CN112509857B - 一种组合型高压直流旁路开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合型高压直流旁路开关，组合型高压直流旁路开关包括并联布置的快速开关和慢速开关；快速开关和慢速开关分别包括断路器，断路器包括灭弧室以及操动机构；所述快速开关的合闸速度大于慢速开关的合闸速度。通过设置两个并联的开关，每个开关配备单独的操动机构，负载较小，能够提高断路器的合闸速度。而且，本发明中两个开关的合闸速度差异化设计，其中一个开关先行合闸，另一个开关后合闸进行分流，只需要保证快速开关的合闸速度，满足快速短接换流阀的要求就能够保证正常使用，对于慢速开关的要求更低，降低旁路开关的成本。

Description

一种组合型高压直流旁路开关

技术领域

本发明涉及一种组合型高压直流旁路开关。

背景技术

±800kV及以上的特高压直流输电工程中，旁路开关的作用是控制每极中两台串联的换流阀中的一台投入或退出运行，同时不影响该极另一台换流阀的运行，减少任何一个单极完全停运的次数，从而提高了直流输送系统的可靠性和能量利用率。

目前存在的一种旁路开关如授权公告号为CN102568910B的中国发明专利所示，其包括双断口断路器，双断口断路器中的两个灭弧室相互串联，在每个灭弧室的两端还并联有分流开关，起到分流的作用，其中分流开关中动、静触头的开合距离大于灭弧室中动、静触头的开合距离。旁路开关还包括驱动装置（即操动机构），驱动装置与灭弧室以及分流开关均传动相连，工作时，驱动装置带动灭弧室以及分流开关同时动作，灭弧室先合闸、分流开关后合闸进行分流。

目前的旁路开关虽然通过增加分流开关进行分流的方式来提高旁路开关的通流能力，但是分流开关、灭弧室由一个驱动装置共同驱动动作，驱动装置的负载较大，驱动旁路开关合闸的时间过长，导致冲击电流过大，无法快速短接换流阀，系统过电压易对换流阀造成冲击，而且旁路开关合闸时间过长，灭弧室内燃弧时间较长，容易烧蚀灭弧室内的动、静触头。而为了缩短合闸时间，同时为保证有足够的通流能力，则需要提高操动机构的输出功以及动作速度，不易实现且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合型高压直流旁路开关，以解决现有技术中旁路开关合闸时间较长的技术问题。

为实现上述目的，本发明组合型高压直流旁路开关的技术方案是：一种组合型高压直流旁路开关，包括：

并联布置的快速开关和慢速开关；

快速开关和慢速开关分别包括断路器，断路器包括灭弧室以及操动机构；

所述快速开关的合闸速度大于慢速开关的合闸速度。

本发明的有益效果是：通过设置两个并联的开关，每个开关配备单独的操动机构，负载较小，能够提高断路器的合闸速度。而且，本发明中两个开关的合闸速度差异化设计，其中一个开关先行合闸，另一个开关后合闸进行分流，只需要保证快速开关的合闸速度，满足快速短接换流阀的要求就能够保证正常使用，对于慢速开关的要求更低，降低旁路开关的成本。

作为进一步优化的方案，所述快速开关的通流能力小于慢速开关的通流能力。

本方案的效果在于，快速开关的通流能力较小，工作时，保证大电流通流的是慢速开关，可以对快速开关进行轻量化等处理，以便进一步提高合闸速度。

作为进一步优化的方案，所述快速开关中操动机构的负载小于所述慢速开关中操动机构的负载，所述快速开关中导电部件的通流面积小于所述慢速开关中导电部件的通流面积。

本方案的效果在于，通过对快速开关、慢速开关中动端部件进行差异化设计，满足快速开关合闸快、通流能力小，慢速开关合闸满、通流能够大的使用要求。

作为进一步优化的方案，快速开关和慢速开关中的至少一个包括绝缘平台，绝缘平台通过支柱绝缘子间隔地支撑在地面上；

对应的所述断路器设于绝缘平台上。

本方案的效果在于，绝缘平台承受对地绝缘，不需要断路器的操动机构与动端部件之间采用较长的绝缘拉杆来实现传动和对地绝缘，减轻了操动机构的负载，进一步提高快速开关和慢速开关的合闸速度。

作为进一步优化的方案，快速开关和慢速开关还包括供电回路，供电回路自地面向上延伸，供电回路用于向断路器中的操动机构供电，所述供电回路上设有隔离变压器。

本方案的效果在于，通过设置隔离变压器，能够实现电气隔离，防止绝缘平台通过供电回路与地面直接连通，而导致对地绝缘失效。

作为进一步优化的方案，所述快速开关包括相互串联的至少两个开关单元，各开关单元均包括所述的断路器；

快速开关的所述绝缘平台包括底部绝缘平台和位于底部绝缘平台上方的至少两个顶部绝缘平台，沿上下方向间隔排布有至少两个，任意相邻的两个绝缘平台之间通过层间绝缘子支撑布置，任意相邻的两个顶部绝缘平台沿水平方向错位错开布置，各绝缘平台上均支撑布置有所述开关单元，各开关单元中的所述断路器均上下延伸布置；

任意相邻的两个绝缘平台上的开关单元在水平方向上上下方向上有重叠部分，使得各开关单元形成水平依次布置的两竖排。

本方案的效果在于，快速开关的至少两个开关单元相互串联，能够进行分压。而顶部绝缘平台错位布置，且相邻的两开关单元之间有相互重叠的部分，各开关单元形成水平依次布置的两竖排，能够减小快速开关的整体高度，同时减小快速开关的横向空间，便于安装放置在阀厅等空间内。

作为进一步优化的方案，快速开关还包括供电回路，供电回路自地面向上延伸，供电回路用于向开关单元中各断路器的操动机构供电；所述供电回路上对应于各开关单元均配备有所述隔离变压器。

本方案的效果在于，每一个开关均配备有隔离变压器，防止出现对地绝缘失效以及层间绝缘失效。

作为进一步优化的方案，所述隔离变压器包括放置于各绝缘平台上的层间隔离变压器，以及通过支撑架间隔支撑在地面上的主隔离变压器；

主隔离变压器用于向最下一层绝缘平台上的开关单元供电，层间变压器用于向上一层绝缘平台上的开关单元供电。

本方案的效果在于，层间隔离变压器向上一层的开关单元以及层间隔离变压器供电，主隔离变压器向最下一层的开关单元以及最下一层的层间隔离变压器供电，使得同一层中断路器的操动机构与层间隔离变压器处于同一电位，无需考虑相互绝缘的问题。

作为进一步优化的方案，所述快速开关包括相互串联的至少两个开关单元，各开关单元均包括至少两个并联布置的所述断路器。

本方案的效果在于，开关单元中有至少两个并联的断路器，能够进行分流，提高通流能力。

作为进一步优化的方案，快速开关、慢速开关中的所述操动机构均为斥力机构。

附图说明

图1为本发明组合型高压直流旁路开关实施例1的示意图；

图2为图1中快速开关的结构示意图；

图3为图1中慢速开关的结构示意图；

图4为本发明组合型高压直流旁路开关实施例2中快速开关的结构示意图；

附图标记说明：100-快速开关；200-慢速开关；101-第一断路器；1011-第一灭弧室；1012-第一斥力机构；102-第一支柱绝缘子；103-第一绝缘平台；104-层间绝缘子；105-主隔离变压器；106-支撑架；107-层间隔离变压器；108-第一支架；201-第二支架；202-第二支柱绝缘子；203-第二绝缘平台；204-第二斥力机构；205-隔离变压器；206-三联箱；207-第二灭弧室；208-均压环；301-第一支架；302-第一支柱绝缘子；303-第一绝缘平台；304-层间绝缘子；305-第一斥力机构；306-第一灭弧室；307-并联母排；308-层间隔离变压器；309-供电电缆；310-主隔离变压器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的组合型高压直流旁路开关的具体实施例1：

如图1至图3所示，旁路开关在使用时并联在换流阀的两端，能够快速旁路换流阀。旁路开关在设计时需要考虑通流能力以及合闸速度，需要旁路开关有较大的通流能力，同时有较高的合闸速度。

如图1所示，为实现这一目的，旁路开关包括相互并联的快速开关100和慢速开关200，快速开关100的合闸速度大于慢速开关200的合闸速度，工作时，需旁路换流阀时，快速开关100快速合闸，将换流阀短接，之后慢速开关200再合闸到位，由于快速开关100和慢速开关200并联布置，电流分配到两个开关上，起到分流作用。

快速开关100在合闸时是带电合闸，分闸时慢速开关200后分闸，是带电分闸，因此，快速开关100和慢速开关200均需要具备带电分合闸的能力。因此，快速开关100和慢速开关200均包括断路器，断路器包括灭弧室，灭弧室内有静触头和动触头，断路器还包括带动灭弧室内的动触头往复动作的操动机构。

如图2所示，快速开关100包括多个串联的第一断路器101，每个第一断路器101均包括第一灭弧室1011和第一斥力机构1012，多个第一断路器101串联，起到了分压的作用，每个第一断路器101均配备有第一斥力机构1012，单独驱动第一灭弧室1011内的动触头动作，提高合闸速度。快速开关100包括第一支架108，第一支架108上通过第一支柱绝缘子102固定有第一绝缘平台103，第一绝缘平台103沿上下方向间隔排布有至少两层（本实施例中为五层），相邻两层第一绝缘平台103之间通过层间绝缘子104进行支撑。其中，定义最底部的第一绝缘平台103为底部绝缘平台，上方的各第一绝缘平台103为顶部绝缘平台，任意相邻的两个顶部绝缘平台在水平方向上错位布置，而底部绝缘平台较宽而同时与各顶部绝缘平台上下对应。在每一层第一绝缘平台103上均放置有第一断路器101，第一断路器101包括第一灭弧室1011和位于第一灭弧室1011下方的第一斥力机构1012，此处的第一斥力机构1012为带动第一灭弧室1011内的动触头往复移动的操动机构。第一灭弧室1011、第一斥力机构1012的结构可以采用现有技术中的方式，在此不再赘述。

如图2所示，将各第一断路器101放置在第一绝缘平台103上之后，第一灭弧室1011上下延伸布置，而且上下方向上相邻的两个第一断路器101有水平方向上相互重叠的部分，这样设置的目的在于能够减小快速开关100的整体高度，同时增加相邻两个第一断路器101之间的绝缘距离。所有的第一断路器101形成了两竖排，同时也尽可能地减小横向空间。

为对第一断路器101中的第一斥力机构1012进行供电，快速开关100包括供电回路，供电回路自地面向上供电，供电回路上对应于每一个第一斥力机构1012均配备有隔离变压器，利用隔离变压器自身的特性能够实现电气隔离，防止第一绝缘平台103以及第一斥力机构1012直接接地，通过第一支柱绝缘子102以及层间绝缘子104与地之间保持一定的绝缘距离。

如图2所示，隔离变压器包括主隔离变压器105和层间隔离变压器107，主隔离变压器105通过支撑架106支撑在地面上，层间隔离变压器107放置在第一绝缘平台103上，通过供电电缆由下向上依次连接主隔离变压器105以及各层间隔离变压器107。主隔离变压器105的出线端同时与最下一层的第一斥力机构1012以及最下一层的层间隔离变压器107供电，而层间隔离变压器107向上一层的第一斥力机构1012以及上一层的层间隔离变压器107供电，最上一层的层间隔离变压器107向最上一层的第一斥力机构1012供电。即隔离变压器会向上一层的隔离变压器以及第一斥力机构1012进行供电，能够保证位于同一层中的层间隔离变压器107以及第一斥力机构1012处于同一电位，无需考虑绝缘问题。

如图3所示，慢速开关200包括第二断路器，第二断路器为双断口断路器，包括串联布置的两个第二灭弧室207以及带动第二灭弧室207动作的三联箱206，两个第二灭弧室207的端部均安装有均压环208，其中三联箱206以及第二灭弧室207的结构可以参考背景技术中所引用现有技术的结构，在此不再赘述。慢速开关200包括第二支架201，第二支架201上通过第二支柱绝缘子202固定有第二绝缘平台203，第二绝缘平台203上固定安装有第二斥力机构204，第二斥力机构204与三联箱206传动相连，带动两个第二灭弧室207动作。

为向第二斥力机构204中供电，在第二绝缘平台203上固定有隔离变压器205，供电电缆由地面向上接在隔离变压器205上，隔离变压器205的出线端与第二斥力机构204相连，实现供电。通过隔离变压器205进行供电，能够防止地面上的供电电缆直接与第二斥力机构204相连，而将第二绝缘平台203与地面直接导通，从而使得第二支柱绝缘子202丧失绝缘功能。

慢速开关200由第二绝缘平台203承受对地绝缘，同时通过隔离变压器205向第二斥力机构204供电，第二斥力机构204与三联箱206之间不需要用绝缘拉杆进行连接而使绝缘拉杆承受对地绝缘，减轻了与第二斥力机构204相连的运动部件的质量，提高两个第二灭弧室207的合闸速度。

在实际制作过程中，将慢速开关200中第二灭弧室207内的导电部件（比如动、静触头以及动、静触座等）的通流面积设计的更大，提高通流能力，同时选用通流能力更大的材质进行制造，保证大电流的通流。本实施例中，快速开关100中运动部件的材质选择质量较轻的材质，降低快速开关100中斥力机构的负载。

本实施例中，快速开关100中每一层第一绝缘平台103有一个第一断路器101，一个第一断路器101就形成了一个开关单元。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例2：

实施例1中，快速开关中每一个开关单元仅包含一个断路器。本实施例中，如图4所示，快速开关包括第一支架301，第一支架301上通过第一支柱绝缘子302固定有多层第一绝缘平台303，相邻两层第一绝缘平台303之间通过层间绝缘子304支撑固定，多层第一绝缘平台303的布置形式与实施例1中的一致，在此不再赘述。每一层上的开关单元均包括两个并联的第一断路器，每个第一断路器均包括上下排布的第一灭弧室306和第一斥力机构305，两个第一断路器的动端与静端之间均通过并联母排307相连，实现并联。本实施例中，供电回路上仍然对应每一层的开关单元均设置有隔离变压器，其包括主隔离变压器310和层间隔离变压器308，隔离变压器之间以及隔离变压器与第一斥力机构305之间通过供电电缆309相连。

其他实施例中，同一开关单元中断路器的数量可以根据实际情况进行增加。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例3：

实施例1中，快速开关和慢速开关中的操动机构均为斥力机构，斥力机构响应时间短，能够提高合闸速度。本实施例中，快速开关和慢速开关的操动机构可以选用其他的操动机构，比如液压或弹簧操动机构。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例4：

实施例1中，快速开关中的隔离变压器包括主隔离变压器和层间隔离变压器，并且均向上一层的开关单元进行供电。本实施例中，隔离变压器也可以向位于同一层中的开关单元进行供电，但是考虑到绝缘问题，隔离变压器与同层的开关单元之间需保持一定的距离。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例5：

实施例1中，慢速开关中供电回路上均有隔离变压器，实现从地面向高处的供电，同时保证对地绝缘。本实施例中，将隔离变压器和绝缘平台取消，将操动机构下降至地面，操动机构输出端上连绝缘拉杆，实现传动和对地绝缘。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例6：

实施例1中，慢速开关包括两个串联的灭弧室。本实施例中，慢速开关中可以仅有一个灭弧室。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例7：

实施例1中，快速开关中相邻两个开关单元有重叠部分，能够降低整体高度。本实施例中，快速开关中的开关单元可以沿上下方向依次间隔排布，相邻两开关单元之间不再有重叠部分。

本发明组合型高压直流旁路开关的具体实施例8：

实施例1中，快速开关中操动机构的负载小于慢速开关中操动机构的负载，即使快速开关和慢速开关中操动机构一样，快速开关的合闸速度也要大于慢速开关的合闸速度。本实施例中，两个开关中操动机构的负载一样，但是快速开关中操动机构的输出功更大，驱动负载运动的速度更大，实现快速合闸。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种组合型高压直流旁路开关，其特征在于：包括：

并联布置的快速开关和慢速开关；

快速开关和慢速开关分别包括断路器，断路器包括灭弧室以及操动机构；

所述快速开关的合闸速度大于慢速开关的合闸速度；

快速开关和慢速开关中的至少一个包括绝缘平台，绝缘平台通过支柱绝缘子间隔地支撑在地面上；对应的所述断路器设于绝缘平台上；

所述快速开关包括相互串联的至少两个开关单元，各开关单元均包括所述的断路器；

快速开关的所述绝缘平台包括底部绝缘平台和位于底部绝缘平台上方的至少两个顶部绝缘平台，任意相邻的两个绝缘平台之间通过层间绝缘子支撑布置，任意相邻的两个顶部绝缘平台沿水平方向错位布置，各绝缘平台上均支撑布置有所述开关单元，各开关单元中的所述断路器均上下延伸布置；

任意相邻的两个绝缘平台上的开关单元在水平方向上有重叠部分，使得各开关单元形成水平依次布置的两竖排。

2.根据权利要求1所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：所述快速开关的通流能力小于慢速开关的通流能力。

3.根据权利要求2所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：所述快速开关中操动机构的负载小于所述慢速开关中操动机构的负载，所述快速开关中导电部件的通流面积小于所述慢速开关中导电部件的通流面积。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：快速开关和慢速开关还包括供电回路，供电回路自地面向上延伸，供电回路用于向断路器中的操动机构供电，所述供电回路上设有隔离变压器。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：快速开关还包括供电回路，供电回路自地面向上延伸，供电回路用于向开关单元中各断路器的操动机构供电；所述供电回路上对应于各开关单元均配备有隔离变压器。

6.根据权利要求5所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：所述隔离变压器包括放置于各绝缘平台上的层间隔离变压器，以及通过支撑架间隔支撑在地面上的主隔离变压器；

主隔离变压器用于向最下一层绝缘平台上的开关单元供电，层间变压器用于向上一层绝缘平台上的开关单元供电。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：所述快速开关包括相互串联的至少两个开关单元，各开关单元均包括至少两个并联布置的所述断路器。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合型高压直流旁路开关，其特征在于：快速开关、慢速开关中的所述操动机构均为斥力机构。

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