固定壳体上分别设有至少一个侧气孔和至少一个排气孔，左端固定壳体上固定有与侧气孔一一对应的侧气孔连接器，左端固定壳体的左侧固定连接有固定接触电极，在固定接触电极外壁上设有电极A端，固定接触电极的左部开有直气孔导气通孔，直气孔导气通孔与左端固定壳体内腔相连通，固定接触电极的左侧设有与直气孔导气通孔相连通的第一直气孔连接器，滑动电机传导机构包括电极B端和滑动电极传导壳体，滑动电极传导壳体的内腔形成环形导电液安装槽，电极B端设在滑动电极传导壳体的外侧，导电液安装槽的一侧设有导流孔，导流孔的出口处设有导电液密封件，所述右端固定壳体的外侧套装有电磁脉冲线圈，在右端固定壳体的右侧设有第二直气孔连接器，第一直气孔连接器分别与第二直气孔连接器和侧气孔连接器通过导气管连接在一起。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述所述固定接触电极与左端固定壳体的连接处固定安装有密封线圈，所述左端固定壳体的右端、右端固定壳体的左端与导电传动杆连接处均固定安装有密封圈。

上述在电磁脉冲线圈左侧的右端固定壳体外壁上设有排气孔，所述排气孔至少有一个。

上述所述直气孔导气通孔内壁上设有内螺纹，失电型电磁铁的内壁上设有内螺纹，第一直气孔连接器的右部和第二直气孔连接器的左部均设有外螺纹，第一直气孔连接器通过螺纹固定安装在固定接触电极上，第二直气孔连接器通过螺纹固定安装在失电型电磁铁上。

上述所述侧气孔内壁上设有内螺纹，侧气孔连接器上设有与侧气孔内壁上的内螺纹相对应的外螺纹，侧气孔连接器通过螺纹固定安装在左端固定壳体上；所述导电液安装槽的导流孔内壁上设有内螺纹，导电液密封件的上部设有外螺纹，导电液密封件通过螺纹固定连接在滑动电极传导壳体上。

上述所述失电型电磁铁的外壁与右端固定壳体的内壁通过粘合剂粘贴在一起。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种自动化负荷开关的控制系统包括微处理器模块、失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电源模块、微处理器供电降压模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块，失电型电磁铁驱动模块与失电型电磁铁电连接，电磁脉冲线圈驱动模块与电磁脉冲线圈电连接，所述微处理器模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电源模块分别与微处理器供电降压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块电连接，微处理器供电降压模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块以及微处理器模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电升压模块分别与电磁脉冲线圈电容充电监控模块和电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电监控模块与电磁脉冲线圈驱动模块电连接。

本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：上述自动化负荷开关控制系统断路态的工作方法包括以下步骤：

第一步，当电极A端或电极B端存在负荷电流时，电磁脉冲线圈以脉冲大电流的方式使S2线圈至S9线圈工作，电磁脉冲线圈吸引磁性气密活塞头向失电型电磁铁方向运动；

第二步，当磁性气密活塞头运动至S2线圈时，S2线圈停止供电，S3线圈开始工作；磁性气密活塞头运动至S3线圈时，S3线圈断电，S4线圈开始工作；磁性气密活塞头由左至右依序经过S2线圈至S9线圈；

第三步，当磁性气密活塞头运动至失电型电磁铁时，会被失电型电磁铁的磁性吸引并固定，从而完成整个自动化负荷开关的负荷断路的操作。

本发明的技术方案之四是通过以下措施来实现的：上述自动化负荷开关控制系统导通态的工作方法，包括以下步骤：

第一步，通电后，失电型电磁铁失去其磁性，电磁脉冲线圈由S8线圈至S1线圈开始工作，从S8线圈开始供电，磁性气密活塞头被吸引至S8线圈处；

第二步，S8线圈断电，S7线圈开始工作，磁性气密活塞头被吸引至S7线圈时，S7线圈断电，S6线圈开始工作，电磁脉冲线圈由S8线圈至S1线圈依序吸引磁性气密活塞头，直至S1线圈工作，磁性气密活塞头被吸引至导电传动杆的右端，之后进入导通态；

第三步，导通态时，电极A端与电极B端形成短路，电流从电极A端进入滑动电极活塞头内，进而经过导电传动杆传导，由导电液导入电极B端；同时，电磁脉冲线圈内的S1线圈工作，吸引并固定磁性气密活塞头，从而使固定接触电极与滑动电极活塞头紧紧连接在一起。

本发明采用活动腔室的结构将电极的断开运动与灭弧气体注入的操作相结合，结构更简单，更方便实现灭弧的作用。采用气密的活动腔室使灭弧气体在密闭的腔体内流动，避免了灭弧气体的流失，有效降低了安全隐患。采用导电液实现左端固定壳体和右端固定壳体之间导电，进而实现了滑动电极活塞头和磁性气密活塞头两个活动器件之间导电，有效降低了上述两个活动器件之间的电阻率。

附图说明

附图1为本发明实施例1的主视半剖视结构示意图。

附图2为本发明实施例2的电路控制框图。

附图中的编码分别为：1为左端固定壳体，2为右端固定壳体，3为导电传动杆，4为滑动电极活塞头，5为磁性气密活塞头，6为失电型电磁铁，7为侧气孔，8为排气孔，9为固定接触电极，10为电极A端，11为第一直气孔连接器，12为电极B端，13为导电液安装槽，14为导电液密封件，15为电磁脉冲线圈，16为第二直气孔连接器，17为导气管，18为侧气孔连接器,19为密封线圈，20为密封圈,21为直气孔导气通孔,22为滑动电极传导壳体。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2所示，自动化负荷开关包括左端固定壳体1、右端固定壳体2和滑动电极传导机构，所述左端固定壳体1的右端和滑动电极传导机构左端固定安装在一起，滑动电极传导机构的右端与右端固定壳体2的左端固定安装在一起，所述左端固定壳体1、滑动电机传导机构以及右端固定壳体2形成密闭的空腔，在左端固定壳体1与滑动电极传导机构形成的左部空腔内设有抵在滑动电极传导机构内壁上的导电传动杆3，所述导电传动杆3的左端固定连接有滑动电极活塞头4，导电传动杆3的右端固定连接有磁性气密活塞头5，右端固定壳体2的右部设有抵在右端固定壳体2内壁上的环形失电型电磁铁6；在左端固定壳体1上分别设有至少一个侧气孔7和至少一个排气孔8，左端固定壳体1上固定有与侧气孔7一一对应的侧气孔连接器18，左端固定壳体1的左侧固定连接有固定接触电极9，在固定接触电极9外壁上设有电极A端10，固定接触电极9的左部开有直气孔导气通孔21，直气孔导气通孔21与左端固定壳体1内腔相连通，固定接触电极9的左侧设有与直气孔导气通孔21相连通的第一直气孔连接器11，滑动电机传导机构包括电极B端12和滑动电极传导壳体22，滑动电极传导壳体22的内腔形成环形导电液安装槽13，电极B端12设在滑动电极传导壳体22的外侧，导电液安装槽13的一侧设有导流孔，导流孔的出口处设有导电液密封件14，所述右端固定壳体2的外侧套装有电磁脉冲线圈15，在右端固定壳体2的右侧设有第二直气孔连接器16，第一直气孔连接器11分别与第二直气孔连接器16和侧气孔连接器18通过导气管17连接在一起。

实际工作时，这里的电极A端10和电极B端12分别与高压电网上相对应的电线连接，电磁脉冲线圈15可采用环氧树脂粘合的方式套装在右端固定壳体2的外层，电磁脉冲线圈15内可设有9个电磁线圈，分别为S1线圈至S9线圈，电磁脉冲线圈15由外接的控制系统驱动。左端固定壳体1和右端固定壳体2均采用可导电的金属制作而成；第一直气孔连接器11为六氟化硫（SF6）气体入气口，在由左端固定壳体1、滑动电极传导机构和右端固定壳体2形成的空腔内充满六氟化硫（SF6）气体，使整个空腔内持续保持充满六氟化硫气体，六氟化硫气体起到灭弧的作用。第一直气孔连接器11与侧气孔连接器18之间可通过导气管17连接，形成六氟化硫气体通道，从侧气孔连接器18进入的六氟化硫气体直接对应滑动电机活塞头4，进一步起到灭弧的作用。在导电液安装槽13内装满导电液，导电液可采用DBSA掺杂的导电态聚苯胺溶液或者采用导电性能更好的石墨烯分散液。

本发明采用活动腔室的结构将电极的断开运动与灭弧气体注入的操作相结合，使灭弧气体在密闭的腔体内流动，结构更简单，更方便实现灭弧的作用。避免了灭弧气体的流失，有效降低了安全隐患。采用导电液实现左端固定壳体和右端固定壳体之间导电，进而实现了滑动电极活塞头4和磁性气密活塞头5两个活动器件的导电，有效降低了滑动电极活塞头4和磁性气密活塞头5之间的电阻率。

可根据实际需要，对上述自动化负荷开关作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，所述固定接触电极9与左端固定壳体1的连接处固定安装有密封线圈19，所述左端固定壳体1的右端、右端固定壳体2的左端与导电传动杆3连接处均固定安装有密封圈20。

如附图1所示，在电磁脉冲线圈15左侧的右端固定壳体外壁上设有排气孔8，所述排气孔8至少有一个。

如附图1所示，所述直气孔导气通孔21内壁上设有内螺纹，失电型电磁铁6的内壁上设有内螺纹，第一直气孔连接器11的右部和第二直气孔连接器16的左部均设有外螺纹，第一直气孔连接器11通过螺纹固定安装在固定接触电极9上，第二直气孔连接器16通过螺纹固定安装在失电型电磁铁6上。

如附图1所示，所述侧气孔7内壁上设有内螺纹，侧气孔连接器18上设有与侧气孔7内壁上的内螺纹相对应的外螺纹，侧气孔连接器18通过螺纹固定安装在左端固定壳体1上；所述导电液安装槽13的导流孔内壁上设有内螺纹，导电液密封件14的上部设有外螺纹，导电液密封件14通过螺纹固定连接在滑动电极传导壳体22上。

如附图1所示，所述失电型电磁铁6的外壁与右端固定壳体2的内壁通过粘合剂粘贴在一起。

实施例2：如图2所示，一种上述自动化负荷开关的控制系统包括微处理器模块、失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电源模块、微处理器供电降压模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块，失电型电磁铁驱动模块与失电型电磁铁6电连接，电磁脉冲线圈驱动模块与电磁脉冲线圈15电连接，所述微处理器模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电源模块分别与微处理器供电降压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块电连接，微处理器供电降压模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块以及微处理器模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电升压模块分别与电磁脉冲线圈电容充电监控模块和电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电监控模块与电磁脉冲线圈驱动模块电连接。

实际工作时，微控制器模块控制失电型电磁铁驱动模块和电磁脉冲线圈驱动模块，驱动代码存储在微控制器中，失电型电磁铁驱动模块与电磁脉冲线圈驱动模块分别控制失电型电磁铁6和电磁脉冲线圈15的运动，从而实现自动化负荷开关的导通与断开，自动化负荷开关的具体工作方法见实施例3和实施例4。

实施例3：如图1、2所示，上述自动化负荷开关控制系统断路态的工作方法包括以下步骤：

第一步，当电极A端10或电极B端12存在负荷电流时，电磁脉冲线圈15以脉冲大电流的方式使S2线圈至S9线圈工作，电磁脉冲线圈15吸引磁性气密活塞头5向失电型电磁铁6方向运动；

第二步，当磁性气密活塞头5运动至S2线圈时，S2线圈停止供电，S3线圈开始工作；磁性气密活塞头5运动至S3线圈时，S3线圈断电，S4线圈开始工作；磁性气密活塞头5由左至右依序经过S2线圈至S9线圈；

第三步，当磁性气密活塞头5运动至失电型电磁铁6时，会被失电型电磁铁6的磁性吸引并固定，从而完成整个自动化负荷开关的负荷断路的操作。

上述自动化负荷开关的断路态的工作原理与多级电磁枪的工作原理相同。

由于磁性气密活塞头6的运动，使右端固定壳体2内的六氟化硫灭弧气体压缩，由第二直气孔连接器16通过导气管17经第一直气孔连接器11和侧气孔连接器18进入左端固定壳体1内进行灭弧的操作。六氟化硫气体导入左端固定壳体1空腔中的速率与导电传动杆3的运行速度成正相关，与电磁脉冲线圈15驱动磁性气密活塞头5的速度成正比，电磁脉冲线圈15内的线圈的驱动速度与控制系统中的电磁脉冲供线圈电容充电升压模块的电容的容量及电压成正相关，电容及电压越高，其容量越大，六氟化硫气体进行灭弧的速度也就越快。

实施例4：如图1、2所示，上述自动化负荷开关控制系统导通态的工作方法包括以下步骤：

第一步，通电后，失电型电磁铁6失去其磁性，电磁脉冲线圈15由S8线圈至S1线圈开始工作，从S8线圈开始供电，磁性气密活塞头5被吸引至S8线圈处；

第二步，S8线圈断电，S7线圈开始工作，磁性气密活塞头5被吸引至S7线圈时，S7线圈断电，S6线圈开始工作，电磁脉冲线圈15由S8线圈至S1线圈依序吸引磁性气密活塞头5，直至S1线圈工作，磁性气密活塞头5被吸引至导电传动杆3的右端，之后进入导通态；

第三步，导通态时，电极A端10与电极B端12形成短路，电流从电极A端10进入滑动电极活塞头4内，进而经过导电传动杆3传导，由导电液导入电极B端12；同时，电磁脉冲线圈15内的S1线圈工作，吸引并固定磁性气密活塞头5，从而使固定接触电极9与滑动电极活塞头4紧紧连接在一起。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种自动化负荷开关，其特征在于包括左端固定壳体、右端固定壳体和滑动电极传导机构，所述左端固定壳体的右端和滑动电极传导机构左端固定安装在一起，滑动电极传导机构的右端与右端固定壳体的左端固定安装在一起，所述左端固定壳体、滑动电极传导机构以及右端固定壳体形成密闭的空腔，在左端固定壳体与滑动电极传导机构形成的左部空腔内设有抵在滑动电极传导机构内壁上的导电传动杆，所述导电传动杆的左端固定连接有滑动电极活塞头，导电传动杆的右端固定连接有磁性气密活塞头，右端固定壳体的右部设有抵在右端固定壳体内壁上的环形失电型电磁铁；在左端固定壳体上分别设有至少一个侧气孔和至少一个排气孔，左端固定壳体上固定有与侧气孔一一对应的侧气孔连接器，左端固定壳体的左侧固定连接有固定接触电极，在固定接触电极外壁上设有电极A端，固定接触电极的左部开有直气孔导气通孔，直气孔导气通孔与左端固定壳体内腔相连通，固定接触电极的左侧设有与直气孔导气通孔相连通的第一直气孔连接器，滑动电极传导机构包括电极B端和滑动电极传导壳体，滑动电极传导壳体的内腔形成环形导电液安装槽，电极B端设在滑动电极传导壳体的外侧，导电液安装槽的一侧设有导流孔，导流孔的出口处设有导电液密封件，所述右端固定壳体的外侧套装有电磁脉冲线圈，在右端固定壳体的右侧设有第二直气孔连接器，第一直气孔连接器分别与第二直气孔连接器和侧气孔连接器通过导气管连接在一起。

2.根据权利要求1所述的自动化负荷开关，其特征在于所述固定接触电极与左端固定壳体的连接处固定安装有密封线圈，所述左端固定壳体的右端、右端固定壳体的左端与导电传动杆连接处均固定安装有密封圈。

3.根据权利要求1所述的自动化负荷开关，其特征在于电磁脉冲线圈左侧的右端固定壳体外壁上设有排气孔，所述排气孔至少有一个。

4.根据权利要求1或2或3所述的自动化负荷开关，其特征在于所述直气孔导气通孔内壁上设有内螺纹，失电型电磁铁的内壁上设有内螺纹，第一直气孔连接器的右部和第二直气孔连接器的左部均设有外螺纹，第一直气孔连接器通过螺纹固定安装在固定接触电极上，第二直气孔连接器通过螺纹固定安装在失电型电磁铁上。

5.根据权利要求1或2或3所述的自动化负荷开关，其特征在于所述侧气孔内壁上设有内螺纹，侧气孔连接器上设有与侧气孔内壁上的内螺纹相对应的外螺纹，侧气孔连接器通过螺纹固定安装在左端固定壳体上；所述导电液安装槽的导流孔内壁上设有内螺纹，导电液密封件的上部设有外螺纹，导电液密封件通过螺纹固定连接在滑动电极传导壳体上。

6.根据权利要求4所述的自动化负荷开关，其特征在于所述侧气孔内壁上设有内螺纹，侧气孔连接器上设有与侧气孔内壁上的内螺纹相对应的外螺纹，侧气孔连接器通过螺纹固定安装在左端固定壳体上；所述导电液安装槽的导流孔内壁上设有内螺纹，导电液密封件的上部设有外螺纹，导电液密封件通过螺纹固定连接在滑动电极传导壳体上。

7.根据权利要求1或2或3或6所述的自动化负荷开关，其特征在于所述失电型电磁铁的外壁与右端固定壳体的内壁通过粘合剂粘贴在一起。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的自动化负荷开关的控制系统，其特征在于包括微处理器模块、失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电源模块、微处理器供电降压模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块，失电型电磁铁驱动模块与失电型电磁铁电连接，电磁脉冲线圈驱动模块与电磁脉冲线圈电连接，所述微处理器模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电源模块分别与微处理器供电降压模块和电磁脉冲线圈电容充电监控模块电连接，微处理器供电降压模块分别与失电型电磁铁驱动模块、电磁脉冲线圈驱动模块、电磁脉冲线圈电容充电升压模块以及微处理器模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电升压模块分别与电磁脉冲线圈电容充电监控模块和电磁脉冲线圈驱动模块电连接，电磁脉冲线圈电容充电监控模块与电磁脉冲线圈驱动模块电连接。

9.一种如权利要求8所述的自动化负荷开关控制系统断路态的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，电极A端或电极B端存在负荷电流时，电磁脉冲线圈以脉冲大电流的方式使S2线圈至S9线圈工作，电磁脉冲线圈吸引磁性气密活塞头向失电型电磁铁方向运动；

第二步，当磁性气密活塞头运动至S2线圈时，S2线圈停止供电，S3线圈开始工作；磁性气密活塞头运动至S3线圈时，S3线圈断电，S4线圈开始工作；磁性气密活塞头由左至右依序经过S2线圈至S9线圈；

第三步，当磁性气密活塞头运动至失电型电磁铁时，会被失电型电磁铁的磁性吸引并固定，从而完成整个自动化负荷开关的负荷断路的操作。

10.一种如权利要求8所述的自动化负荷开关控制系统导通态的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，通电后，失电型电磁铁失去其磁性，电磁脉冲线圈由S8线圈至S1线圈开始工作，从S8线圈开始供电，磁性气密活塞头被吸引至S8线圈处；

第二步，S8线圈断电，S7线圈开始工作，磁性气密活塞头被吸引至S7线圈时，S7线圈断电，S6线圈开始工作，电磁脉冲线圈由S8线圈至S1线圈依序吸引磁性气密活塞头，直至S1线圈工作，磁性气密活塞头被吸引至右端固定壳体的左端，之后进入导通态；

第三步，导通态时，电极A端与电极B端形成短路，电流从电极A端进入滑动电极活塞头内，进而经过导电传动杆传导，由导电液导入电极B端；同时，电磁脉冲线圈内的S1线圈工作，吸引并固定磁性气密活塞头，从而使固定接触电极与滑动电极活塞头紧紧连接在一起。