CN108831806B - 一种控制电流快速转移的装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制电流快速转移的装置、方法及系统，包括：第一金属电极、第二金属电极、绝缘容器以及压控材料；压控材料设置于绝缘容器内，第一金属电极和第二金属电极与压控材料串联，第一金属电极的另一端输入系统电流，第二金属电极的另一端输出系统电流，系统电流从灭弧室静触头输入，从灭弧室动触头输出；第二金属电极另一端与压缩弹簧连接，压缩弹簧另一端连接第一斥力机构，第一斥力机构另一端连接永磁机构，灭弧室的动触头与第二斥力机构连接，第二斥力结构的另一端与永磁机构连接。本发明通过利用快速压力控制改变压控材料的阻值，进而提升其支路电压来实现电流的快速转移。本发明装置可以应用在电力系统中需要电流转移的场合中。
Description
技术领域
本发明涉及高压电力电子设备技术领域，尤其涉及一种采用压控特性升压驱使电流快速转移的装置、方法及系统。
背景技术
随着我国经济的不断发展，电网的规模也越来越庞大，对交直流、大容量、智能化断路器的需求也越来越多，利用电弧电流并联转移的方法在混合式直流开断、交流故障限流等领域中具有广泛的应用。
目前电力系统中将故障电流转移至并联线路中，一般依靠电力开关打开，电弧电压驱动电流转移，会导致转移速度过慢或者只能在电流过零点处完成，对电力设备的保护不及时，造成严重的损害。在直流开断领域中，通常是利用电力电子开关与机械开关混合应用。主支路由机械开关与电力电子器件串联组成，当需要开断时，电力电子器件截止，将电流转移转移至并联的电力电子阵列中，由并联支路完成强制开断。但此种方法受限于电子电子器件的通流能力，且经济性不高。
发明内容
本发明提供一种采用压控特性升压驱使电流快速转移的装置、方法及系统，以克服上述技术问题。
本发明控制电流快速转移的装置，包括：
金属电极、绝缘容器、压控材料单元、灭弧室、压缩弹簧、第一斥力机构、第二斥力机构以及用于合闸的永磁机构；
所述压控材料单元包括：第一金属电极、第二金属电极、绝缘容器以及压控材料；所述压控材料设置于所述绝缘容器内，所述第一金属电极和所述第二金属电极与所述压控材料串联，所述第一金属电极的另一端输入系统电流，所述第二金属电极的另一端输出所述系统电流，所述系统电流从所述灭弧室静触头输入，从所述灭弧室动触头输出；
所述第二金属电极另一端与所述压缩弹簧连接，所述压缩弹簧另一端连接所述第一斥力机构，所述第一斥力机构另一端连接所述永磁机构，所述灭弧室的动触头与所述第二斥力机构连接，所述第二斥力机构的另一端与所述永磁机构连接。
进一步地，所述压控材料为阻值可以随压力改变的金属或金属化合物。
进一步地，所述灭弧室为真空灭弧室或者气体灭弧室。
本发明还提供了一种控制电流快速转移的方法，包括：
将压控材料单元的第一金属电极一端和灭弧室的动触头一端分别与电流转移支路并联；
驱动第一斥力机构动作，所述第一斥力机构带动连接杆向下运动，与所述连接杆连接的压缩弹簧带动压控材料单元的第二金属电极向下运动；
驱动第二斥力机构动作，所述第二斥力机构带动所述动触头向下运动以使灭弧室断开。
本发明还提供一种控制电流快速转移的系统，包括：
多个串联的所述的控制电流快速转移装置、时序控制单元；
所述时序控制单元与装置的第一斥力机构和第二斥力结构连接，所述时序控制单元用于控制压控材料及灭弧室的动作。
本发明中的待转移支路可以是限流电抗器，通过升压单元将故障电流快速转移至限流电抗器，从而完成故障限流的功能；待转移支路也可以是电力电子器件，通过将直流电流快速转移至电力电子器件，完成直流开断的功能。本发明中各个单元的造价较低，可以应用在故障电流转移及直流开断等多种需要电流转移的领域，降低了电流转移装置的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采用压控特性升压驱使电流快速转移的装置结构示意图；
图2为本发明采用压控特性升压驱使电流快速转移装置对应电路原理图；
图3为本发明压控材料电阻与压力的关系图；
图4为本发明采用压控特性升压驱使电流快速转移的方法流程图；
图5为本发明采用压控特性升压驱使电流快速转移的系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明采用压控特性升压驱使电流快速转移的装置结构示意图，如图1所示，本实施例的装置，包括：
压控材料单元101、灭弧室102、压缩弹簧103、第一斥力机构104、第二斥力机构105以及用于合闸的永磁机构106；
所述压控材料单元101包括：第一金属电极107、第二金属电极108、绝缘容器109以及压控材料110；所述压控材料设置于所述绝缘容器内，所述第一金属电极和所述第二金属电极与所述压控材料串联，所述第一金属电极的另一端输入系统电流，所述第二金属电极的另一端输出所述系统电流，所述系统电流从所述灭弧室静触头输入，从所述灭弧室动触头输出；
所述第二金属电极另一端与所述压缩弹簧连接，所述压缩弹簧另一端通过连接结构111和连接杆112连接所述第一斥力机构，所述第一斥力机构另一端连接所述永磁机构，所述灭弧室的动触头与所述第二斥力机构连接，所述第二斥力结构的另一端与所述永磁机构连接。
进一步地，所述压控材料为阻值可以随压力改变的金属或金属化合物。
进一步地，所述灭弧室为真空灭弧室或者气体灭弧室，其内部电弧发生、发展特性受与之串联的压控材料单元的物理特性影响。
如图2所示，本发明采用压控特性升压驱使电流转移的电路原理图，本发明实施的单元包括：
压控材料模块201、断路器灭弧室202、待转移支路203、避雷器204、时序控制单元205；
所述压控材料模块与断路器灭弧室串联，组成升压单元，升压单元与待转移支路、避雷器并联。压控材料模块可以根据实际需要进行多级串联使用，每一级模块及断路器灭弧室均可由时序控制单元进行控制。时序控制单元可以为单片机，通过编程控制不同输出信号的时间间隔，控制相应的永磁-斥力操动机构动作，进而控制压控材料模块与断路器灭弧室的动作时序。
本发明具体工作原理为：正常状态下，压控材料承受压力，呈现低阻态，断路器灭弧室闭合，主电流流过压控材料模块与断路器灭弧室，待转移支路与避雷器中基本没有电流流过。当需要电流转移时，时序控制单元输出信号使操动机构动作，进而减小压控材料承受的压力，压控材料电阻增大，两端电压升高，同时时序控制单元控制断路器灭弧室打开，产生电弧。压控材料模块与灭弧室共同作用，驱使电流转移至并联支路；在转移过程中，若并联支路上的电压达到避雷器的阈值电压时，避雷器导通，保护并联支路上的设备；当电流基本转移至并联支路后，灭弧室中电弧熄灭，形成机械断口，将此支路完全切断，并实现线路绝缘，电流完全流过并联的转移支路。
图4为本发明控制电流快速转移的方法，如图4所示，本实施例方法包括：
步骤101、将压控材料单元的第一金属电极一端和灭弧室的动触头一端分别与电流转移支路并联；
步骤102、驱动第一斥力机构动作，所述第一斥力机构带动连接杆向下运动，与所述连接杆连接的压缩弹簧带动压控材料单元的第二金属电极向下运动；
步骤103、驱动第二斥力机构动作，所述第二斥力机构带动所述动触头向下运动以使灭弧室断开。
具体而言，将压控材料单元的第一金属电极一端和灭弧室的动触头一端分别与电流转移支路并联；驱动第一斥力机构动作，该第一斥力结构带动连接杆向下运动，与该连接杆连接的压缩弹簧恢复至初始状态，受该压缩弹簧压力下的第二金属电极所受到的压力减小，从而压控材料的电阻增大。同时，第二斥力机构动作，带动灭弧室的动触头向下运动，灭弧室断开，产生电弧，以上二者共同作用，使升压单元的电压快速升高，驱使电流转移至并联的支路。
因灭弧室的电弧熄灭后，系统电压施加在所述灭弧室的断口上，当电流转移完成时，由该灭弧室断口完成系统耐压。在工作装置两端并联避雷器，若装置两端的过电压超过避雷器的阈值电压，避雷器动作后导通，电阻值变小，电流从该支路流过，限制该过电压，保护该转移装置。
当该方法应用于故障电流转移，并联支路可以是电抗器；当应用于直流开断时，并联支路可以是电力电子器件。
图5为本发明控制电流快速转移的系统，如图5所示，本实施例的系统，包括：
多个串联的如1所示的控制电流快速转移装置、时序控制单元；
所述时序控制单元与装置的第一斥力机构和第二斥力结构连接，所述时序控制单元用于控制压控材料及灭弧室的动作。
通过检测线路的电流信号，当需要进行电流转移时，所述时序控制单元用于控制压控材料及灭弧室的动作。
具体而言，通过时序控制单元调节各个装置之间的动作延时，即可控制多个压控材料及灭弧室的具体动作时序。图3为压控材料电阻与所承受的压力关系曲线图。由图3可知，压控材料的电阻与压力呈现非线性关系，当压力减小时，其阻抗迅速增大。过高的阻抗变化率容易引起非常高的过电压，从而对系统与电力设备造成很大的冲击。因此，为了减小过电压的冲击，使压控材料以串联的形式连接，并通过时序控制单元逐渐减小各级压力使电阻按照理想曲线变化，从而降低暂态过电压的影响。在驱动压控材料模块的同时，控制真空灭弧室打开。共同配合驱使电流转移至并联支路。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种控制电流快速转移的装置，其特征在于，包括：
压控材料单元、灭弧室、压缩弹簧、第一斥力机构、第二斥力机构以及用于合闸的永磁机构；
所述压控材料单元包括：第一金属电极、第二金属电极、绝缘容器以及压控材料；所述压控材料设置于所述绝缘容器内，所述第一金属电极和所述第二金属电极与所述压控材料串联，所述第一金属电极的另一端输入系统电流，所述第二金属电极的另一端输出所述系统电流，所述系统电流从所述灭弧室静触头输入，从所述灭弧室动触头输出；
所述第二金属电极另一端与所述压缩弹簧连接，所述压缩弹簧另一端连接所述第一斥力机构，所述第一斥力机构另一端连接所述永磁机构，所述灭弧室的动触头与所述第二斥力机构连接，所述第二斥力机构的另一端与所述永磁机构连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压控材料为阻值可以随压力改变的金属或金属化合物。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述灭弧室为真空灭弧室或者气体灭弧室，其内部电弧发生、发展特性受与之串联的压控材料单元的物理特性影响。
4.根据权利要求1所述装置控制电流快速转移的方法，其特征在于，包括：
将压控材料单元的第一金属电极一端和灭弧室的动触头一端分别与电流转移支路并联；
驱动第一斥力机构动作，所述第一斥力机构带动连接杆向下运动，带动与所述连接杆连接的压缩弹簧及压控材料单元的第二金属电极向下运动；
驱动第二斥力机构动作，所述第二斥力机构带动所述动触头向下运动以使灭弧室断开。
5.一种控制电流快速转移的系统，其特征在于，包括：
多个串联的如权利要求1所述的控制电流快速转移装置、时序控制单元；
所述时序控制单元与装置的第一斥力机构和第二斥力机构连接，所述时序控制单元用于控制压控材料及灭弧室的动作。
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