CN109036946A - 一种柜式高速机械开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柜式高速机械开关，包括一个等电位断口、一个或者多个隔环流断口、一个控制柜和一个触发回路，所述隔环流断口和等电位断口在控制柜外部相互串联；所述等电位断口通过等电位板与所述控制柜等电位连接，所述隔环流断口通过绝缘板与所述控制柜绝缘连接，所述触发回路位于控制柜内，用于触发所述隔环流断口和等电位断口同时开闸和合闸。本发明采用柜式安装结构将触发回路安装在控制柜内部，优化触发回路的运行环境，充分利用一拖二或者一拖多结构，将高速机械开关与控制柜相结合，实现电流母线与触发回路相分离的结构形式，减小结构体积、提高产品可靠性、可维护性等。

Description

一种柜式高速机械开关

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及一种柜式高速机械开关。

背景技术

近年来，电力系统容量逐年增大，电网短路电流随之增大，目前已经成为制约电网运行和发展的重要因素。因此，限制电力系统短路电流已成为一个有待解决的问题。传统机械开关，速度慢，是形成暂态稳定问题的重要条件，因此目前人们对于机械开关的研究主要致力于如何实现快速开闸和合闸。

但是由于机械开关开合闸过程中需要承受很大的绝缘电压，因此对机械开关各部件的耐压、耐热等能力的要求较高，现有技术中并没有关于如何对机械开关进行保护的研究，因此现有技术中的高速机械开关往往会因为个别部件的耐受能力低而无法承受较高的绝缘电压，并且使用寿命也较短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的机械开关存在电压等级低、运行环境差的技术问题，本发明提供了一种能够有效控制高速机械开关及触发回路运行环境，电气分布合理，结构紧凑，检修方便的柜式高速机械开关来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柜式高速机械开关，包括一个等电位断口、一个或者多个隔环流断口、一个控制柜和一个触发回路，所述隔环流断口和等电位断口在控制柜外部相互串联；所述等电位断口通过等电位板与所述控制柜等电位连接，所述隔环流断口通过绝缘板与所述控制柜绝缘连接，所述触发回路位于控制柜内，用于触发所述隔环流断口和等电位断口同时开闸和合闸。

被保护线路的电流在控制柜外部流入等电位断口，并依次流经各个隔环流断口，最后重新流入被保护线路，当被保护线路发生异常时，触发回路触发所述隔环流断口和等电位断口同时断开，并由多组串联的隔环流断口和等电位断口同时承受绝缘电压，而控制柜以及位于控制柜内部的触发回路与多个断口之间为单点等电位连接，保证断口与控制柜连接部分和触发回路等电位，避免触发回路内部击穿损坏，同时避免隔环流断口和等电位断口中的发热结构对触发回路的温度影响，优化触发回路的运行环境，因此在使用相同触发回路的前提下，本发明所述的柜式高速机械开关结构电压等级更高，安全性更高。

进一步的，所述等电位断口和隔环流断口均包括真空灭弧室和电磁斥力机构，所述真空灭弧室的静触头与被保护线路连接，动触头与电磁斥力机构连接；所述等电位断口和隔环流断口的真空灭弧室依次串联，所述电磁斥力机构的开闸线圈依次串联后与触发回路串联形成闭合回路，所述电磁斥力机构的合闸线圈依次串联后与触发回路串联形成闭合回路。

所述电磁斥力机构控制动触头接触或者远离静触头，实现被保护线路的连接和断开，被保护线路的电流依次经过相互串联所述等电位断口和隔环流断口的真空灭弧室后重新流入被保护线路，所述电磁斥力机构的开闸线圈和合闸线圈分别串联，保证每个电磁斥力机构的开合闸动作的一致性。

进一步的，所述真空灭弧室置于户外绝缘套管内，并通过上导电板、下导电板密封所述户外绝缘套管，进一步提高所述等电位断口和隔环流断口所能承受的绝缘电压，提高整体电压等级，并对真空灭弧室进行保护，真空灭弧室静触头固定于上导电板，动触头通过软连接与下导电板连接，所述等电位断口和隔环流断口的下导电板之间通过导电母排连接，实现等电位断口和隔环流断口之间的串联。

优选的，所述电磁斥力机构位于控制柜内部，所述等电位板位于所述等电位断口的下导电板和控制柜之间，所述绝缘板位于所述隔环流断口的下导电板和控制柜之间，避免隔环流断口和等电位断口中的发热结构对电磁斥力机构的温度影响。

进一步的，所述电磁斥力机构包括合闸线圈、开闸线圈、斥力盘和金属拉杆，所述斥力盘位于合闸线圈和开闸线圈之间，所述斥力盘通过金属拉杆与所述动触头固定连接，减轻运动部件质量，同时实现电磁斥力机构与动触头等电位。所述开闸线圈靠近所述动触头设置。

进一步的，所述触发回路由分闸储能电容、分闸触发开关、分闸续流二极管、合闸储能电容、合闸触发开关、合闸续流二极管构成；分闸储能电容和合闸储能电容用于外接充电设备，分闸续流二极管、合闸续流二极管分别与电磁斥力机构的开闸线圈和合闸线圈连接。

优选的，所述斥力盘上设有行程开关，用于监测斥力盘的位置信号，保证位置准确性。所述行程开关与所述触发回路电连接。

进一步的，所述斥力盘下方还设有液压缓冲器，所述液压缓冲器上部穿过所述开闸线圈，下部连接绝缘支撑板，所述绝缘支撑板通过可调螺杆与所述控制柜连接，使等电位断口与控制柜单点等电位连接，避免控制柜内部有电流通过。

优选的，所述户外绝缘套管为硅橡胶复合绝缘套管或者瓷套管。

优选的，所述隔环流断口设置有一个。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的柜式高速机械开关，采用柜式安装结构将触发回路安装在控制柜内部，同时采用等电位断口、隔环流断口两种安装形式，既能避免电流对触发回路的影响，也能避免隔环流断口和等电位断口中的发热结构对触发回路的温度影响，优化触发回路的运行环境，采用该多断口串联组柜方式组成的柜式高速机械开关能够承受的绝缘电压高达9kV，并能在3ms 内消除故障点电弧，有效保护设备和人身安全。

（2）本发明所述的柜式高速机械开关，采用户外绝缘套管密封形式保护真空灭弧室，保证真空灭弧室绝缘可靠性，避免环境问题对真空灭弧室绝缘性能影响。

（3）本发明采用一拖多结构，触发回路可同时驱动所有断口的运动，减少结构尺寸，同时保证所有断口动作一致性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1 是本发明所述的柜式高速机械开关的具体实施方式的等电位断口的结构示意图；

图2 是本发明所述的柜式高速机械开关的具体实施方式的隔环流断口的结构示意图；

图3 是本发明所述的柜式高速机械开关的具体实施方式的结构示意图；

图4 是本发明所述的柜式高速机械开关的具体实施方式的触发回路的电路连接示意图

图中，1、上导电板，2、真空灭弧室，2-1、动触头，2-2、静触头，3、户外绝缘套管，4、软连接，5、等电位板，6、下导电板，7、金属拉杆，8、电磁斥力机构，8-1、开闸线圈，8-2、合闸线圈，8-3、斥力盘，9、液压缓冲器，10、绝缘支撑板，11、可调螺杆，12、绝缘板，13、导电母排，14、行程开关，16、触发回路，17、控制柜，18、等电位断口，19、隔环流断口，20、分闸储能电容，21、分闸触发开关，22、分闸续流二极管，23、合闸储能电容，24、合闸触发开关，25、合闸续流二极管，26、充电设备。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图3所示，一种柜式高速机械开关，包括一个等电位断口18、一个或者多个隔环流断口19、一个控制柜17和一个触发回路16，隔环流断口19和等电位断口18在控制柜17外部相互串联；等电位断口18通过等电位板5与所述控制柜17等电位连接，隔环流断口19通过绝缘板12与控制柜17绝缘连接，触发回路16位于控制柜17内，用于触发隔环流断口19和等电位断口18同时开闸和合闸。

触发回路16是保证机械开关快速开合闸的重要部件，将其置于控制柜17内部，可以优化其运行环境，减少被保护线路电流对触发回路16的影响，将等电位断口18与控制柜17等电位连接，可以避免控制柜17与断口处形成悬浮电位造成控制柜17断裂，悬浮电位由于电压高，场强较集中，一般会使周围固体介质烧坏或炭化。由于等电位断口18与隔环流断口19必然存在微小电势差，为了避免被保护线路从控制柜17内分流，将隔环流断口19通过绝缘板12与控制柜17绝缘连接，使控制柜17与断口之间、控制柜17内部之间都等电位，预防电流流通。

本发明的一个具体实施例，如图1-4所示，一种柜式高速机械开关，包括一个等电位断口18、一个隔环流断口19、一个控制柜17和一个触发回路16，等电位断口18和隔环流断口19均包括真空灭弧室2和电磁斥力机构8，真空灭弧室2的静触头2-2与被保护线路连接，动触头2-1与电磁斥力机构8连接；等电位断口18和隔环流断口19的真空灭弧室2依次串联，电磁斥力机构8的开闸线圈8-1依次串联后与触发回路16串联形成闭合回路，电磁斥力机构8的合闸线圈8-2依次串联后与触发回路16串联形成闭合回路。

真空灭弧室2采用现有技术，真空灭弧室2是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是，通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生，根据实际工况选择合适的电压等级的真空灭弧室2，合闸状态为动触头2-1与静触头2-2接触，分闸状态为动触头2-1与静触头2-2断开，并保持一定的分开距离。被保护线路故障解除时，合闸线圈8-2所在线路导通，触发真空灭弧室2合闸，被保护线路断开时，开闸线圈8-1所在线路导通，触发真空灭弧室2分闸。

外部主回路电流从等电位断口18的静触头2-2进入真空灭弧室2，再从等电位断口18的动触头2-1流到隔环流断口19的动触头2-1，最后从隔环流断口19的静触头2-2流出，实现两个断口的真空灭弧室2之间的串联。

由于线路断开时真空灭弧室2内瞬时聚集的电压差可能对相邻电气元件（尤其是主回路电气元件）产生影响，因此通常会将真空灭弧室2与相邻电气元件绝缘隔开，最普遍的方法是用混有固化剂的环氧胶将电气元件进行绝缘密封，但是当本发明用于多个不同的电气环境时，则需要对每个电气元件进行绝缘密封，工作量很大，作为优选的，本发明将每个真空灭弧室2置于户外绝缘套管3内，并通过上导电板1、下导电板6密封户外绝缘套管3，真空灭弧室2的静触头2-2固定于上导电板1，动触头2-1通过软连接4与下导电板6连接，等电位断口18和隔环流断口19的下导电板6之间通过导电母排13连接，实现等电位断口18和隔环流断口19之间的串联，通过在真空灭弧室2外部套设户外绝缘套管3，使本发明能够适用于任何工况，而无需对外部的电气元件进行绝缘密封，工作量大大降低，并且便于将真空灭弧室2安装在控制柜17上。

由于电磁斥力机构8只与触发回路16电连接，不需要流通被保护电路电流，因此作为优选的，电磁斥力机构8位于控制柜17内部，等电位板5位于等电位断口18的下导电板6和控制柜17之间，绝缘板12位于隔环流断口19的下导电板6和控制柜17之间，避免隔环流断口19和等电位断口18中的发热结构对电磁斥力机构8的温度影响。

由于电磁斥力机构8和触发回路16均不受被保护电路电流的影响，因此所述柜式高速机械开关的电压等级仅与真空灭弧室2以及户外绝缘套管3承受的绝缘电压能力有关，当仅使用一个等电位断口18和一个隔环流断口19串联时，选用合适的真空灭弧室2，就能够使所述柜式高速机械开关承受的绝缘电压达到9kV左右，并能在3ms 内消除故障点电弧，有效保护设备和人身安全。断口数量越多，承受电压的能力越大，同时由于每个断口承受的电压并不是平均分配的，为避免过多的真空灭弧室2无法达到最佳工况，断口数量不宜过多。

作为优选的，电磁斥力机构8包括合闸线圈8-2、开闸线圈8-1、斥力盘8-3和金属拉杆7，斥力盘8-3位于合闸线圈8-2和开闸线圈8-1之间，斥力盘8-3通过金属拉杆7与动触头2-1固定连接，减轻运动部件质量，同时实现电磁斥力机构8与动触头2-1等电位。开闸线圈8-1靠近动触头2-1设置。安装时开闸线圈8-1和合闸线圈8-2分别通过支撑板（图中未画出）固定在控制柜17内，为了预防电流流通，支撑板优选用绝缘材料制成，当开闸线圈8-1通电时，开闸线圈8-1对斥力盘8-3产生斥力，斥力盘8-3带动动触头2-1与静触头2-2分离；当合闸线圈8-2通电时，合闸线圈8-2对斥力盘8-3产生斥力，斥力盘8-3带动动触头2-1与静触头2-2接触。

触发回路16通常包含储能元件和触发元件，触发元件根据分闸或者合闸命令使开闸线圈8-1或者合闸线圈8-2通电，储能元件用于充电和向开闸线圈8-1和合闸线圈8-2放电，作为优选的，如图4所示，触发回路16由分闸储能电容20、分闸触发开关21、分闸续流二极管22、合闸储能电容23、合闸触发开关24、合闸续流二极管25构成；分闸储能电容20和合闸储能电容23用于外接充电设备26，并分别与分闸、合闸触发开关21、24，以及上述电磁斥力操作机构中串联的分闸、合闸线圈8-1、8-2连接，分闸、合闸续流二极管22、25分别与电磁斥力操作机构中串联的分闸、合闸线圈8-1、8-2并联连接。

分闸、合闸储能电容23由外部充电设备26充电完成充电，当分闸触发开关21接到分闸命令后导通，使得分闸储能电容20对电磁斥力操作机构中两组串联的开闸线圈8-1放电，两组线圈中同时产生脉冲电流，并且在两个斥力盘8-3中产生方向相反的感应涡流，线圈中的脉冲电流的磁场与感应涡流的磁场相互作用，产生斥力，使得斥力盘8-3带动真空灭弧室2的动触头2-1向下运动，完成分闸动作。

当合闸触发开关24接到合闸命令后导通，使得合闸储能电容23对电磁斥力操作机构中两组串联的合闸线圈8-2放电，两组线圈中同时产生脉冲电流，并且在两个斥力盘8-3中产生方向相反的感应涡流，线圈中的脉冲电流的磁场与感应涡流的磁场相互作用，产生斥力，使得斥力盘8-3带动真空灭弧室2的动触头2-1向上运动，完成合闸动作。

为了降低分、合闸时间，分闸、合闸触发开关21、24的延时应尽量小，可以是晶闸管、IGBT等可靠型半导体器件，也可以是真空触发开关等导通速度极快的设备。

触发回路16的触发命令的检测和接收与专利号为CN201410638237.2，名称为“一种快速灭弧器、弧光保护系统及控制方法”的发明专利中弧光保护系统的控制方法相同。

为了确保真空灭弧室2的静触头2-2和动触头2-1准确断开和接触，作为优选的，斥力盘8-3上设有行程开关14，用于监测斥力盘8-3的位置信号，行程开关14与触发回路16电连接，行程开关14将斥力盘8-3的位置信息转化为电流信号传递至触发回路16，并通过触发回路16发送到控制室，便于工作人员观察通断状态，行程开关14的型号可以为 WLCL-Q。

作为优选的，斥力盘8-3下方还设有液压缓冲器9，液压缓冲器9上部穿过开闸线圈8-1，下部连接绝缘支撑板10，绝缘支撑板10通过可调螺杆11与控制柜17连接，使等电位断口18与控制柜17单点等电位连接，避免控制柜17内部有电流通过。液压缓冲器9采用现有技术，用于挡柱斥力盘8-3，防止开闸线圈8-1导通时因斥力过大导致斥力盘8-3撞击合闸线圈8-2或者控制柜17表面。液压缓冲器9底部由绝缘支撑板10支撑，并且绝缘支撑板10的的高度可调，可以适应不同大小的控制柜17，绝缘支撑板10的设置可以使控制柜17与断口之间单点等电位连接，避免控制柜17内部有电流通过。

作为优选的，所述户外绝缘套管3为耐高压耐热能力强的硅橡胶复合绝缘套管或者瓷套管。上导电板1、下导电板6与户外绝缘套管3通过密封圈密封，等电位断口18、隔环流断口19与控制柜17之间也采用密封圈。

作为优选的，控制柜17防护等级为IP67，保证内部环境条件良好。

本发明的柜式高速机械开关的一个具体实施例的实现步骤如下：

1）机械开关在合闸位置时，电流通过上导电板1进入真空灭弧室2，通过软连接4到下导电板6流出等电位断口18，同时由于下导电板6与控制柜17之间为等电位板5转接，保证控制柜17与流经电流电位相同，之后电流经过导电母排13流入隔环流断口19下导电板6，再由软连接4至真空灭弧室2直至上导电板1流出，由于隔环流断口19下导电板6与控制柜17之间为绝缘板12，使得控制柜17与隔环流断口19电位相同而无电流通过。

2）柜式高速机械开关动作时，由于触发回路16释放电流进入电磁斥力结构，同时驱动两个断口动作，实现同时分合闸；

3）机械开关在分闸位置时，等电位断口18及隔环流断口19通过户外绝缘套管3及真空灭弧室2承受绝缘电压，同时保证两个断口与控制柜17连接部分及触发回路16等电位相同，避免触发回路16内部击穿损坏。

本发明充分利用一拖二或者一拖多结构，将高速机械开关与控制柜17相结合，实现电流母线与触发回路16相分离的结构形式，减小结构体积、提高产品可靠性、可维护性等。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种柜式高速机械开关，其特征在于：包括一个等电位断口（18）、一个或者多个隔环流断口（19）、一个控制柜（17）和一个触发回路（16），所述隔环流断口（19）和等电位断口（18）在控制柜（17）外部相互串联；

所述等电位断口（18）通过等电位板（5）与所述控制柜（17）等电位连接，所述隔环流断口（19）通过绝缘板（12）与所述控制柜（17）绝缘连接，所述触发回路（16）位于控制柜（17）内，用于触发所述隔环流断口（19）和等电位断口（18）同时开闸和合闸。

2.由权利要求1所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述等电位断口（18）和隔环流断口（19）均包括真空灭弧室（2）和电磁斥力机构（8），所述真空灭弧室（2）的静触头（2-2）与被保护线路连接，动触头（2-1）与电磁斥力机构（8）连接；

所述等电位断口（18）和隔环流断口（19）的真空灭弧室（2）依次串联，所述电磁斥力机构（8）的开闸线圈（8-1）依次串联后与触发回路（16）串联形成闭合回路，所述电磁斥力机构（8）的合闸线圈（8-2）依次串联后与触发回路（16）串联形成闭合回路。

3.由权利要求1-2任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述真空灭弧室（2）置于户外绝缘套管（3）内，并通过上导电板（1）、下导电板（6）密封所述户外绝缘套管（3），所述真空灭弧室（2）静触头（2-2）固定于上导电板（1），动触头（2-1）通过软连接（4）与下导电板（6）连接，所述等电位断口（18）和隔环流断口（19）的下导电板（6）之间通过导电母排（13）连接。

4.由权利要求1-3任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述电磁斥力机构（8）位于控制柜（17）内部，所述等电位板（5）位于所述等电位断口（18）的下导电板（6）和控制柜（17）之间，所述绝缘板（12）位于所述隔环流断口（19）的下导电板（6）和控制柜（17）之间。

5.由权利要求1-4任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述电磁斥力机构（8）包括合闸线圈（8-2）、开闸线圈（8-1）、斥力盘（8-3）和金属拉杆（7），所述斥力盘（8-3）位于合闸线圈（8-2）和开闸线圈（8-1）之间，所述斥力盘（8-3）通过金属拉杆（7）与所述动触头（2-1）固定连接，所述开闸线圈（8-1）靠近所述动触头（2-1）设置。

6.由权利要求1-5任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述触发回路（16）由分闸储能电容（20）、分闸触发开关（21）、分闸续流二极管（22）、合闸储能电容（23）、合闸触发开关（24）、合闸续流二极管（25）构成；分闸储能电容（20）和合闸储能电容（23）用于外接充电设备（26），分闸续流二极管（22）、合闸续流二极管（25）分别与电磁斥力机构（8）的开闸线圈（8-1）和合闸线圈（8-2）连接。

7.由权利要求1-6任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述斥力盘（8-3）上设有行程开关（14），所述行程开关（14）与所述触发回路（16）电连接。

8.由权利要求1-7任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述斥力盘（8-3）下方还设有液压缓冲器（9），所述液压缓冲器（9）上部穿过所述开闸线圈（8-1），下部连接绝缘支撑板（10），所述绝缘支撑板（10）通过可调螺杆（11）与所述控制柜（17）连接。

9.由权利要求1-8任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述户外绝缘套管（3）为硅橡胶复合绝缘套管或者瓷套管。

10.由权利要求1-9任一项所述的柜式高速机械开关，其特征在于：所述隔环流断口（19）设置有一个。