CN112700997A - 基于电力电子器件和机械开关的一体化开关及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高压电路装置技术领域，涉及基于电力电子器件和机械开关的一体化开关及其控制方法。所述的一体化开关包括：断口一、断口二、二极管一、二极管二、操动机构、接线端子一和接线端子二；所述的断口一与二极管一并联，断口二与二极管二并联，上述两并联部件再进行串联，两端引出接线端子一和接线端子二；二极管一和二极管104为共阴极连接或共阳极连接；操动机构与断口一和断口二连接，驱动断口一和断口二进行分闸和合闸操作。本发明把机械式开关与电力电子开关有机结合形成第三种开关，从结构上克服了现有机械开关操作过电压、电力电子开关常态损耗的缺点，具有鲜明的工程应用与推广价值。

Description

基于电力电子器件和机械开关的一体化开关及其控制方法
技术领域
本发明属于高压电路装置技术领域，涉及基于电力电子器件和机械开关的一体化开关及其控制方法。
背景技术
电力系统是国家产业的命脉，电网控制和保护的硬件主要由各种开关来实现。除了民用的低压开关电器外，电力开关最大量应用的是配电领域的各种开关。真空开关已经覆盖配电开关的90％以上份额，但其优异的分断性常使分断过程产生截流，进而产生系统过电压，个别场合会有进一步的电压级升，威胁系统绝缘；关合过程的预击穿、触头弹跳，使容性负载产生涌流，也会产生暂态过电压。
另一方面，人们在尝试直接在配电系统中应用具有软开关功能的电力电子开关时，高压应用凸显出来的通态损耗需配备专门的不间断冷却系统，增加了故障隐患与系统成本，成为其本征短板。
发明内容
本发明提供基于电力电子器件和机械开关的一体化开关及其控制方法，以克服现有技术中开关装置结构复杂、耗能大、造价高等问题。
本发明提出基于电力电子器件和机械开关的一体化开关装置及其使用方法：额定电流由无截流真空开关承载，开断过程由电力电子器件载流子的反转主导，平滑分断，可消除操作过电压；合闸时，由真空断口提前失压合闸，由二极管等电力电子器件的自然导通关合线路，避免了合闸涌流、预击穿等暂态过程。
本发明的技术方案如下：
基于电力电子器件和机械开关的一体化开关的控制方法，包括合闸与分闸，步骤如下：
合闸控制步骤如下：
201：当收到合闸命令时，转入202；
202：检测断口一是否失压，如果断口一失压，则转入204；如果断口一不失压，则转入203；
203：检测断口二是否失压，如果断口二失压，则转入205；如果断口二不失压，则转入202；
204：断口一合闸，转入206；
205：断口二合闸，转入207；
206：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入208；如果电压不翻转，转入206；
207：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入209；如果电压不翻转，转入207；
208：断口二合闸，转入210；
209：断口一合闸，转入210；
210：合闸结束；
分闸控制步骤如下：
301：当收到分闸命令时，转入302；
302：检测电流方向是否与二极管一一致，如果一致，则转入304；如果不一致，则转入303；
303：检测电流方向是否与二极管二一致，如果一致，则转入305；如果不一致，则转入302；
304：断口一分闸，转入306；
305：断口二分闸，转入307；
306：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入308；如果电流不翻转，转入306；
307：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入309；如果电流不翻转，转入307；
308：断口二分闸，转入310；
309：断口一分闸，转入310；
310：分闸结束。
基于电力电子器件和机械开关的一体化开关，包括：断口一、断口二、二极管一、二极管二、操动机构、接线端子一和接线端子二；
所述的断口一与二极管一并联，断口二与二极管二并联，上述两并联部件再进行串联，两端引出接线端子一和接线端子二；
二极管一和二极管二为共阴极连接或共阳极连接；操动机构与断口一和断口二连接，驱动断口一和断口二进行分闸和合闸操作；
所述的操动机构可以是单操动机构，同时驱动断口一和断口二进行同步或异步动作，也可以是双操动机构，分别驱动断口一和断口二进行同步或异步动作；
上述部件共同组成一体化开关装置，通过接线端子一和接线端子二接入线路，实现开关功能。
所述的断口一和断口二是真空灭弧室或SF6灭弧室。
所述的二极管一和二极管二是晶闸管或IGBT。
一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关，包括安装底座、永磁操动机、传动机构和一体化真空灭弧室；
所述的永磁操动机固定在安装底座上方，所述的一体化真空灭弧室通过固封套筒固定在永磁操动机的上方；
所述的一体化真空灭弧室采用两个相同的真空灭弧室背对背水平布置，并分别通过软连接串联；一体化真空灭弧室的结构采用双断口水平布置，搭配垂直安装的永磁操动机构，形成T型真空开关模块；
所述的碟簧、传动拉杆、传动支杆、动端连接头、动端连接过渡件、机构连杆安装于铸铝基座内，每个真空灭弧室的动导杆通过动端连接过渡件、碟簧、动端连接头、传动支杆与机构连杆相连；所述的动端连接过渡件、碟簧、动端连接头、传动拉杆、传动支杆、机构连杆组成传动机构；传动拉杆与传动支杆利用双等腰三角形，实现90度变直，合闸起始点为45度，结构简单高效；垂直安装的永磁操动机构上端通过绝缘子拉杆与机构连杆连接，通过传动机构带动真空灭弧室动作，实现分合闸操作；永磁操动机构通过一个机构连杆，同步控制两个真空灭弧室，实现结构整体具有2倍冗余的绝缘水平。
所述的缓冲网络分别并联在真空灭弧室两端。
所述的铸铝基座上均设有导向装置，在动端连接头方向与机构连杆方向，保证输出方向精准，双断口同步动作。
本发明的有益效果：
本发明把机械式开关与电力电子开关有机结合形成第三种开关，从结构上克服了现有机械开关操作过电压、电力电子开关常态损耗的缺点，具有鲜明的工程应用与推广价值。
附图说明
图1为本发明一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关装置拓扑结构示意图；
图2为本发明一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关装置的一种合闸策略示意图；
图3为本发明一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关装置的一种分闸策略示意图；
图4为本发明一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关装置的一种具体应用的装置结构图。
图中：101断口一；102断口二；103二极管一；104二极管二；105操动机构；106接线端子一；107接线端子二；1一体化真空灭弧室；2缓冲网络；3铸铝基座；4碟簧；5传动拉杆；6传动支杆；7动端连接头；8动端连接过渡件；9软连接；10机构连杆；11永磁操动机构；12固封套筒；13绝缘子拉杆；14安装底座。
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，显然，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。
如图1所示，基于电力电子器件和机械开关的一体化开关，包括：断口一101、断口二102、二极管一103、二极管二104、操动机构105、接线端子一106、接线端子二107。
所述的断口一101与二极管一103并联，断口二102与二极管二104并联，上述两并联部件再进行串联，两端引出接线端子一106和接线端子二107；
二极管一103和二极管104为共阴极连接或共阳极连接；操动机构105与断口一101和断口二102连接，驱动断口一101和断口二102进行分闸和合闸操作；
所述的操动机构105可以是单操动机构，同时驱动断口一101和断口二102进行同步或异步动作，也可以是双操动机构，分别驱动断口一101和断口二102进行同步或异步动作。
上述部件共同组成一体化开关装置，通过接线端子一106和接线端子二107接入线路，实现开关功能；
所述的断口一101和断口二102可以是真空灭弧室、SF6灭弧室等断口；
所述的二极管一103和二极管二104还可以是晶闸管、IGBT等电力电子器件；
如图2，本实施例基于电力电子器件和机械开关的一体化开关的控制方法，合闸控制步骤如下：
201：当收到合闸命令时，转入202；
202：检测断口一101是否失压，如果断口一101失压，则转入204；如果断口一101不失压，则转入203；
203：检测断口二102是否失压，如果断口二102失压，则转入205；如果断口二102不失压，则转入202；
204：断口一101合闸，转入206；
205：断口二102合闸，转入207；
206：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入208；如果电压不翻转，转入206；
207：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入209；如果电压不翻转，转入207；
208：断口二102合闸，转入210；
209：断口一101合闸，转入210；
210：合闸结束。
如图3，本实施例装置的基于电力电子器件和机械开关的一体化开关的控制方法，分闸控制步骤如下：
301：当收到分闸命令时，转入302；
302：检测电流方向是否与二极管一103一致，如果一致，则转入304；如果不一致，则转入303；
303：检测电流方向是否与二极管二104一致，如果一致，则转入305；如果不一致，则转入302；
304：断口一101分闸，转入306；
305：断口二102分闸，转入307；
306：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入308；如果电流不翻转，转入306；
307：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入309；如果电流不翻转，转入307；
308：断口二102分闸，转入310；
309：断口一101分闸，转入310；
310：分闸结束。
图4为本发明一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关的一种具体应用的装置结构图；包括安装底座14、永磁操动机11、传动机构和一体化真空灭弧室1。
所述的永磁操动机11固定在安装底座14上方，所述的一体化真空灭弧室1通过固封套筒12固定在永磁操动机11的上方。
所述的一体化真空灭弧室1采用两个相同的真空灭弧室背对背水平布置，并分别通过软连接9串联。一体化真空灭弧室1的结构采用双断口水平布置，搭配垂直安装的永磁操动机构11，形成T型真空开关模块。
所述的碟簧4、传动拉杆5、传动支杆6、动端连接头7、动端连接过渡件8、机构连杆10安装于铸铝基座3内，每个真空灭弧室的动导杆通过动端连接过渡件8、碟簧4、动端连接头7、传动支杆6与机构连杆10相连。所述的动端连接过渡件8、碟簧4、动端连接头7、传动拉杆5、传动支杆6、机构连杆10组成传动机构。传动拉杆5与传动支杆6利用双等腰三角形，实现90度变直，合闸起始点为45度，结构简单高效。
其传动机构保证精度的措施为：在动端连接头7方向与机构连杆10方向，铸铝基座3上均设有导向装置，保证输出方向精准，双断口同步动作。
垂直安装的永磁操动机构11上端通过绝缘子拉杆13与机构连杆10连接，通过传动机构带动真空灭弧室动作，实现分合闸操作；永磁操动机构11通过一个机构连杆10，同步控制两个真空灭弧室1，实现结构整体具有2倍冗余的绝缘水平。
本发明在开关合闸时，由机械开关断口关合来导通线路，阻值极小，几乎没有电能损耗；本发明在合闸过程中，能够通过相应的合闸策略来避免合闸涌流、预击穿等暂态过程；在分闸过程中，可以做到无弧开断，避免开断过电压等暂态过程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.基于电力电子器件和机械开关的一体化开关的控制方法，包括合闸与分闸，其特征在于，步骤如下：
合闸控制步骤如下：
201：当收到合闸命令时，转入202；
202：检测断口一(101)是否失压，如果断口一(101)失压，则转入204；如果断口一(101)不失压，则转入203；
203：检测断口二(102)是否失压，如果断口二(102)失压，则转入205；如果断口二(102)不失压，则转入202；
204：断口一(101)合闸，转入206；
205：断口二(102)合闸，转入207；
206：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入208；如果电压不翻转，转入206；
207：检测电压是否翻转，如果电压翻转，转入209；如果电压不翻转，转入207；
208：断口二(102)合闸，转入210；
209：断口一(101)合闸，转入210；
210：合闸结束；
分闸控制步骤如下：
301：当收到分闸命令时，转入302；
302：检测电流方向是否与二极管一(103)一致，如果一致，则转入304；如果不一致，则转入303；
303：检测电流方向是否与二极管二(104)一致，如果一致，则转入305；如果不一致，则转入302；
304：断口一(101)分闸，转入306；
305：断口二(102)分闸，转入307；
306：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入308；如果电流不翻转，转入306；
307：检测电流是否翻转，如果电流翻转，转入309；如果电流不翻转，转入307；
308：断口二(102)分闸，转入310；
309：断口一(101)分闸，转入310；
310：分闸结束。
2.根据权利要求1所述的控制方法采用的一体化开关，其特征在于，包括：断口一(101)、断口二(102)、二极管一(103)、二极管二(104)、操动机构(105)、接线端子一(106)和接线端子二(107)；
所述的断口一(101)与二极管一(103)并联，断口二(102)与二极管二(104)并联，上述两并联部件再进行串联，两端引出接线端子一(106)和接线端子二(107)；
二极管一(103)和二极管104为共阴极连接或共阳极连接；操动机构(105)与断口一(101)和断口二(102)连接，驱动断口一(101)和断口二(102)进行分闸和合闸操作；
所述的操动机构(105)可以是单操动机构，同时驱动断口一(101)和断口二(102)进行同步或异步动作，也可以是双操动机构，分别驱动断口一(101)和断口二(102)进行同步或异步动作；
上述部件共同组成一体化开关装置，通过接线端子一(106)和接线端子二(107)接入线路，实现开关功能。
3.如权利要求2所述的一体化开关，其特征在于，所述的断口一(101)和断口二(102)是真空灭弧室或SF6灭弧室。
4.如权利要求2或3所述的一体化开关，其特征在于，所述的二极管一(103)和二极管二(104)是晶闸管或IGBT。
5.一种基于电力电子器件和机械开关的一体化开关，其特征在于，包括安装底座(14)、永磁操动机(11)、传动机构和一体化真空灭弧室(1)；
所述的永磁操动机(11)固定在安装底座(14)上方，所述的一体化真空灭弧室(1)通过固封套筒(12)固定在永磁操动机(11)的上方；
所述的一体化真空灭弧室(1)采用两个相同的真空灭弧室背对背水平布置，并分别通过软连接(9)串联；一体化真空灭弧室(1)的结构采用双断口水平布置，搭配垂直安装的永磁操动机构(11)，形成T型真空开关模块；
所述的碟簧(4)、传动拉杆(5)、传动支杆(6)、动端连接头(7)、动端连接过渡件(8)、机构连杆(10)安装于铸铝基座(3)内，每个真空灭弧室的动导杆通过动端连接过渡件(8)、碟簧(4)、动端连接头(7)、传动支杆(6)与机构连杆(10)相连；所述的动端连接过渡件(8)、碟簧(4)、动端连接头(7)、传动拉杆(5)、传动支杆(6)、机构连杆(10)组成传动机构；传动拉杆(5)与传动支杆(6)利用双等腰三角形，实现90度变直，合闸起始点为45度，结构简单高效；垂直安装的永磁操动机构(11)上端通过绝缘子拉杆(13)与机构连杆(10)连接，通过传动机构带动真空灭弧室动作，实现分合闸操作；永磁操动机构(11)通过一个机构连杆(10)，同步控制两个真空灭弧室(1)，实现结构整体具有2倍冗余的绝缘水平。
6.如权利要求5所述的一种双断口一体化操动的真空开关模块，其特征在于，所述的缓冲网络(2)分别并联在真空灭弧室两端。
7.如权利要求5或6所述的一种双断口一体化操动的真空开关模块，其特征在于，所述的铸铝基座(3)上均设有导向装置，在动端连接头(7)方向与机构连杆(10)方向，保证输出方向精准，双断口同步动作。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210423

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