CN109728569A - 转子式智能高压开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子式智能高压开关，由DSP智能控制器对电网电压电流进行检测、由转子矢量检测装置高速检测出断路器转子旋转位置与矢量角度，由DSP智能控制器控制电磁旋转驱动器，驱动转子式高压断路器在电网三相电压电压过零点时刻闭合与断开，不产生电弧与过电压过电流，使电网不产生冲击与浮动；本发明转子式智能高压开关由定子导电极与转子导电极所构成，定子导电极与转子导电极两侧为高强度陶瓷绝缘介质。本发明高压断路器采用全封闭方式与智能控制方式，体积小绝缘强度高，不产生电弧；本发明用于高压直流开关时具有高强度切断电弧与灭弧能力，不因电弧而烧损，提高开关与用电设备的安全性与可靠性，提高负载能力与使用寿命。

Description

转子式智能高压开关

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体地，涉及一种转子式智能高压开关。

背景技术

随着高压大容量电力系统发展，高压电网与电力系统带负荷投入与切除断路器所产生的强电弧与过电压和过电流会对电网与负荷系统产生巨大冲击和危害。

经检索

公告号为CN2399819，名称为：高压组合开关，公开了一种高压组合开关，由静触头等构成，具有一绝缘转盘，在绝缘转盘的圆周设置有一段做动触头用的触片，其余部分为绝缘片，在绝缘转盘外侧设置有与触片相配合的静触头。

公告号为CN200997496Y，名称为一种带旁路的移开式高压开关柜，由旁路柜和馈出柜组成。旁路柜中有与已有的开关柜相同结构及连接关系的主母线、真空断路器手车、电流互感器、继电器、隔离开关。所不同的是增加安装旁路母线的旁路室,隔离开关的输出端接旁路母线。馈出柜中有与已有的开关柜相同结构及连接关系的主母线、真空断路器手车、电流互感器、继电器、隔离开关。所作的改变是增加旁路室，在旁路室内安装旁路母线和接在旁路母线上的旁路隔离开关，旁路隔离开关的另一端接馈出电缆。

公告号为CN201038040Y专利，名称为：双柱水平旋转隔离开关，它是电力系统中用来隔离带电设备和停电设备的开关设备；它包括支撑在底座上的两个支柱绝缘子，以及设置在两个支柱绝缘子之间的交叉拉杆，它还包括一个支撑在主动侧支柱绝缘子顶部法兰轴上的换位传动机构，所述的换位传动机构通过一个传动杆穿过导电臂与一个主触头连接；在所述的主动侧支柱绝缘子下端法兰轴上支撑一个限位脱口装置，所述的限位脱口装置与交叉拉杆铰接。

但是，上述方案均无法从源头上解决切除断路器所产生的强电弧与过电压和过电流问题，对负载变化的工况环境适应性差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种转子式智能高压开关。该转子式智能高压开关，由DSP智能控制器对电网电压电流进行检测、并由转子矢量检测装置高速检测出断路器转子旋转位置与矢量角度，由DSP智能控制器计算出电磁旋转驱动器的控制参数，由电磁旋转驱动器驱动高压断路器转子在电网三相电压电流过零点时刻驱动转子式高压断路器的转子旋转90度，使高压开关闭合与断开，使其在闭合与断开的瞬间不产生电弧与过电压过电流，电网不产生冲击、干扰与浮动。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种转子式智能高压开关，包括转子式高压断路器、电压电流检测装置、转子矢量检测装置、电磁旋转驱动器、A/D变换器、电压电流零点控制器、系统保护控制器、DSP智能控制器、负载检测装置以及负载调相控制器；其中：

所述转子式高压断路器连接于电网上；

所述电压电流检测装置，检测电网电压电流，并将电网电压电流转换为第一低压模拟信号传输给A/D变换器；

所述转子矢量检测装置，设置于转子式高压断路器的一端，检测转子式高压断路器的转子角度位置，并将转子角度位置转换为第二低压模拟信号传输给A/D变换器；

所述电磁旋转驱动器，设置于转子式高压断路器的另一端，驱动转子式高压断路器闭合或断开；

所述负载检测装置，检测负载输出电压电流，并将负载输出电压电流转换为第三低压模拟信号传输给A/D变换器；

所述A/D变换器，将第一低压模拟信号、第二低压模拟信号和第三低压模拟信号分别转换为相应的第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号后传输给DSP智能控制器；

所述DSP智能控制器，根据第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号，并根据设定的电磁旋转驱动器的控制要求，计算出电压电流零点控制器的电网三相电压电流过零点时刻与电磁旋转驱动器的提前驱动角度，控制电压电流零点控制器与电磁旋转驱动器在电网三相电压电流过零点时刻，驱动转子式高压断路器的转子旋转，使转子式高压断路器在电网三相电压电流过零点时刻闭合或断开

所述负载调相控制器，用于负载并网时，调节负载输出电压电流的相位频率幅值与电网电压电流的相位频率幅值相同及同步时，在电网电压电流过零点时刻投入并网或断开，使电网与负载不产生冲击与波动。

优选地，所述DSP智能控制器包括：DSP信号处理器和DSP控制指令运算器；其中：

所述DSP信号处理器，对电网电压电流与负载运行状态进行分析，并根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，根据设定的电磁旋转驱动器的控制要求，计算出转子式高压断路器的转子位置矢量角度以及转子式高压断路器和电磁旋转驱动器的驱动控制信号及提前驱动角度信号；当负载为发电机并网时，根据第三数字信号计算出负载调相调控器的负载同步控制信号；

所述DSP控制指令运算器，根据设定的电磁旋转驱动器的控制特性与技术要求，在电网三相电压电流过零点时刻，生成对电压电流零点控制器和电磁旋转驱动器的控制指令，以控制电磁旋转驱动器在电网三相电压电流过零点时刻，控制驱动转子式高压断路器闭合或者断开。

优选地，所述DSP信号处理器根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，计算出转子式高压断路器的A相断路器闭合或者断开后，电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量；

所述DSP控制指令运算器根据电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量，计算出针对电压电流零点控制器和电磁旋转驱动器的控制参数与控制指令。

优选地，所述转子式高压断路器包括依次设置的A、B、C三相断路器，所述A、B、C三相断路器之间以及外端侧分别设置有陶瓷隔离绝缘介子；每相断路器均包括断路器定子以及设置于断路器定子内部的断路器转子；其中：

所述断路器定子包括：定子输入导电极和定子输出导电极，所述定子输入导电极和定子输出导电极设置在对称180度轴线上，定子输入导电极和定子输出导电极之间设置有陶瓷绝缘子；所述定子输入导电极和定子输出导电极的外端分别设置有凸出的电缆连接件；

所述断路器转子包括：转子导电极，所述转子导电极的两侧分别设置有陶瓷绝缘介子，所述转子导电极的内部设置有驱动轴，所述转子导电极与驱动轴之间设置有驱动轴陶瓷绝缘介子；

通过电磁旋转驱动器控制驱动三相断路器转子的转子导电极转动，使三相断路器转子的转子导电极分别与三相断路器定子的定子输入导电极和定子输出导电极之间处于连通或者隔离状态。

优选地，当电磁旋转驱动器驱动转子导电极转动，使定子输入导电极和定子输出导电极与转子导电极重合时，所述转子式高压断路器闭合；当电磁旋转驱动器驱动转子导电极反向转动90度角，使转子导电极与定子输入导电极和定子输出导电极垂直错位时，所述转子式高压断路器断开；

其中，当转子式高压断路器断开时，在定子输入导电极与定子输出导电极之间同时产生两个断点，使放电距离与爬电距离增加2倍距离以上。

优选地，

-当负载为电阻性质负载时：

所述转子式高压断路器1的闭合过程为：在电网的电压A相过零点时，转子式高压断路器的A相断路器闭合，经过60度电角度相位后，电网的电压C相过零点时，驱动转子式高压断路器的C相断路器闭合，再经过60度电角度相位后，电网的电压B相过零点时，B相断路器闭合，使转子式高压断路器处于完全闭合状态；

所述转子式高压断路器的断开过程为：在电网的电流A相过零点时，转子式高压断路器的A相断路器断开，经过60度电角度相位后，电网的电流C相过零点时，转子式高压断路器的B相与C相断路器同时断开，使转子式高压断路器处于完全断开状态；

-当负载为电容性质或者电感性质负载时：

根据负载功率因数角调整所述转子式高压断路器，在电网的电流A相过零点时，转子式高压断路器的A相断路器断开，根据负载功率因数角调整电网的电流C相过零点时转子式高压断路器的B相与C相断路器的断开调整电角度，确保控制转子式高压断路器在电网的电流A相零点断开后与在电流C相过零点时转子式高压断路器的B相与C相断路器同时断开。

优选地，所述电磁旋转驱动器的包括：第一驱动电路与线圈、第二驱动电路与线圈以及吸动旋转衔铁机构；所述电磁旋转驱动器与三相断路器转子的转子导电极之间的控制驱动关系为：

当第一驱动电路与线圈通电后，控制吸动旋转衔铁驱动断路器转子旋转90度，使转子式高压断路器中的转子导电极与定子输入导电极和定子输出导电极重合，使所述转子式高压断路器闭合；

当第二驱动电路与线圈通电后，控制吸动旋转衔铁机构反方向旋转90度，驱动断路器转子反向旋转90度，使转子式高压断路器中的转子导电极与定子输入导电极和定子输出导电极错开90度，使得所述转子式高压断路器断开；

当电网或第一驱动电路与线圈和第二驱动电路与线圈均断电时，所述转子导电极复位，使所述转子式高压断路器处于断开状态。

优选地，所述的转子式智能高压开关，还包括：如下任意一个或任意多个部件：

-系统保护控制器，设置于DSP智能控制器和电磁旋转驱动器之间，在电网或者负载系统出现异常或故障时，系统保护控制器通过DSP智能控制器发出的控制指令控制电磁旋转驱动器驱动转子式高压断路器断开；

-通信报警装置和系统显示器，在系统或负载出现故障时，由通信报警装置发出警报信号，并由系统显示器显示故障信息。

优选地，所述DSP智能控制器还包括DSP系统保护指令计算器和DSP智能模式控制器；其中：

所述DSP系统保护指令计算器，在电网与负载的电压、电流或温度超过预设的上限值时，生成对系统保护控制器的控制指令，可以通过通信报警装置发出黄色报警信号；电网与负载的电压、电流或温度超过预设的保护值时，控制系统保护控制器驱动转子式高压断路器断开，可以通过通信报警装置发出红色报警信号，并可以由系统显示器显示出故障原因；

所述DSP智能模式控制器，根据电网操作规定，选择智能开关的操作规程与运行模式，或者，控制负载调相控制器运行负载并网操作控制模式。

优选地，所述的转子式智能高压开关，还包括如下特征：

当负载为电容性或者电感性系统时，根据负载的电压电流测出相位角，由DSP智能控制器调整控制所述电磁旋转驱动器的提前控制电角度，以控制转子式高压断路器确保在电网电压电流过零点时刻的闭合与断开时间。

优选地，所述电压电流检测装置包括：

-电压互感器；

-电流及电压霍尔变换器；

优选地，所述负载检测装置包括：

-负载电压检测装置；

-电流及电压霍尔变换器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的转子式智能高压开关，通过DSP智能控制器对电网与负载电压电流进行高速检测，根据电网与负载系统的电压电流特性计算出电网三相电压电流的过零点，再由DSP智能控制器控制电磁旋转驱动器驱动转子式高压断路器在电网三相电压电压过零点时刻闭合或者断开，使转子式高压断路器在闭合和断开时即不产生电弧，不产生过电压与过电流，从而使得电网不产生冲击、干扰与浮动；其中，转子式高压断路器在用于直流电力系统时，所述定子输入导电极、转子导电极、定子导电极输出两侧的陶瓷绝缘体具有高强度剪断电弧的能力与高强度绝缘能力。使电力系统与负载系统更加稳定可靠，使高压开关不会因电弧而烧损，提高了开关与相关用电设备的稳定性与寿命，提高负载能力。

本发明所提供的转子式智能高压开关，其所采用的负载调相控制器包括：负载电压电流调相器、调频器与调幅器，用于负载为发电机在并网与断开时，调节负载(例如发电机)与电网电压电流同相位、同频率、同幅值时，在电网电压电流过零点时刻投入并网或断开，使电网与负载(例如发电机)不产生冲击与波动。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例所提供的转子式智能高压开关的结构示意框图；

图2为本发明一实施例所提供的转子式高压断路器的结构与驱动示意图；

图3为本发明一实施例所提供的转子式高压断路器的定子导电极与转子导电极接通闭合结构示意图；其中，断路器的定子导电极与转子导电极接通，高压开关为闭合状态：

图4为本发明一实施例所提供的转子式高压断路器的定子导电极与转子导电极的断开状态示意图；

图5为本发明一实施例所提供的断路器定子的结构示意图；

图6为本发明一实施例所提供的断路器转子的结构示意图；

图7为本发明一实施例所提供的转子导电极的结构示意图；

图8为本发明一实施例所提供的断路器转子内部陶瓷绝缘介子与驱动轴结构示意图；

图9为本发明一实施例所提供的转子式高压断路器A、B、C三相断路器之间及两外端侧的陶瓷隔离绝缘介子示意图；

图中：

1为转子式高压断路器；

1-1-1A为A相定子输入导电极；

1-1-3A为A相定子输入导电极电缆连接件；

1-1-5A为A相定子输入导电极一侧的陶瓷绝缘子；

1-1-5B为B相定子输入导电极一侧的陶瓷绝缘子；

1-1-5C为C相定子输入导电极一侧的陶瓷绝缘子；

1-1-1为定子输入导电极；

1-1-2为定子输出导电极；

1-1-3为定子输入导电极电缆连接件；

1-1-4为A相定子输出导电极电缆连接件；

1-1-5为定子左侧陶瓷绝缘子；

1-1-6为定子右侧陶瓷绝缘子；

1-2-1转子导电极；

1-2-2与1-2-3为转子导电极两侧的陶瓷绝缘介子；

1-2-4为转子导电极与驱动轴之间设置有驱动轴陶瓷绝缘介子；

1-2-5为驱动轴；

1-3-1、1-3-2、1-3-3、1-3-4分别为A、B、C三相断路器之间及两外端侧的陶瓷隔离绝缘介子；

2为电压电流检测装置；

3为转子矢量检测装置；

4为电磁旋转驱动器；

5为A/D变换器；

6为电压电流零点控制器；

7为系统保护控制器；

8为DSP智能控制器；

9为负载调相控制器

10为负载检测装置

11为通信报警装置；

12为系统显示器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本发明实施例提供了一种转子式智能高压开关，该转子式智能高压开关针对现有技术中的缺陷，在其结构与原理上进行改进与创新，综合转子式高压断路器、系统保护控制器、DSP智能控制器、用于电网与电力系统的高速高精度检测与智能控制的电压电流检测装置和负载检测装置，在应对各种控制方式选择与故障处理方式的选择具有高度的智能决断能力。DSP智能控制器集成设置多个专用功能的智能处理计算模块，以提高DSP的智能处理计算与控制的智能决断能力与速度，提高高压开关性能，以及对工况环境的高度适应能力。应用本发明实施例所提供的转子式智能高压开关，在电网电压零点闭合不产生电压冲击与波动，在电流零点断开不产生电弧；转子式智能高压开关在用于直流电力系统时，转子式高压断路器固定定子与转子旋转式结构，在高压断路器断开时，使转子导电极瞬间断开与陶瓷绝缘介子同时高速强力切入绝缘隔离，转子导电极两侧陶瓷绝缘介子高速切断电流与电弧，使高强陶瓷绝缘介子具有高强切断电流与电弧的能力及高强度隔离绝缘能力。转子导电极与陶瓷绝缘体在切断输入与输出定子导电极的电流后，同时形成双断点断路型，具有切断后续电流通路的特性，使断点处不能产生放电与电弧，并有高强度陶瓷绝缘介子进行隔离；由于本发明实施例中转子式高压断路器的定子与转子采用高度绝缘密封形式，绝缘强度高，体积小，不产生电弧，消除电网干扰与波动、关提高开关负载能力与寿命。

具体地，本发明实施例所提供的转子式智能高压开关中：

所述电压电流检测装置2，用于检测电网电压电流，并将电压电流转换为第一低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述转子矢量检测装置3，用于检测断路器转子的角度位置与矢量信号，并将所测角度位置与矢量信号转换为第二低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述负载检测装置10，用于检测负载系统的电压电流，以及该负载系统的运行状态与特性，并将所测电压电流转换为第三低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述A/D变换器5，用于将所述第一、第二与第三低压模拟信号转换为第一、第二与第三数字信号后传输给DSP智能控制器8；

所述DSP智能控制器8，根据电网、负载与电磁旋转驱动器的控制特性与所述第一、第二与第三数字信号计算出电网电压电流的零点信号、计算出电压电流零点控制器6控制参数与提前角，控制电磁驱动器4确保驱动转子式高压断路器1在电网三相电压电流过零点时刻闭合或者断开。

本发明实施例还包括：系统保护控制器7、通信报警装置11、负载调相控制器9、系统显示器12，所述系统保护控制器7用于在电网或负载系统出现异常或故障时，驱动高压断路器1断开，并由通信报警装置11发出警报信号。所述负载调相控制器9用于负载并网时，调节负载输出电压电流的相位频率幅值与电网电压电流的相位频率幅值相同及同步时，在电网电压电流过零点时刻投入并网或断开，使电网与负载不产生冲击与波动。所述通信报警装置11和系统显示器12，在系统或负载出现异常或故障时，发出警报信号和显示故障信息。

进一步地，所述DSP智能控制器8包括：DSP信号处理器8-1、DSP控制指令运算器8-2、DSP系统保护指令计算器8-3，DSP智能模式优选器8-4，其中：

所述DSP信号处理器，对电网电压电流与负载运行状态进行分析，并根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，根据设定的电磁旋转驱动器的控制要求，计算出转子式高压断路器的转子位置矢量角度以及转子式高压断路器和电磁旋转驱动器的驱动控制信号及提前驱动角度信号；当负载为发电机并网时，根据第三数字信号计算出负载调相调控器的负载同步控制信号；

所述DSP控制指令运算器，根据电磁旋转驱动器的控制特性与技术要求，计算出在电网三相电压电流过在零点时刻，生成对电压电流零点控制器6与电磁旋转驱动装置4的控制指令，由电压电流零点控制器6与电磁旋转驱动装置4驱动转子式高压断路器1在电网三相电压电流过在零点时刻闭合或者断开；

所述DSP系统保护指令计算器，根据电网规定与负载电力系统的技术要求及电网或负载系统的电压、电流或温度超过预设的上限值时，生成对系统保护控制器7的控制指令，以使系统保护控制器7驱动转子式高压断路器1断开；并通过通信报警装置11发出警报；

所述DSP智能模式优选器8-4，根据电网操作规定，选择最优操作规程与最优运行方式，根据负载特性控制负载调相控制器9优选运行负载并网模式。具有智能学习与自适应控制功能；

进一步地，所述电压电流检测装置2包括：电压检测变换器与电流/电压霍尔变换器；所述负载检测装置11包括：负荷电压检测变换器与电流/电压霍尔变换器。

进一步地，所述DSP智能控制器8具体用于：

获取转子式高压断路器1的A相断路器闭合或者断开后，电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量测量与计算；

根据电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量，计算得到电压电流零点控制器6的控制参数与预置提前角度与控制指令。

进一步地，所述转子式高压断路器1依次连接的定子输入导电极1-1-1、转子导电极1-2-1、定子输出导电极1-1-2；转子式高压断路器包括所设置的A、B、C三相断路器；A相断路器中：A相定子输入导电极包括A相定子输入导电极1-1-1A与A相定子输出导电极1-1-2A；1-1-1A与1-1-2A的两侧分别设有陶瓷绝缘体(陶瓷绝缘子)；A相定子输入导电极1-1-1A与A相定子输出导电极1-1-2A设置在180度对称线上；A相转子导电极两侧为陶瓷绝缘体(陶瓷绝缘介子)隔离，转子导电极内部设有驱动轴陶瓷绝缘介子与驱动轴1-2-5；

所述转子式高压断路器1中，B相与C相断路器结构与A相断路器结构相同，此处不再赘述。转子式高压断路器1的外部由高强绝缘壳体封闭与绝缘。

所述转子式高压断路器1的A、B、C三相断路器，每相断路器包含定子输入与输出导电极和转子导电极；通过转子导电极旋转90度，把定子输入导电极1-1-1与定子输出导电极1-1-2连通或隔离，使转子式高压断路器1处于闭合状态或者断开状态。所述定子输入导电极1-1-1和定子输出导电极1-1-2上分别设置有凸出的电缆连接件1-1-3和1-1-4。

进一步地，在定子输入导电极1-1-1、转子导电极1-2-1、定子输出导电极1-1-2连接重合时，所述转子式高压断路器1闭合；在定子输入导电极1-1-1、转子导电极1-2-1、定子输出导电极1-1-2错位时，所述转子式高压断路器1断开；

其中，在所述转子式高压断路器1断开时，定子输入导电极1-1-1与定子输出导电极1-1-2之间由高强度陶瓷绝缘介质完全封闭式隔离，起到高强度绝缘作用，不存在放电与爬电问题；其中，转子式高压断路器1在用于直流电力系统时，转子导电极1-2-1在旋转断开的瞬间，所述定子输入导电极1-1-1、转子导电极1-2-1、定子输出导电极1-1-2两侧的陶瓷绝缘体用于剪断电弧与高强度绝缘能力。

进一步地，当负载系统的性质为电阻性质时，所述转子式高压断路器1闭合过程为：在电网的电压A相过零点时，转子式高压断路器1A相闭合；经过60度电角度相位后，电网的电压C相过零点时，驱动转子式高压断路器1的C相闭合，再经过60度电角度相位后B相断路器闭合，使转子式高压断路器1处于完全闭合状态；

所述转子式高压断路器1断开过程：在电网的电流A相过零点时，转子式高压断路器1A相断开，经过60度电角度在电网的电流C相过零点时B相与C相转子式高压断路器同时断开，使转子式高压断路器1完全处于断开状态。

进一步地，当负载系统表现为电容性或者电感性时，根据负载功率因数角调整所述转子式高压断路器1，在电网的电流A相过零点时，A相转子式高压断路器断开，根据负载功率因数角适当调整电网的电流C相过零点时B相与C相的转子式高压断路器的断开调整电角度，以确保控制高压断路器1在电网A相电流零点断开后与在C相电流过零点时刻B相与C相断路器同时断开。

进一步地，所述电磁旋转驱动器4的工作过程为：

当DSP智能控制器8发出闭合控制指令时，电压电流零点控制器6在电网电压过零点处，控制旋转磁力驱动器4驱动高压断路器1中的转子导电极1-2-1转动90度，使得所述转子式高压断路器1闭合；

当DSP智能控制器8发出断开控制指令时，电压电流零点控制器6在电网电流过零点处，控制旋转磁力驱动器4驱动高压断路器1的转子导电极1-2-1反向转动90度，使所述转子式高压断路器1断开；

当电网或驱动电路断电时，所述磁力驱动器4与驱动高压断路器1的转子导电极1-2-1～1-2-3全部复位到断开位置，使得所述转子式高压断路器1断开。

在本发明上述实施例中：

由DSP智能控制器8与电网电压电流检测装置2对电网电压电流进行检测、并由转子矢量检测装置高速检测出断路器转子旋转位置与矢量角度，由DSP智能控制器8计算出电磁旋转驱动器4的控制参数，由电磁旋转驱动器4驱动高压断路器的转子在电网三相电压电流过零点时刻驱动断路器转子旋转，使高压开关闭合与断开，使其在闭合与断开的瞬间不产生电弧与过电压过电流，电网不产生冲击与浮动；本发明高压断路器由定子导电极与转子导电极所构成，定子与转子导电极的两侧为高强度陶瓷绝缘介质。本发明高压断路器采用全封闭方式与智能控制方式，体积小绝缘强度高，不产生电弧；本发明在用于高压直流开关时具有高强度切断电弧与灭弧能力，不因电弧而烧损，提高开关与用电设备的安全性与可靠性，提高负载能力。

所述电压电流检测装置2，用于检测电网电压电流，并将电力系统的电压电流转换为第一低压模拟信号传输给A/D变换器5；

转子矢量检测装置3，用于高速检测断路器转子的角度位置，并将其角度位置转换为第二低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

负载检测装置10，用于负载(例如发电机)并网开关时，作为检测负载(发电机)输出电压电流检测装置，并将该电压电流转换为第三低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述A/D变换器5，用于将所述第一、第二与第三低压模拟信号由A/D变换器5转换为相应的数字信号后传输给DSP智能控制器8；

所述DSP智能控制器8，用于根据所述第一、第二与第三数字信号，计算出电网电压电流零点控制器与断路器转子提前驱动角度，控制电压电流零点控制器6与电磁旋转驱动器4在电网三相电压电流过零点时刻，驱动高压断路器1的转子旋转，使高压开关在电网电压电流零点时刻闭合或断开。

所述DSP智能控制器8包括：DSP信号处理器、DSP控制指令运算器、DSP系统保护指令计算器，DSP智能模式控制器；其中：

所述DSP信号处理器，用于对电网电压电流与负荷系统的运行状态进行分析与显示，并根据接收到的第一与第二数字信号，计算出断路器转子位置矢量角度与转子式高压断路器1与电磁旋转驱动器4的驱动控制信号与提前驱动角度信号；

所述DSP控制指令运算器，用于在电网三相电压电流过在零点时刻，生成对电压电流零点控制器6、电磁旋转驱动器4的控制指令；以使电磁旋转驱动器4在电网三相电压电流过在零点时刻，控制驱动转子式高压断路器1闭合或者断开；

所述DSP系统保护指令计算器，用于在电网与负载的电压、电流或温度等超过预设的上限值时，生成对系统保护控制器7的控制指令，以使系统保护控制器7驱动转子式高压断路器1断开，并由通信报警装置11发出警报信号。

所述DSP智能模式控制器，用于电网运行操作最优模式选择，或者本发明作为发电机并网控制开关运行方式时，所述DSP智能模式选择器控制负载调相控制器9按照负载(发电机)并网智能控制模式运行；负载调相控制器9用于负载(如发电机)并网时，调节负载(如发电机)的输出电压电流的相位频率幅值与电网电压电流的相位频率幅值相同并且与电网同步时，在电网与发电机的电压电流过零点时刻投入并网或断开，使电网与负载(发电机)不产生冲击与波动。

所述DSP智能控制器8具体用于：

获取与计算出转子式高压断路器1的A相断路器闭合或者断开后，电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量；

根据所述电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量，计算出针对电压电流零点控制器6的控制参数与控制指令。

下面结合附图对本发明上述实施例进一步详细描述。

如图1所示，本发明上述实施例中的转子式智能高压开关可以包括：转子式高压断路器1、电压电流检测装置2、转子矢量检测装置3、电磁旋转驱动器4、A/D变换器5、电压电流零点控制器6、系统保护器7、DSP智能控制器8、负载调相器9、负载检测装置10、通信报警装置11、显示器12。

本发明由DSP智能控制器8对电网电压电流进行检测、并由转子矢量检测装置3高速检测出断路器转子旋转位置与矢量角度，由DSP智能控制器8计算出电磁旋转驱动器4的控制参数，由电磁驱动器4驱动高压断路器转子在电网电压电流过零点时刻旋转90度，使高压开关闭合与断开，使其在闭合与断开的瞬间不产生电弧与过电压过电流，电网不产生冲击与浮动。

所述电压电流检测装置2，用于检测电网电压电流，以及该负载系统的运行状态，并将电网电压电流转换为第一低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述转子矢量检测装置3，用于高速检测出断路器转子位置与旋转矢量角度，并转换为第二低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

负载检测装置10，用于检测负载电压电流及负载特性，并将该负载系统的电压电流转换为第三低压模拟信号传输给所述A/D变换器5；

所述A/D变换器5，用于将所述第一低压模拟信号、第二低压模拟信号、第三低压模拟信号、转换为相应的第一数字信号、第二数字信号、第三数字信号后传输给DSP智能控制器8；

所述DSP智能控制器8，用于根据所述第一数字信号、第二数字信号、第三数字信号、分析电网和负载系统的运行状态，得到电网与负载的电压电流的频率、相位、幅值、断路器转子的位置角度，并通过电压电流零点控制器6在电网三相电压电流过零点时刻，由电磁驱动漆4驱动高压断路器1的闭合或者断开。

如图1所示，本实施例中的转子式智能高压开关，还包括系统保护控制器7、通信报警装置11，所述系统保护控制器7用于在电网或者负载系统出现故障时，驱动转子式高压断路器1断开，并通过通信报警装置11发出警报信号。

具体的，本实施中的DSP智能控制器8可以包括：DSP信号处理器、DSP控制指令运算器、DSP系统保护指令计算器，DSP智能模式优选器，其中：

所述DSP信号处理器，对电网电压电流与负载运行状态进行分析，并根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，根据设定的电磁旋转驱动器的控制要求，计算出转子式高压断路器的转子位置矢量角度以及转子式高压断路器和电磁旋转驱动器的驱动控制信号及提前驱动角度信号；当负载为发电机并网时，根据第三数字信号计算出负载调相调控器的负载同步控制信号；

所述DSP控制指令运算器，用于在电网三相电压电流过在零点时刻，生成对电压电流零点控制器6、电磁驱动器4的控制指令，以使电磁驱动器4在电网三相电压电流过在零点时刻，控制高压断路器1闭合或者断开。

所述DSP系统保护指令计算器，用于在电网或者负载系统的电压电流温度等超过预设的上限值时，生成对系统保护控制器7的指令，以使系统保护控制器7驱动高压断路器1断开，并通过通信报警装置11发出警报信号。

图2为图1中转子式高压断路器的结构示意图，如图2所示，高压断路器1包括：断路器定子输入导电极1-1-1、转子导电极1-2-1、定子输出导电极1-1-2；其中，所述设置断路器定子与断路器转子1-2；断路器定子包含A、B、C三相；每相断路器定子1-1包含：定子输入导电极1-1-1、定子输出导电极1-1-2，两定子导电极设置在对称180度轴线上，定子导电极两侧设置陶瓷绝缘子1-1-5与1-1-6；断路器设置断路器转子1-2包含A、B、C三相；每相断路器转子1-2包含：转子导电极1-2-1、转子导电极1-2-1两侧为陶瓷绝缘介子1-2-2与1-2-3，转子导电极1-2-1内部为驱动轴陶瓷绝缘介子1-2-4与驱动轴1-2-5；其中断路器的A、B、C相三相断路器，由陶瓷隔离绝缘介子1-3隔离与保护。

本实施例中的转子式高压断路器1，通过驱动转子1-2，使转子导电极1-2-1转动90角度，使定子输入导电极1-1-1与定子输出导电极1-1-3导电极之间处于连通状态或者隔离状态。

具体的，图3为图2中转动切换体的结构示意图，如图3所示，转子式高压断路器1闭合过程为：在电网的电压A相过零点时，转子式高压断路器1的A相闭合；经过60度的角度后电网C相电压零点时刻，转子式高压断路器1的C相闭合，再经过60度的角度后B相闭合，从而保证转子式高压断路器1在闭合瞬间，A、B、C三相不产生电弧与冲击电压和冲击电流，使得电网与负载过渡特性平稳与无波动。转子式高压断路器1断开过程：在电网A相电流过零点时刻，转子式高压断路器1的A相断开，经过60度电角度在C相电流过零点时刻，转子式高压断路器1的B相与C相同时断开；从而可以保证转子式智能高压开关在闭合与断开时，A相、B相、C相不产生电弧与电压波动。

需要说明的是，本实施例中的转子式智能高压开关的上诉操作条件是在负载为电阻性负载。当负载性质为电感负载或电容型负载时、或则三相不平衡时，DSP智能控制器8需要根据负载功率因数与三相电压电流不平衡度，控制电压电流零点控制器6在高压断路器1的A相断开后，在延迟60电角度±调控角度β，使其在C相电流零点时刻，控制高压断路器1C相与B相同时断开。

本实施例中，DSP智能控制器8采用最优智能控制模式，能够适应电网与负载系统的复杂变化状态，在应对各种控制方式的选择与故障处理方式，具有高度的智能决断能力。应用本实施例中的转子式智能高压开关的闭合或者断开时刻，不产生电弧，不会产生电压电流冲击；从而有效消除电网与电力系统的干扰与波动，增加高压开关与相关电力设备负载能力与使用寿命。

图4为图2中断路器断开状态示意图，如图3与图4所示，本实施例中的电磁旋转驱动器4的工作过程为：当DSP智能控制器8发出闭合控制指令时，电压电流零点控制器6在电网电压过零点处，控制旋转磁力驱动器4驱动高压断路器1中的转子导电极1-2-1转动90度，使得所述转子式高压断路器1闭合；当DSP智能控制器8发出断开控制指令时，电压电流零点控制器6在电网电流过零点处，控制旋转磁力驱动器4驱动高压断路器1的转子导电极1-2-1反向转动90度，使所述转子式高压断路器1断开；当电网或驱动电路断电时，所述磁力驱动器4与驱动高压断路器1的转子导电极1-2-1～1-2-3全部复位到断开位置，使得所述转子式高压断路器1断开。

如图7所示，转子导电极1-2-1为一整体的高导电率金属体。

本实施例中，采用磁力驱动器可保证转子式智能高压开关操作的瞬间高速性。

本实施例，通过DSP智能控制器8对电网与负载系统的电压电流进行高速检测，根据电网与负载系统的电压电流特性计算出高压断路器1的三相电压电流的过零点，控制高压断路器1在电网三相电压电压过零点时刻进行闭合或者断开。使高压断路器闭合和断开时即不产生电弧，也不产生过电压，从而使得电网不产生冲击与浮动，使高压开关不会因电弧而烧损，提高高压开关与相关用电设备的稳定性与使用寿命，提高负载能力。

进一步地，本实施例采用电压电流检测装置和负载检测装置实时检测电网、负载系统的电压电流与运行状态，并通过DSP智能控制器8对电网、负载系统的运行状态和电压电流进行分析，从而可以形成具有自适应学习控制功能的智能控制模式，提升应对各种复杂的电网与负载变化及环境变化与其适应能力，在应对各种控制方式选择与故障处理方式的选择时，具有高度的智能决断能力。

进一步地，本实施例中的转子式智能高压开关，其一具有双断点，驱动转子1-2转动时，转子导电极两侧的陶瓷绝缘体起到剪断电弧与高强的绝缘隔离作用；其二：放电距离与爬电距离增加2倍距离以上，双断点具有相互切断后续电流的能力，使其在断点处不产生放电与电弧；

进一步地，本实施例中的的转子式智能高压开关，能够对电网与负荷系统实时检测与监控，当电网或负载出现异常与故障时，DSP智能控制器8控制系统保护控制器7，由系统保护控制器7控制电磁驱动器4即时驱动高压断路器1断开，切离电网与负载，达到对电网与负载系统的保护；并即时发出报警信号。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种转子式智能高压开关，其特征在于，包括转子式高压断路器(1)、电压电流检测装置(2)、转子矢量检测装置(3)、电磁旋转驱动器(4)、A/D变换器(5)、电压电流零点控制器(6)、DSP智能控制器(8)、负载调相控制器(9)以及负载检测装置(10)；其中：

所述转子式高压断路器(1)连接于电网上；

所述电压电流检测装置(2)，检测电网电压电流，并将电网电压电流转换为第一低压模拟信号传输给A/D变换器(5)；

所述转子矢量检测装置(3)，设置于转子式高压断路器(1)的一端，检测转子式高压断路器(1)的转子角度位置，并将转子角度位置转换为第二低压模拟信号传输给A/D变换器(5)；

所述电磁旋转驱动器(4)，设置于转子式高压断路器(1)的另一端，驱动转子式高压断路器(1)闭合或断开；

所述负载检测装置(10)，检测负载输出电压电流，并将负载输出电压电流转换为第三低压模拟信号传输给A/D变换器(5)；

所述A/D变换器(5)，将第一低压模拟信号、第二低压模拟信号和第三低压模拟信号分别转换为相应的第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号后传输给DSP智能控制器(8)；

所述DSP智能控制器(8)，根据第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号，计算出电压电流零点控制器(6)的电网三相电压电流过零点时刻与电磁旋转驱动器(4)的提前驱动角度，控制电压电流零点控制器(6)与电磁旋转驱动器(4)在电网三相电压电流过零点时刻，驱动转子式高压断路器(1)的转子旋转，使转子式高压断路器(1)在电网三相电压电流过零点时刻闭合或断开；

所述负载调相控制器(9)，用于负载并网时，调节负载输出电压电流的相位频率幅值与电网电压电流的相位频率幅值相同及同步时，在电网电压电流过零点时刻投入并网或断开，使电网与负载不产生冲击与波动。

2.根据权利要求1所述的转子式智能高压开关，其特征在于，所述DSP智能控制器(8)包括：DSP信号处理器和DSP控制指令运算器；其中：

所述DSP信号处理器，对电网电压电流与负载运行状态进行分析，并根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，计算出转子式高压断路器(1)的转子位置矢量角度以及转子式高压断路器(1)和电磁旋转驱动器(4)的驱动控制信号及提前驱动角度信号；当负载为发电机并网时，根据第三数字信号计算出负载调相调控器(9)的负载同步控制信号；

所述DSP控制指令运算器，根据电磁旋转驱动器(4)的控制要求，计算出在电网三相电压电流过零点时刻，生成对电压电流零点控制器(6)和电磁旋转驱动器(4)的控制指令，以控制电磁旋转驱动器(4)在电网三相电压电流过零点时刻，控制驱动转子式高压断路器(1)闭合或者断开。

3.根据权利要求2所述的转子式智能高压开关，其特征在于，所述DSP信号处理器根据接收到的第一数字信号和第二数字信号，计算出转子式高压断路器(1)的A相断路器闭合或者断开后，电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量；

所述DSP控制指令运算器根据电网的B相与C相电压与电流相位随负载特性变化的规律与变化量，计算出针对电压电流零点控制器(6)和电磁旋转驱动器(4)的控制参数与控制指令。

4.根据权利要求1所述的转子式智能高压开关，其特征在于，所述转子式高压断路器(1)包括依次设置的A、B、C三相断路器，所述A、B、C三相断路器之间以及外端侧分别设置有陶瓷隔离绝缘介子；每相断路器均包括断路器定子以及设置于断路器定子内部的断路器转子；其中：

所述断路器定子包括：定子输入导电极和定子输出导电极，所述定子输入导电极和定子输出导电极设置在对称180度轴线上，定子输入导电极和定子输出导电极之间设置有陶瓷绝缘子；所述定子输入导电极和定子输出导电极的外端分别设置有凸出的电缆连接件；

所述断路器转子包括：转子导电极，所述转子导电极的两侧分别设置有陶瓷绝缘介子，所述转子导电极的内部设置有驱动轴，所述转子导电极与驱动轴之间设置有驱动轴陶瓷绝缘介子；

通过电磁旋转驱动器(4)控制驱动三相断路器转子的转子导电极转动，使三相断路器转子的转子导电极分别与三相断路器定子的定子输入导电极和定子输出导电极之间处于连通或者隔离状态。

5.根据权利要求4所述的转子式智能高压开关，其特征在于，当电磁旋转驱动器(4)驱动转子导电极转动，使定子输入导电极和定子输出导电极与转子导电极重合时，所述转子式高压断路器(1)闭合；当电磁旋转驱动器(4)驱动转子导电极反向转动90度角，使转子导电极与定子输入导电极和定子输出导电极垂直错位时，所述转子式高压断路器(1)断开；

其中，当转子式高压断路器(1)断开时，在定子输入导电极与定子输出导电极之间同时产生两个断点，使放电距离与爬电距离增加2倍距离以上。

6.根据权利要求4所述的转子式智能高压开关，其特征在于-当负载为电阻性质负载时：

所述转子式高压断路器1的闭合过程为：在电网的电压A相过零点时，转子式高压断路器(1)的A相断路器闭合，经过60度电角度相位后，电网的电压C相过零点时，驱动转子式高压断路器(1)的C相断路器闭合，再经过60度电角度相位后，电网的电压B相过零点时，B相断路器闭合，使转子式高压断路器(1)处于完全闭合状态；

所述转子式高压断路器(1)的断开过程为：在电网的电流A相过零点时，转子式高压断路器(1)的A相断路器断开，经过60度电角度相位后，电网的电流C相过零点时，转子式高压断路器(1)的B相与C相断路器同时断开，使转子式高压断路器(1)处于完全断开状态；

-当负载为电容性质或者电感性质负载时：

根据负载功率因数角调整所述转子式高压断路器(1)，在电网的电流A相过零点时，转子式高压断路器(1)的A相断路器断开，根据负载功率因数角调整电网的电流C相过零点时转子式高压断路器(1)的B相与C相断路器的断开调整电角度，确保控制转子式高压断路器(1)在电网的电流A相零点断开后与在电流C相过零点时转子式高压断路器(1)的B相与C相断路器同时断开。

7.根据权利要求4所述的转子式智能高压开关，其特征在于，所述电磁旋转驱动器(4)包括：第一驱动电路与线圈、第二驱动电路与线圈及吸动旋转衔铁机构；所述电磁旋转驱动器(4)与三相断路器转子的转子导电极之间的控制驱动关系为：

当第一驱动电路与线圈通电后，控制吸动旋转衔铁机构驱动断路器转子旋转90度，使转子式高压断路器(1)中的转子导电极分别与定子输入导电极和定子输出导电极重合，使所述转子式高压断路器(1)闭合；

当第二驱动电路与线圈通电后，控制吸动旋转衔铁机构反方向旋转90度，驱动断路器转子反向旋转90度，使转子式高压断路器(1)中的转子导电极与定子输入导电极和定子输出导电极错开90度，使得所述转子式高压断路器(1)断开；

当电网或第一驱动电路与线圈和第二驱动电路与线圈均断电时，所述转子导电极自动复位，使所述转子式高压断路器(1)处于断开状态。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的转子式智能高压开关，其特征在于，还包括：如下任意一个或任意多个部件：

-系统保护控制器(7)，设置于DSP智能控制器(8)和电磁旋转驱动器(4)之间，在电网或者负载系统出现异常或故障时，系统保护控制器(7)通过DSP智能控制器(8)发出的控制指令控制电磁旋转驱动器(4)驱动转子式高压断路器(1)断开；

-通信报警装置(11)和系统显示器(12)，在系统或负载出现故障时，由通信报警装置(11)发出警报信号，并由系统显示器(12)显示出故障信息。

9.根据权利要求8所述的转子式智能高压开关，其特征在于，所述DSP智能控制器(8)还包括DSP系统保护指令计算器和DSP智能模式控制器；其中：

所述DSP系统保护指令计算器，在电网与负载的电压、电流或温度超过预设的上限值时，生成对系统保护控制器(7)的控制指令，并在电网与负载的电压、电流或温度超过预设的保护值时，控制系统保护控制器(7)驱动转子式高压断路器(1)断开；

所述DSP智能模式控制器，根据电网操作规定，选择智能开关的操作规程与运行模式，或者，控制负载调相控制器(9)运行负载并网操作控制模式。

10.根据权利要求8所述的转子式智能高压开关，其特征在于，还包括如下任意一项或任意多项特征：

-当负载为电容性或者电感性系统时，根据负载的电压电流测量相位角，由DSP智能控制器(8)调整控制所述电磁旋转驱动器(4)的控制电角度，以控制转子式高压断路器(1)确保在电网电压电流过零点时刻的闭合与断开时间；

-所述电压电流检测装置(2)包括：

电压互感器；

电流及电压霍尔变换器；

-所述负载检测装置(10)包括：

负载电压检测装置；

电流及电压霍尔变换器。