CN109616375B - 快速灭弧器、中低压金属开关柜及快速灭弧器的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速灭弧器、中低压金属开关柜及快速灭弧器的应用方法，快速灭弧器的支架上设有均带有电磁斥力线圈的三相分合闸操作机构，三相分合闸操作机构的电磁斥力线圈串联形成三相一体电磁斥力线圈；中低压金属开关柜包括中低压金属开关柜本体和前述快速灭弧器，应用方法包括对中低压金属开关柜的三相线路进行合闸接地操作。本发明能够实现在5ms内完成三相同时合闸动作进行快速灭弧，从而有效降低了电弧故障对设备及运行维护人员的人身安全威胁，具有广泛的工程应用价值；本发明具有快速分闸功能，能在10ms内完成分闸，有利于配电系统的重启动，能够重复多次使用，从而能够降低新型快速弧光保护系统动作后的维护成本。

Description

快速灭弧器、中低压金属开关柜及快速灭弧器的应用方法

技术领域

本发明涉及输变电领域，具体涉及一种快速灭弧器、中低压金属开关柜及快速灭弧器的应用方法，可用于实现金属封闭开关柜以及其他变配电设备内部的电弧保护。

背景技术

中低压母线因其出线多，操作频繁，设备绝缘老化和机械磨损，再加上运行条件恶劣等因素造成其故障几率比高压、超高压母线高得多。中低压开关柜发生故障产生的电弧能量，可以轻而易举地折断配电板上10 mm直径的螺栓。电弧火灾在没有灭弧保护的情况下，通常可以直接熔毁开关柜或一整套机组，使其无法修复。电弧故障还可能波及站用直流系统，从而形成系统性故障，造成巨大的直接和间接经济损失。总而言之电弧故障对运行人员和设备都将造成极大的危害。综上所述，在中低压金属开关柜中装设快速弧光保护系统是非常有必要的。现有弧光保护系统的工作原理是接受弧光传感器和电流互感器的信号，通过控制装置对接受的信号进行逻辑判断，最终发出相关断路器跳闸指令。但从断路器接收到跳闸指令到完全切除故障，通常需要100ms的时间。在此时间内电弧已经对设备造成了极大的破坏，因此传统弧光保护系统不能有效保护运行设备及人身安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种快速灭弧器、中低压金属开关柜及快速灭弧器的应用方法，本发明能够实现在5ms内完成三相同时合闸动作进行快速灭弧，从而有效降低了电弧故障地设备及运行维护人员的人身安全威胁，具有广泛的工程应用价值；本发明的快速灭弧器具有快速分闸功能，能在10ms内完成分闸，有利于配电系统的重启动；本发明的快速灭弧器能够重复多次使用，从而能够降低新型快速弧光保护系统动作后的维护成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种快速灭弧器，包括支架，所述支架上设有均带有电磁斥力线圈的三相分合闸操作机构，三相分合闸操作机构的电磁斥力线圈串联形成三相一体电磁斥力线圈。

可选地，所述分合闸操作机构包括静触头、动触头、绝缘拉杆、运动连杆和斥力盘，三相分合闸操作机构具有独立的进线连接件和共用的出线连接件，所述静触头固定在支架上且与进线连接件连接导通，所述动触头滑动布置在支架上与出线连接件连接导通，所述动触头通过绝缘拉杆和运动连杆相连，所述斥力盘安装固定在运动连杆上，所述电磁斥力线圈布置在斥力盘的下侧。

可选地，所述动触头、绝缘拉杆两者之间设有软连接件，所述出线连接件和软连接件连接导通，所述动触头通过软连接件和绝缘拉杆的一端相连。

可选地，所述支架上设有真空灭弧室，所述静触头、动触头均布置在真空灭弧室中。

可选地，所述支架上设有上导向板，所述上导向板上设有通孔，所述运动连杆插设并滑动布置在上导向板的通孔中。

可选地，所述上导向板的通孔中设有自润滑轴承，所述运动连杆插设并滑动布置在上导向板的通孔的自润滑轴承中。

可选地，所述支架上设有下导向板，所述下导向板上设有通孔，所述运动连杆插设并滑动布置在下导向板的通孔中。

可选地，所述下导向板的通孔中设有自润滑轴承，所述运动连杆插设并滑动布置在下导向板的通孔的自润滑轴承中。

可选地，所述斥力盘布置在上导向板和下导向板之间。

可选地，所述运动连杆的端部设有螺纹连接的螺母，所述螺母布置于下导向板的下侧，且所述运动连杆在螺母、下导向板之间的部分套设有分闸保持弹簧。

可选地，所述支架上分别设有下安装板，所述电磁斥力线圈分别安装在下安装板的上侧，所述下导向板分别安装在下安装板的下侧。

可选地，所述支架上位于运动连杆的侧壁上设有两个以上呈中心对称布置的合闸保持组件。

可选地，所述合闸保持组件包括活塞基座和插设在活塞基座的内孔中的活塞体，所述活塞体的内端和活塞基座的内孔底部之间设有推力弹簧，所述活塞体的外端朝向动触头的合闸方向侧设有楔形面，所述运动连杆上设有推块，所述推块外壁上朝向动触头的分闸方向侧设有用于推动楔形面的斜面。

本发明提供一种中低压金属开关柜，包括中低压金属开关柜本体，所述中低压金属开关柜本体还包括前述快速灭弧器，所述中低压金属开关柜本体中的三相线路分别通过快速灭弧器的一相相分合闸操作机构接地。

本发明提供一种前述快速灭弧器的应用方法，实施步骤包括：

1）预先将目标高压设备的三相线路分别通过前述快速灭弧器的三相分合闸操作机构接地，且所述快速灭弧器的三相分合闸操作机构默认处于分闸状态；当需要进行灭弧操作时跳转执行下一步；

2）对所述快速灭弧器的三相一体电磁斥力线圈施加脉冲电流激励，使得三相分合闸操作机构的电磁斥力线圈同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构进行合闸操作；在完成合闸操作后，停止施加脉冲电流激励，使得所述快速灭弧器的三相分合闸操作机构恢复分闸状态。

可选地，步骤2）中电磁斥力线圈同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构进行合闸操作时，分合闸操作机构的运动连杆携带推块向动触头的合闸方向运动且推块的外壁和活塞体的外端接触，当运动连杆行程到达合闸位置后，所述推块的外壁、活塞体的外端两者相互错开，且所述推块的斜面、活塞体的楔形面两者形成面接触从而将静触头、动触头连着保持在合闸接触状态；步骤2）中快速灭弧器的三相分合闸操作机构恢复分闸状态时，分合闸操作机构的分闸保持弹簧的推力、运动连杆以及斥力盘的自重使得推块的斜面推动活塞体的楔形面将活塞体推入活塞基座的内孔中，然后所述运动连杆携带推块向动触头的分闸方向运动且推块的外壁和活塞体的外端接触，最终斥力盘回落到电磁斥力线圈的上侧，从而将静触头、动触头连着保持在分闸状态。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、针对目前弧光保护系统存在的缺陷本发明支架上设有均带有电磁斥力线圈的三相分合闸操作机构，三相分合闸操作机构的电磁斥力线圈串联形成三相一体电磁斥力线圈，能够实现在5ms内完成三相同时合闸动作进行快速灭弧，从而有效降低了电弧故障地设备及运行维护人员的人身安全威胁，具有广泛的工程应用价值。

2、本发明的快速灭弧器具有快速分闸功能，能在10ms内完成分闸，有利于配电系统的重启动。

3、本发明的快速灭弧器能够重复多次使用，从而能够降低新型快速弧光保护系统动作后的维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例中快速灭弧器的结构示意图。

图2为本发明实施例中单相分合闸操作机构分闸位置的结构示意图。

图3为本发明实施例中单相分合闸操作机构合闸位置的结构示意图。

图例说明：1、支架；10、真空灭弧室；11、上导向板；12、下导向板；13、下安装板；14、盖板；2、电磁斥力线圈；3、分合闸操作机构；31、静触头；32、动触头；321、软连接件；33、绝缘拉杆；34、运动连杆；341、螺母；342、分闸保持弹簧；343、推块；35、斥力盘；36、进线连接件；37、出线连接件；4、合闸保持组件；41、活塞基座；42、活塞体；43、推力弹簧；44、端盖。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实施例的快速灭弧器包括支架1，支架1上设有均带有电磁斥力线圈2的三相分合闸操作机构3，三相分合闸操作机构3的电磁斥力线圈2串联形成三相一体电磁斥力线圈，电磁斥力线圈2串联形成的三相一体电磁斥力线圈能够同时为三相快速灭弧元件提供电磁斥力，提高合闸动作一致性。

如图1、图2和图3所示，分合闸操作机构3包括静触头31、动触头32、绝缘拉杆33、运动连杆34和斥力盘35，三相分合闸操作机构3具有独立的进线连接件36和共用的出线连接件37，静触头31固定在支架1上且与进线连接件36连接导通，动触头32滑动布置在支架1上与出线连接件37连接导通，动触头32通过绝缘拉杆33和运动连杆34相连，斥力盘35安装固定在运动连杆34上，电磁斥力线圈2布置在斥力盘35的下侧。分合闸操作机构3的主要作用是使得静触头31、动触头32快速接触，完成故障电流从进线连接件36通过共用的出线连接件37快速转移，使故障电流快速接地。

如图1、图2和图3所示，动触头32、绝缘拉杆33两者之间设有软连接件321，出线连接件37和软连接件321连接导通，动触头32通过软连接件321和绝缘拉杆33的一端相连，通过软连接件321能够确保动触头32、出线连接件37之间连接可靠，故障电流从进线连接件36、软连接件321通过共用的出线连接件37快速转移。

如图1、图2和图3所示，支架1上设有真空灭弧室10，静触头31、动触头32均布置在真空灭弧室10中，确保静触头31、动触头32之间接触稳定可靠。

如图1、图2和图3所示，支架1上设有上导向板11，上导向板11上设有通孔，运动连杆34插设并滑动布置在上导向板11的通孔中，通过上导向板11能够保证运动连杆34运动更加稳定，从而使得动触头32运动更加稳定，确保静触头31、动触头32之间分合闸操作稳定可靠。

如图1、图2和图3所示，上导向板11的通孔中设有自润滑轴承，运动连杆34插设并滑动布置在上导向板11的通孔的自润滑轴承中，保证运动顺畅。

如图1、图2和图3所示，支架1上设有下导向板12，下导向板12上设有通孔，运动连杆34插设并滑动布置在下导向板12的通孔中，通过上导向板11、下导向板12配合，能够进一步保证运动连杆34运动更加稳定，从而使得动触头32运动更加稳定，确保静触头31、动触头32之间分合闸操作稳定可靠。

如图1、图2和图3所示，下导向板12的通孔中设有自润滑轴承，运动连杆34插设并滑动布置在下导向板12的通孔的自润滑轴承中，保证运动顺畅。

如图1、图2和图3所示，斥力盘35布置在上导向板11和下导向板12之间，使得电磁斥力线圈2通过电磁斥力推动斥力盘35时更加省力和稳定。

如图1、图2和图3所示，运动连杆34的端部设有螺纹连接的螺母341，螺母341布置于下导向板12的下侧，且运动连杆34在螺母341、下导向板12之间的部分套设有分闸保持弹簧342，通过分闸保持弹簧342推动螺母341，从而能够使得运动连杆34产生向下的拉力，从而为分闸提供推力，以及为分闸保持提供推力，使得分闸操作、分闸保持更加稳定可靠。

如图1、图2和图3所示，支架1上分别设有下安装板13，电磁斥力线圈2分别安装在下安装板13的上侧，下导向板12分别安装在下安装板13的下侧。此外，本实施例中在下导向板12上安装有盖板14，分闸保持弹簧342位于盖板14内侧，通过盖板14能够保护分闸保持弹簧342，防止杂物进入，延长分闸保持弹簧342的使用寿命。

如图1、图2和图3所示，支架1上位于运动连杆34的侧壁上设有两个以上呈中心对称布置的合闸保持组件4，通过合闸保持组件4能够为运动连杆34在合闸时提供向上的推力，使得合闸更加稳定；本实施例中，具体采用两个合闸保持组件4，此外也可以根据需要采用三个或更多的合闸保持组件4通过中心对称布置，同样也可以在合闸时提供向上的推力使合闸更稳定。

如图1、图2和图3所示，合闸保持组件4包括活塞基座41和插设在活塞基座41的内孔中的活塞体42，活塞体42的内端和活塞基座41的内孔底部之间设有推力弹簧43，活塞体42的外端朝向动触头32的合闸方向侧设有楔形面，运动连杆34上设有推块343，推块343外壁上朝向动触头32的分闸方向侧设有用于推动楔形面的斜面。本实施例中，活塞基座41的内孔底部设有端盖44，便于安装和维护活塞体42、推力弹簧43，此外也可以直接将活塞基座41的内孔加工成盲孔。

本实施例中快速灭弧器的工作过程如下：如图2所示，当线路无弧光故障发生时，静触头31、动触头32分开处于分闸位置，动触头32与软连接件321通过绝缘拉杆33与运动连杆34连接形成运动组件，其中绝缘拉杆33将真空灭弧室10上高压与操作机构低压隔离开。当真空灭弧室10处于分闸位置时，活塞体42的竖直端面与运动连杆34竖直端面接触、无竖直向上力产生，而分闸保持弹簧342通过固定于运动连杆34螺纹上的螺母341为运动组件提供分闸保持力。如图3所示，当发生弧光故障时，静触头31、动触头32需快速接触以使得静触头31、动触头32处于合闸位置。整个运动过程需外部储能单元为三相一体电磁斥力线圈提供脉冲电流，此时斥力盘35与三相一体电磁斥力线圈感应出涡流并形成电磁斥力推动斥力盘35快速运动，由于斥力盘35与运动连杆34通过螺纹紧固，因此得以推动动触头32向静触头31运动。运动过程中上导向板11和下导向板12为运动组件提供导向，且上导向板11和下导向板12内部镶嵌聚四氟乙烯自润滑轴承，保证运动顺畅。当运动距离过半后，推力弹簧43推动活塞体42在活塞基座41内滑动，同时活塞体42的楔形面与推块343的斜面接触，并通过斜面为运动组件提供竖直向上的推力。当静触头31、动触头32接触后，推力弹簧43提供的弹簧力通过活塞体42的楔形面转化为合闸保持力，防止静触头31、动触头32分离。由于活塞体42的楔形面提供的合闸保持力为恒定尺寸力，相对于双稳机构提供和合闸保持力更加恒定持续，能够有效避免真空灭弧室10内动静触头31、动触头32近距离预击穿产生的斥力及合闸碰撞力将静触头31、动触头32推开。本实施例的快速灭弧器能在5ms内将电弧故障转变为金属性短路故障，最终断路器分闸完全切除故障。通过本实施例的快速灭弧器，再加上弧光快速检测快速灭弧，可大大降低电弧对设备和人身造成的伤害。

本实施例提供一种中低压金属开关柜，包括中低压金属开关柜本体，中低压金属开关柜本体还包括前述快速灭弧器，中低压金属开关柜本体中的三相线路分别通过快速灭弧器的一相相分合闸操作机构3接地。

本实施例提供一种前述快速灭弧器的应用方法，实施步骤包括：

1）预先将目标高压设备的三相线路分别通过前述快速灭弧器的三相分合闸操作机构3接地，且快速灭弧器的三相分合闸操作机构3默认处于分闸状态；当需要进行灭弧操作时跳转执行下一步；

2）对快速灭弧器的三相一体电磁斥力线圈施加脉冲电流激励，使得三相分合闸操作机构3的电磁斥力线圈2同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构3进行合闸操作；在完成合闸操作后，停止施加脉冲电流激励，使得快速灭弧器的三相分合闸操作机构3恢复分闸状态。

本实施例中，步骤2）中电磁斥力线圈2同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构3进行合闸操作时，分合闸操作机构3的运动连杆34携带推块343向动触头32的合闸方向运动且推块343的外壁和活塞体42的外端接触，当运动连杆34行程到达合闸位置后，推块343的外壁、活塞体42的外端两者相互错开，且推块343的斜面、活塞体42的楔形面两者形成面接触从而将静触头31、动触头32连着保持在合闸接触状态；步骤2）中快速灭弧器的三相分合闸操作机构3恢复分闸状态时，分合闸操作机构3的分闸保持弹簧342的推力、运动连杆34以及斥力盘35的自重使得推块343的斜面推动活塞体42的楔形面将活塞体42推入活塞基座41的内孔中，然后所述运动连杆34携带推块343向动触头32的分闸方向运动且推块343的外壁和活塞体42的外端接触，最终斥力盘35回落到电磁斥力线圈2的上侧，从而将静触头、动触头连着保持在分闸状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种快速灭弧器，其特征在于：包括支架（1），所述支架（1）上设有均带有电磁斥力线圈（2）的三相分合闸操作机构（3），三相分合闸操作机构（3）的电磁斥力线圈（2）串联形成三相一体电磁斥力线圈，所述分合闸操作机构（3）包括静触头（31）、动触头（32）、绝缘拉杆（33）、运动连杆（34）和斥力盘（35），三相分合闸操作机构（3）具有独立的进线连接件（36）和共用的出线连接件（37），所述静触头（31）固定在支架（1）上且与进线连接件（36）连接导通，所述动触头（32）滑动布置在支架（1）上与出线连接件（37）连接导通，所述动触头（32）通过绝缘拉杆（33）和运动连杆（34）相连，所述斥力盘（35）安装固定在运动连杆（34）上，所述电磁斥力线圈（2）布置在斥力盘（35）的下侧；所述支架（1）上位于运动连杆（34）的侧壁上设有两个以上呈中心对称布置的合闸保持组件（4），所述合闸保持组件（4）包括活塞基座（41）和插设在活塞基座（41）的内孔中的活塞体（42），所述活塞体（42）的内端和活塞基座（41）的内孔底部之间设有推力弹簧（43），所述活塞体（42）的外端朝向动触头（32）的合闸方向侧设有楔形面，所述运动连杆（34）上设有推块（343），所述推块（343）外壁上朝向动触头（32）的分闸方向侧设有用于推动楔形面的斜面；电磁斥力线圈（2）同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构（3）进行合闸操作时，分合闸操作机构（3）的运动连杆（34）携带推块（343）向动触头（32）的合闸方向运动且推块（343）的外壁和活塞体（42）的外端接触，当运动连杆（34）行程到达合闸位置后，所述推块（343）的外壁、活塞体（42）的外端两者相互错开，且所述推块（343）的斜面、活塞体（42）的楔形面两者形成面接触从而将静触头（31）、动触头（32）连着保持在合闸接触状态；三相分合闸操作机构（3）恢复分闸状态时，分合闸操作机构（3）的分闸保持弹簧（342）的推力、运动连杆（34）以及斥力盘（35）的自重使得推块（343）的斜面推动活塞体（42）的楔形面将活塞体（42）推入活塞基座（41）的内孔中，然后所述运动连杆（34）携带推块（343）向动触头（32）的分闸方向运动且推块（343）的外壁和活塞体（42）的外端接触，最终斥力盘（35）回落到电磁斥力线圈（2）的上侧，从而将静触头、动触头连着保持在分闸状态。

2.根据权利要求1所述的快速灭弧器，其特征在于：所述动触头（32）、绝缘拉杆（33）两者之间设有软连接件（321），所述出线连接件（37）和软连接件（321）连接导通，所述动触头（32）通过软连接件（321）和绝缘拉杆（33）的一端相连。

3.根据权利要求1所述的快速灭弧器，其特征在于：所述支架（1）上设有真空灭弧室（10），所述静触头（31）、动触头（32）均布置在真空灭弧室（10）中。

4.根据权利要求1所述的快速灭弧器，其特征在于：所述支架（1）上设有上导向板（11），所述上导向板（11）上设有通孔，所述运动连杆（34）插设并滑动布置在上导向板（11）的通孔中。

5.根据权利要求4所述的快速灭弧器，其特征在于：所述上导向板（11）的通孔中设有自润滑轴承，所述运动连杆（34）插设并滑动布置在上导向板（11）的通孔的自润滑轴承中。

6.根据权利要求4所述的快速灭弧器，其特征在于：所述支架（1）上设有下导向板（12），所述下导向板（12）上设有通孔，所述运动连杆（34）插设并滑动布置在下导向板（12）的通孔中。

7.根据权利要求6所述的快速灭弧器，其特征在于：所述下导向板（12）的通孔中设有自润滑轴承，所述运动连杆（34）插设并滑动布置在下导向板（12）的通孔的自润滑轴承中。

8.根据权利要求6所述的快速灭弧器，其特征在于：所述斥力盘（35）布置在上导向板（11）和下导向板（12）之间。

9.根据权利要求6所述的快速灭弧器，其特征在于：所述运动连杆（34）的端部设有螺纹连接的螺母（341），所述螺母（341）布置于下导向板（12）的下侧，且所述运动连杆（34）在螺母（341）、下导向板（12）之间的部分套设有分闸保持弹簧（342）。

10.根据权利要求6所述的快速灭弧器，其特征在于：所述支架（1）上分别设有下安装板（13），所述电磁斥力线圈（2）分别安装在下安装板（13）的上侧，所述下导向板（12）分别安装在下安装板（13）的下侧。

11.一种中低压金属开关柜，包括中低压金属开关柜本体，其特征在于：所述中低压金属开关柜本体还包括权利要求1～10中任意一项所述快速灭弧器，所述中低压金属开关柜本体中的三相线路分别通过快速灭弧器的一相分合闸操作机构（3）接地。

12.一种权利要求1～10中任意一项所述快速灭弧器的应用方法，其特征在于实施步骤包括：

1）预先将目标高压设备的三相线路分别通过权利要求1～10中任意一项所述快速灭弧器的三相分合闸操作机构（3）接地，且所述快速灭弧器的三相分合闸操作机构（3）默认处于分闸状态；当需要进行灭弧操作时跳转执行下一步；

2）对所述快速灭弧器的三相一体电磁斥力线圈施加脉冲电流激励，使得三相分合闸操作机构（3）的电磁斥力线圈（2）同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构（3）进行合闸操作；在完成合闸操作后，停止施加脉冲电流激励，使得所述快速灭弧器的三相分合闸操作机构（3）恢复分闸状态。

13.根据权利要求12所述的快速灭弧器的应用方法，其特征在于：步骤1）中具体为将目标高压设备的三相线路分别通过权利要求1所述的快速灭弧器的三相分合闸操作机构（3）接地，步骤2）中电磁斥力线圈（2）同时产生电磁斥力推动分合闸操作机构（3）进行合闸操作时，分合闸操作机构（3）的运动连杆（34）携带推块（343）向动触头（32）的合闸方向运动且推块（343）的外壁和活塞体（42）的外端接触，当运动连杆（34）行程到达合闸位置后，所述推块（343）的外壁、活塞体（42）的外端两者相互错开，且所述推块（343）的斜面、活塞体（42）的楔形面两者形成面接触从而将静触头（31）、动触头（32）连着保持在合闸接触状态；步骤2）中快速灭弧器的三相分合闸操作机构（3）恢复分闸状态时，分合闸操作机构（3）的分闸保持弹簧（342）的推力、运动连杆（34）以及斥力盘（35）的自重使得推块（343）的斜面推动活塞体（42）的楔形面将活塞体（42）推入活塞基座（41）的内孔中，然后所述运动连杆（34）携带推块（343）向动触头（32）的分闸方向运动且推块（343）的外壁和活塞体（42）的外端接触，最终斥力盘（35）回落到电磁斥力线圈（2）的上侧，从而将静触头、动触头连着保持在分闸状态。

Images