CN110729087B - 一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法，属于高压电力设备技术领域。包括三个结构相同的单个装置单元和一个时序控制单元。第一单个装置单元的压控材料与第二单个装置单元的压控材料串联形成第一支路，第三单个装置单元的压控材料与定值电阻串联形成第二支路，第一、第二支路并联。时序控制单元分别控制三个单个装置单元的斥力机构分闸动作。将压控材料接入限流电路后，通过快速压力控制改变压控材料的阻值。本发明通过控制斥力机构的分闸时间、各单个装置的连接方式及各单个装置斥力机构间的动作时序，得到需要接入的总电阻变化曲线，实现压控材料电阻变化曲线可控。本发明可应用在电力系统中需要电流转移的场合中，且可通过控制电阻变化实现电流转移可控，有较好的实用性。

Description

一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法
技术领域
本发明属于高压电力设备技术领域，具体来说，涉及压控材料接入电路电阻曲线可控的组合装置及实现方法，尤其涉及利用压控材料电阻变化驱使电流转移在相关技术领域的应用。
背景技术
目前，随着我国电网系统的输电量增加，需要开断的故障电流越来越大。近年来对于故障限流研究越来越多。电力系统中通过将故障电流转移至并联限流线路中来完成故障限流，但是故障电流由机械断口向并联支路转移一般在系统电流自然过零点处完成，从而导致故障电流限制时间长。在应用本专利中提及的单个装置单元与机械开断端口共同使用时，可以使电流在自然过零点之前实现快速转移，省去了电流等待过零点时间，为故障电流快速转移提供了一种解决方案。在使用本专利中提及的单个装置单元与机械开断端口共同应用于故障限流时，由于单个装置单元动作后电阻曲线变化过快，从而导致待转移支路中产生极高的过电压，因此需要一种电阻曲线可控的方法，来实现电流转移。
发明内容
本发明提供一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法。通过控制压控材料支路的电阻变化速率，进而控制电流转移速度，既能较快完成电流转移，又能在电流转移中防止电力设备产生过高的过电压，从而保护支路设备，延长电力设备使用寿命。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置，由三个结构相同的单个装置单元和一个时序控制单元组成。将第一单个装置单元2的压控材料单元6与第二单个装置单元3的压控材料单元6串联形成第一支路，将第三单个装置单元4的压控材料单元6与定值电阻串联形成第二支路后，将第一支路与第二支路并联。所述时序控制单元5分别与三个单个装置单元的斥力机构8连接，用于控制每个单个装置单元的斥力机构单元8分闸动作。该可控组合装置通过单个装置斥力机构单元的分闸运动产生单个电阻随时间变化曲线，由多个单个装置斥力机构单元带动各自电阻动作变化，并通过串并联组合的形式组成一个电阻变化曲线可控的组合装置。
所述的三个单个装置单元的结构相同，均包括压控材料单元6、压缩弹簧7、斥力机构单元8、用于合闸的永磁机构单元9、连接杆14。所述的永磁机构单元9设于斥力机构单元8下方；所述连接杆14作为斥力机构单元8与永磁机构单元9的共用连接杆进行固定连接，并作为斥力机构单元8与永磁机构单元9的动力传动杆完成其分、合闸动作；所述压缩弹簧7设于压控材料单元6及连接杆14中间，用于连接压控材料单元6及斥力机构单元8，压控材料单元6位于压缩弹簧7上方。
所述的压控材料单元6包括上导电电极10、下导电电极11、绝缘盛装容器12及压控材料13。所述绝缘盛装容器12内放置压控材料13，上导电电极10作为绝缘盛装容器12的上端盖，由螺丝于接触面固定为一体，并将该体采用固定于外围配重设备等方式严格限制其在水平、竖直方向上的位移；所述下导电电极11作为绝缘盛装容器12的下端盖嵌入绝缘盛装容器12内，且下导电电极 11可以在竖直方向上进行微小位移，保证下导电电极11可以与压控材料13接触并将其所受压力传递至压控材料13。所述压控材料单元6将压控材料13串联接入电路，通过快速压力控制改变压控材料的阻值，电流由上导电电极10流入，流经压控材料13后，由下导电电极 11流出。
所述连接杆14上部与下导电电极11下部均制作为直径小于该部主体的凸起，用于套装压缩弹簧7并限制其在水平方向上的位移，使压缩弹簧7可以随斥力机构单元8的分、合闸动作而在竖直方向上压缩或自由伸长。
所述压控材料13为本身阻值可以随压力快速改变的金属或金属化合物，包括硼化钛或碳化钛等。
一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置的实现方法，通过对各单个装置单元的斥力机构分闸动作时序的控制，实现对整个可控组合装置接入电路后对外电阻变化速率的控制，进而实现整个可控组合装置压控材料电阻变化曲线可控，包括以下步骤：
第一步，组装形成压控材料电阻变化曲线可控组合装置：将第一单个装置单元2的压控材料单元6与第二单个装置单元3的压控材料单元6串联形成第一支路，将第三单个装置单元4的压控材料单元6与定值电阻串联形成第二支路后，将第一支路与第二支路并联。所述时序控制单元5分别与三个单个装置单元2、3、4的斥力机构单元8连接。将三个单个装置单元由各自永磁机构单元9操作控制进行合闸，合闸动作后单个装置单元的斥力机构单元8均保持合闸状态，此时单个装置单元中压控材料13均为受压力呈现低阻状态。
第二步，T1时刻，所述时序控制单元5控制驱动第一单个装置单元2的斥力机构单元8 分闸动作，斥力机构单元8做分闸运动，带动连接杆14向下运动，从而使与连接杆14连接的压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，压缩弹簧7对压控材料单元6的下导电电极11压力减小，此时压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
第三步，T2时刻，所述时序控制单元5控制驱动第二单个装置单元3的斥力机构单元8 分闸动作，斥力机构单元8做分闸运动，带动连接杆14向下运动，从而使与连接杆14连接的压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，压缩弹簧7对压控材料单元6的下导电电极11压力减小，此时压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
第四步，T3时刻，所述时序控制单元5控制驱动第三单个装置单元4的斥力机构单元8 分闸动作，斥力机构单元8做分闸运动，带动连接杆14向下运动，从而使与连接杆14连接的压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，压缩弹簧7对压控材料单元6的下导电电极11压力减小，此时压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
所述的时序控制单元按照一定的动作顺序、时间间隔控制每个单个装置单元机构动作，各单个装置之间的动作顺序及T1、T2、T3之间的时间间隔由实际需要调整确定。
本发明通过时序控制单元调节各单个装置之间的动作延时，进而控制多个压控材料单元的具体动作时序，从而使电阻按照理想曲线变化，达到降低暂态过电压的目的。
本发明具体工作原理为：正常通流状态下，压控材料因承受压力其电阻呈较低状态，电流主要流过压控材料单元。当线路发生故障需要电流转移时，时序控制单元输出信号使各个单个装置单元的斥力机构单元按照一定时序分闸动作，单个装置单元内的压控材料承受的压力减小，其电阻迅速增大，两端电压升高，进而接入电路的组合装置总电阻增大，驱使电流转移至并联支路；转移过程中，避雷器按照阈值电压是否达到而选择性导通，保护并联支路设备。
本发明的有益效果为：
本发明可以通过对各单个装置斥力机构单元分闸动作时序的控制，实现对整个组合装置接入电路后对外电阻变化速率的控制，进而实现整个组合装置压控材料电阻变化曲线可控。在本发明应用于电流转移领域时，通过减小组合装置对外电阻增大速率，使得待转移支路过电压大幅减小，能够有效保护支路电力设备免受过电压影响，延长电力设备使用寿命。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。本发明可应用在电力系统中需要电流转移的场合中，且可通过控制电阻变化实现电流转移可控，有较好的实用性。
附图说明
图1为本发明压控材料电阻变化曲线可控组合装置示意图；
图2为本发明单个装置单元结构示意图；
图3为本发明压控材料电阻与压力的关系图；
图4为本发明单个装置单元动作后电阻变化曲线示意图；
图5为本发明压控材料电阻变化曲线可控的方法；
图6为本发明组合装置动作后电阻变化曲线示意图；
图7为本发明应用于采用压控特性升压驱使电流转移的电路原理图；
图8为本发明组合装置与单个装置单元用于电流转移的过电压对比图。
图中：1压控材料电阻变化曲线可控组合装置；2第一单个装置单元；3第二单个装置单元；4第三单个装置单元；5时序控制单元；6压控材料单元；7压缩弹簧；8斥力机构单元；9永磁机构单元；10上导电电极；11下导电电极；12绝缘盛装容器；13压控材料；14连接杆；15升压模块；16压控材料模块；17时序控制模块；18待转移支路模块 ；19避雷器模块。
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，显而易见的，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的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为本发明采用的压控材料电阻变化曲线可控组合装置示意图，如图1所示，本实施例的装置，包括：所述组合装置1由三个结构相同的单个装置单元2、3、4和一个时序控制单元5组成。将第一单个装置单元2的压控材料单元6与第二单个装置单元3的压控材料单元6串联形成第一支路，将第三单个装置单元4的压控材料单元6与10Ω电阻串联形成第二支路后，将第一支路与第二支路并联。所述时序控制单元5分别与三个单个装置单元2、3、 4的斥力机构单元8连接，用于控制每个单个装置单元的斥力机构单元8分闸动作。将压控材料接入限流电路后，通过快速压力控制改变压控材料的阻值。本发明通过控制斥力机构单元的分闸时间、各单个装置的连接方式及各单个装置斥力机构单元间的动作时序，得到需要接入的总电阻变化曲线，实现压控材料电阻变化曲线可控。
图2为本发明采用的单个装置单元结构示意图，如图2所示，本实施例的装置，包括：压控材料单元6、压缩弹簧7、斥力机构单元8、用于合闸的永磁机构单元9、连接杆14。所述的永磁机构单元9设于所述斥力机构单元8下方，所述压控材料单元6设于所述压缩弹簧7上方，所述压缩弹簧7设于所述压控材料单元6及所述连接杆14中间，用于连接所述压控材料单元6及所述斥力机构单元8；所述连接杆14作为所述斥力机构单元8与所述永磁机构单元9的共用连接杆进行固定连接，并作为所述斥力机构单元8与所述永磁机构单元9的动力传动杆完成其分、合闸动作；所述连接杆14上部与所述下导电电极11下部均制作为直径小于该部主体的凸起，用于套装所述压缩弹簧7并限制其在水平方向上的位移，使所述压缩弹簧7可以随所述斥力机构单元8的分、合闸动作而在竖直方向上压缩或自由伸长。
所述压控材料单元6包括上导电电极10、下导电电极11、绝缘盛装容器12及压控材料13。所述压控材料单元6盛装所述压控材料13并将其串联接入电路，方法为：电流由上导电电极 10流入，流经压控材料13后，由下导电电极流出。所述上导电电极10作为所述绝缘盛装容器12 的上端盖，由螺丝于接触面固定为一体，并将该体采用固定于外围配重设备等方式严格限制其在水平、竖直方向上的位移；所述下导电电极11作为所述绝缘盛装容器12的下端盖嵌入所述绝缘盛装容器12内，使所述下导电电极11可以在竖直方向上进行微小位移，以致所述下导电电极11可以与所述压控材料13接触并将其所受压力传递至所述压控材料13；所述压控材料为硼化钛。
图3为本发明压控材料电阻与压力的关系图，如图3所示，所述压控材料随着受压力的减小，其电阻呈增大趋势，当压力减小到一定值后继续减小时，所述压控材料电阻迅速变大。
图4为本发明单个装置单元斥力机构单元动作后电阻变化曲线示意图，如图4所示，所述压控材料电阻在所述单个装置单元分闸动作后电阻变化随时间变化曲线，由图可见，所述压控材料电阻变化主要在所述装置单元整个分闸动作的后半程。
图5为本发明压控材料电阻变化曲线可控实现方法；如图5，包括：
第一步，组装形成所述压控材料电阻变化曲线可控组合装置：将第一单个装置单元2的压控材料单元6与第二单个装置单元3的压控材料单元6串联形成第一支路，将第三单个装置单元4的压控材料单元6与10Ω电阻串联形成第二支路后，将第一支路与第二支路并联。所述时序控制单元5分别与三个单个装置单元2、3、4的斥力机构单元8连接，并将所述三个单个装置单元2、3、4由各自永磁机构单元9控制进行合闸，合闸动作后单个装置单元2、3、4的斥力机构单元8均为合闸状态。
第二步，T1时刻，所述时序控制单元5控制驱动第一单个装置单元2的斥力机构单元8 分闸动作，所述斥力机构单元8做分闸运动，带动所述连接杆14向下运动，从而使与所述连接杆 14连接的所述压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，所述压缩弹簧7对所述压控材料单元6 的所述下导电电极11压力减小，所述压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
第三步，T1+0.03毫秒时刻，所述时序控制单元5控制驱动第二单个装置单元3的斥力机构单元8分闸动作，所述斥力机构单元8做分闸运动，带动所述连接杆14向下运动，从而使与所述连接杆14连接的所述压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，所述压缩弹簧7对所述压控单元6的所述下导电电极11压力减小，所述压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
第四步，T1+0.06毫秒时刻，所述时序控制单元5控制驱动第三单个装置单元4的斥力机构单元8分闸动作，所述斥力机构单元8做分闸运动，带动所述连接杆14向下运动，从而使与所述连接杆14连接的所述压缩弹簧7由压缩状态变为自由伸长状态，所述压缩弹簧7对所述压控单元6的所述下导电电极11压力减小，所述压控材料13受压力随即减小，压控材料13电阻随压力减小而增大。
具体而言，电路中过快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，采用所述电阻曲线变化可控的方法，通过时序控制单元调节各单个装置之间的动作延时，进而控制多个压控材料单元的具体动作时序，从而使电阻按照理想曲线变化，达到降低暂态过电压的目的。
图6为本发明组合装置动作后电阻变化曲线示意图；如图6所示，受时序控制单元控制，组合装置动作完成后电阻变化曲线变缓，电阻增大的变化整体速率较单个装置单元放缓。
图7为本发明应用于采用压控特性升压驱使电流转移的电路原理图，如图7所示，原理图包括升压模块15，压控材料模块16、时序控制模块17、待转移支路模块18、避雷器模块 19；本发明所述组合装置作为升压模块15接入电路，与待转移支路模块18、避雷器模块19 并联。升压模块15由时序控制 模块 17进行时序控制。时序控制 模块 17可以为单片机，通过控制不同输出信号的时间间隔，控制相应的斥力操动机构动作，进而控制升压模块15中每个压控材料模块16中材料电阻开始变化的动作时序。
图8为本发明组合装置与单个装置单元用于电流转移的过电压对比图。如图8所示，组合装置驱使电流转移后，电路产生过电压达到峰值时间较单个装置驱使电流转移时间基本不变，但过电压峰值减半，电流转移完成时间(即电压变为0的时间)基本不变。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，包括但不限于改变单个装置单元的串并联组合方式、改变各单个装置动作时序、将分闸过程逆向应用(即合闸过程)等，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置，其特征在于，所述的可控组合装置包括三个结构相同的单个装置单元和一个时序控制单元(5)；第一单个装置单元(2)的压控材料单元(6)与第二单个装置单元(3)的压控材料单元(6)串联形成第一支路，第三单个装置单元(4)的压控材料单元(6)与定值电阻串联形成第二支路后，第一支路与第二支路并联；所述时序控制单元(5)分别与三个单个装置单元的斥力机构单元 (8)连接，用于控制每个单个装置单元的斥力机构单元 (8)分闸动作；
所述的三个单个装置单元的结构相同，均包括压控材料单元(6)、压缩弹簧(7)、斥力机构单元(8)、用于合闸的永磁机构单元(9)、连接杆(14)；所述的永磁机构单元(9)设于斥力机构单元(8)下方；所述连接杆(14)作为斥力机构单元(8)与永磁机构单元(9)的共用连接杆，并作为斥力机构单元(8)与永磁机构单元(9)的动力传动杆完成其分、合闸动作；所述压缩弹簧(7)用于连接压控材料单元(6)的下导电电极(11)及斥力机构单元(8)，压控材料单元(6)位于压缩弹簧(7)上方，压缩弹簧(7)可以随斥力机构单元(8)的分、合闸动作而在竖直方向上压缩或自由伸长；
所述的压控材料单元(6)包括上导电电极(10)、下导电电极(11)、绝缘盛装 容器(12)及压控材料(13)；所述绝缘盛装 容器(12)内放置压控材料(13)，上、下导电电极(10)、(11)分别作为绝缘盛装 容器(12)的上下端盖，且下导电电极(11)嵌入绝缘盛装 容器(12)内可在竖直方向上进行微小位移，保证下导电电极(11)可以与压控材料(13)接触并将其所受压力传递至压控材料(13)；所述压控材料单元(6)将压控材料(13)串联接入电路，通过快速压力控制改变压控材料的阻值，电流由上导电电极(10)流入，流经压控材料(13)后，由下导电电极(11)流出；
所述压控材料(13)为本身阻值随压力快速改变的金属或金属化合物。
2.根据权利要求1所述的一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置，其特征在于，所述的压控材料(13)包括硼化钛或碳化钛。
3.一种权利要求1或2所述的压控材料电阻变化曲线可控组合装置的实现方法，其特征在于，通过对各单个装置单元的斥力机构单元 (8)分闸动作时序的控制，实现对整个可控组合装置接入电路后对外电阻变化速率的控制，进而实现整个可控组合装置压控材料电阻变化曲线可控，包括以下步骤：
组装形成压控材料电阻变化曲线可控组合装置；将三个单个装置单元由各自永磁机构单元(9)操作控制进行合闸，合闸动作后单个装置单元的斥力机构单元 (8)均保持合闸状态，此时单个装置单元中压控材料(13)均为受压力呈现低阻状态；
时序控制单元按照一定的动作顺序、时间间隔控制驱动三个单个装置单元的斥力机构单元(8)分闸动作，斥力机构单元(8)做分闸运动，带动连接杆(14)向下运动，使与连接杆(14)连接的压缩弹簧(7)由压缩状态变为自由伸长状态，压缩弹簧(7)对压控材料 单元（6） 的下导电电极(11) 压力减小，此时压控材料(13)受压力随即减小，压控材料(13)电阻随压力减小而增大；
通过时序控制单元调节各单个装置之间的动作延时，控制多个压控材料单元的具体动作时序，使电阻按照理想曲线变化，达到降低暂态过电压的目的。
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