CN113130247B - 一种组合式旁路开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式旁路开关，包括灭弧室、总控制器、第一控制器、第二控制器、设置在灭弧室内的机械开关和放电间隙开关；总控制器用于向第一控制器发送导通命令和向第二控制器发送分/合闸命令；第一控制器用于根据导通命令控制放电间隙开关导通；第二控制器用于根据分/合闸命令控制机械开关执行分/合闸操作；且当需要开启组合式旁路开关时，总控制器分别向第一控制器发送导通命令和向第二控制器发送合闸命令，待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关自动断开。该组合式旁路开关，通过放电间隙开关和机械开关的组合使用，可以实现导通时间短、开断电流能力强，承受关合电流能力强的特点。

Description

一种组合式旁路开关

技术领域

本发明涉及旁路开关技术领域，尤其涉及一种组合式旁路开关。

背景技术

在电力场合，有许多地方，如可控避雷器的可控部分需要用到旁路开关进行旁路，让可控部分退出运行，此种应用环境下旁路开关长时间不通流，关合电流88kA/30ms，开断电流直流10A。

常见的旁路开关有多种，比如等离子间隙、常规旁路开关、快速机械开关等。不同类型的旁路开关具有各自不同的特点，如晶闸管作为旁路开关，旁路导通时间微秒级，但价格比较昂贵；采用间隙作为旁路开关，导通时间短，小于1ms，可快速导通，但无法长时间耐受88kA的关合电流，灭弧能力弱；采用真空泡断路器作为旁路开关，无法开断直流10A的电流；采用常规旁路开关(插入式断路器)，合闸时间长，但可以耐受关合电流88kA/30ms，开断电流直流10A。因此，目前的旁路开关普遍存在导通时间和耐受关合电流无法兼具的问题。

综上所述，如何解决旁路开关存在导通时间和耐受关合电流无法兼具的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合式旁路开关，以解决旁路开关存在导通时间和耐受关合电流无法兼具的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种组合式旁路开关，包括灭弧室、总控制器、第一控制器、第二控制器、设置在所述灭弧室内的机械开关和放电间隙开关；

所述总控制器用于向所述第一控制器发送导通命令和向所述第二控制器发送分/合闸命令；所述第一控制器用于根据导通命令控制所述放电间隙开关导通；所述第二控制器用于根据分/合闸命令控制所述机械开关执行开/合闸操作；

且当需要开启组合式旁路开关时，所述总控制器分别向所述第一控制器发送导通命令和向所述第二控制器发送合闸命令，待所述机械开关完成合闸操作后，所述放电间隙开关自动断开。

优选地，所述灭弧室的两端分别设置有第一法兰和第二法兰，所述灭弧室内设置有固定在所述第一法兰上的静端支柱和固定在所述第二法兰上的动端固定支架；且所述机械开关的静端触头设置在所述静端支柱上，所述机械开关的动端触头设置在所述动端固定支架上且与所述静端触头同轴正对；所述放电间隙开关的高/低压电极分别同轴正对的设置在所述静端支柱和所述动端固定支架上。

优选地，所述高压电极设置在所述静端支柱上，所述低压电极设置在所述动端固定支架上。

优选地，所述静端支柱和所述动端固定支架同轴正对布置，所述静端触头和所述高压电极在所述静端支柱的末端同轴布置，且所述动端触头和所述低压电极在所述动端固定支架的末端上同轴布置。

优选地，所述静端触头设置在所述高压电极的外圈，所述动端固定支架上设置有与所述动端固定支架同轴滑动配合的动端拉杆，所述动端触头设置在所述动端拉杆的末端且沿所述低压电极的外圈布置，所述动端拉杆连接有用于驱动所述动端拉杆轴向运动的驱动机构。

优选地，所述高压电极通过螺栓固定在所述静端支柱上，所述静端触头的内圈与所述静端支柱螺纹配合。

优选地，所述低压电极通过固定柱固定在所述动端固定支架的末端，所述动端触头通过固定板与所述动端拉杆固定连接，且所述固定板上设置有用于所述固定柱通过的过孔。

优选地，所述低压电极的中心设置有火花喷射装置，所述动端固定支架上设置有用于所述火花喷射装置的高压导线引出的引线槽。

优选地，所述第二法兰上设置有用于所述高压导线引出的密封端子板和充气装置。

优选地，所述第二法兰的外端还连接有机构箱，所述驱动机构、所述第一控制器和所述第二控制器均设置在所述机构箱内。

相比于背景技术介绍内容，上述组合式旁路开关，包括灭弧室、总控制器、第一控制器、第二控制器、设置在灭弧室内的机械开关和放电间隙开关；总控制器用于向第一控制器发送导通命令和向第二控制器发送分/合闸命令；第一控制器用于根据导通命令控制放电间隙开关导通；第二控制器用于根据分/合闸命令控制机械开关执行分/合闸操作；且当需要开启组合式旁路开关时，总控制器分别向第一控制器发送导通命令和向第二控制器发送合闸命令，待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关自动断开。该组合式旁路开关，通过在灭弧室内设置机械开关和放电间隙开关，并且通过总控制器配合第一控制器实现放电间隙开关的导通操作，配合第二控制器实现机械开关的分/合闸操作，具体为：当需要开启组合式旁路开关时，总控制器分别向第一控制器发送导通命令，同时向第二控制器发送合闸命令，第一控制器接收到导通命令后，控制放电间隙开关执行导通操作，第二控制器接收到合闸命令后，控制机械开关执行合闸操作，且待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关相当于被合闸的机械开关短路而自动处于断开状态。该组合式旁路开关在实现合闸操作时，由于放电间隙开关导通时间大约在几百个微秒，导通时间短，待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关断开，避免了放电间隙开关的长时间通流；而机械开关合闸后可长时间通流，开断能力强。通过放电间隙开关和机械开关的组合使用，可以实现路导通时间短、开断电流能力强，承受关合电流能力强的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的组合式旁路开关的整体原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的灭弧室内部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的动端固定支架的结构示意图。

上图1-图3中，

灭弧室1；第一法兰1-1；绝缘套管1-2；静端支柱1-3；静端触头1-4；动端触头1-5；导向装置1-6；动端拉杆1-7；动端固定支架1-8；第二法兰1-9；充气装置1-10；高压电极1-11；低压电极1-12；火花喷射装置1-13；固定柱1-14；固定板1-15；高压导线1-16；密封端子板1-17；动密封连接装置1-18；驱动机构1-19；光缆1-20；机构箱2；隔离供能装置3；总控制器4；第一控制器5、第二控制器6。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种组合式旁路开关，以解决旁路开关存在导通时间和耐受关合电流无法兼具的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的一种组合式旁路开关，包括灭弧室1、总控制器4、第一控制器5、第二控制器6、设置在灭弧室1内的机械开关和放电间隙开关；总控制器4用于向第一控制器5发送导通命令和向第二控制器6发送分/合闸命令；第一控制器5用于根据导通命令控制放电间隙开关导通；第二控制器6用于根据分/合闸命令控制机械开关执行分/合闸操作；且当需要开启组合式旁路开关时，总控制器4分别向第一控制器5发送导通命令和向第二控制器6发送合闸命令，待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关自动断开。

该组合式旁路开关，通过在灭弧室内设置机械开关和放电间隙开关，并且通过总控制器配合第一控制器实现放电间隙开关的导通操作，配合第二控制器实现机械开关的分/合闸操作，具体为：当需要开启组合式旁路开关时，总控制器分别向第一控制器发送导通命令，同时向第二控制器发送合闸命令，第一控制器接收到导通命令后，控制放电间隙开关执行导通操作，第二控制器接收到合闸命令后，控制机械开关执行合闸操作，且待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关相当于被合闸的机械开关短路而自动处于断开状态。该组合式旁路开关在实现合闸操作时，由于放电间隙开关导通时间大约在几百个微秒，导通时间短，待机械开关完成合闸操作后，放电间隙开关断开，避免了放电间隙开关的长时间通流；而机械开关合闸后可长时间通流，开断能力强。通过放电间隙开关和机械开关的组合使用，可以实现路导通时间短、开断电流能力强，承受关合电流能力强的特点。

这里需要说明的是，驱动机构1-19与机构控制回路的状态量信息通过电缆上传给第二控制器6，机构控制回路通过电缆给驱动机构供电，总控制器4通过光缆给第一控制器5发送导通命令，同时给第二控制器6发送分/合闸命令，并接收驱动机构及控制回路发送的状态量信息。第一控制器5通过线缆控制放电间隙开关的间隙的导通，第二控制器6通过线缆控制驱动机构带动机械开关的分合闸。

另外，需要说明的是，灭弧室1一般是由绝缘套管1-2和上/下端盖组成，在一些具体的实施方案中，该上/下端盖具体可以是在灭弧室1的两端分别设置有第一法兰1-1和第二法兰1-9，灭弧室1内设置有固定在第一法兰1-1上的静端支柱1-3和固定在第二法兰1-9上的动端固定支架1-8；且机械开关的静端触头1-4设置在静端支柱1-3上，机械开关的动端触头1-5设置在动端固定支架1-8上且与静端触头1-4同轴正对；放电间隙开关的高压电极1-11和低压电极1-12分别同轴正对的设置在静端支柱1-3和动端固定支架1-8上。通过将机械开关和放电间隙开关的元件分别设置在静端支柱和动端固定支架上能够大大减小两个开关的布置空间。

这里需要说明的是，高压电极1-11可以是设置在静端支柱1-3上，低压电极1-12设置在动端固定支架1-8上；也可以是低压电极1-12设置在静端支柱1-3上，高压电极1-11设置在动端固定支架1-8上，实际应用过程中可以根据实际需求进行选择布置。

进一步的实施方案中，为了尽可能的节省布置空间，上述静端支柱1-3和动端固定支架1-8可以采用同轴正对的方式布置，比如可以是静端触头1-4和高压电极1-11在静端支柱1-3的末端同轴布置，且动端触头1-5和低压电极1-12在动端固定支架1-8的末端上同轴布置；又或者是动端触头1-5和低压电极1-12在静端支柱1-3的末端同轴布置，且静端触头1-4和高压电极1-11在动端固定支架1-8的末端上同轴布置。通过放电间隙开关和机械开关同轴布置，放电间隙固定不动，不影响机械开关的动作，没有增加机械开关传动部分的重量，而且不改变机械开关的机械特性。

更进一步的实施方案中，上述静端触头1-4设置在高压电极1-11的外圈，动端固定支架1-8上设置有与动端固定支架1-8同轴滑动配合的动端拉杆1-7，动端触头1-5设置在动端拉杆1-7的末端且沿低压电极1-12的外圈布置，动端拉杆1-7连接有用于驱动动端拉杆1-7轴向运动的驱动机构1-19。通过驱动机构驱动动端拉杆可以带动动端拉杆末端设置的动端触头沿动端拉杆的轴向方向运动，继而实现动端触头与静端触头的接触导通，而且不影响高压电极与低压电极的正常工作，并且将放电间隙开关的高压电极和低压电极设置在机械开关的动静触头内，可以实现对放电间隙起到屏蔽的作用。

需要说明的是，为了保证动端拉杆与动端固定支架相对运动更加顺畅，一般来说，动端固定支架上还设置有导向装置1-6，该导向装置的具体结构可以是在动端固定支架的内腔中设置安装导向结构的凹槽，凹槽内具体可以设置滚珠等结构以减小相对摩擦。

在一些具体的实施方案中，上述高压电极1-11可以通过螺栓固定在静端支柱1-3上，而静端触头1-4的内圈与静端支柱1-3螺纹配合。通过上述可拆卸的方式使得静端触头和高压电极的更换更加方便。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例对于高压电极和静端触头的固定方式的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他固定方式。

在一些更具体的实施方案中，上述低压电极1-12可以通过固定柱1-14固定在动端固定支架1-8的末端，动端触头1-5通过固定板1-15与动端拉杆1-7固定连接，且固定板1-15上设置有用于固定柱1-14通过的过孔。这样设置，使得动端拉杆带动动端触头运动时，固定板上的过孔沿固定柱滑动，低压电极与动端触头不会相互干涉。需要说明的是，在不考虑机械开关合闸时间的前提下，动端触头1-5也可以与低压电极1-12固定在一起，让低压电极1-12与动端触头1-5一起运动。此外，为了保证灭弧室1的整体密封性，对应动端拉杆为了实现与驱动机构1-19连接而穿过第二法兰的配合间隙内，一般也会设置有动密封连接装置1-18。

需要说明的是，一般来说，低压电极1-12的中心设置有火花喷射装置1-13，动端固定支架1-8上设置有用于火花喷射装置1-13的高压导线1-16引出的引线槽。通过第一控制器控制间隙控制回路通过高压导线作用于火花喷射装置向高压电极放电实现导通。

另外需要说明的是，灭弧室一般需要保证其密封性能并且还需要具有一定浓度的保护气体，因此，一般来说，第二法兰1-9上还会设置有用于高压导线1-16引出的密封端子板1-17和用于向灭弧室充入保护气体的充气装置1-10。

此外，为了使得整个设备更加整齐、美观，同时也为了方便维修管理，一般在第二法兰1-9的外端还连接有机构箱2，并且驱动机构1-19、第一控制器5和第二控制器6一般均设置在机构箱2内。

进一步的实施方案中，为了方便控制和安全操作的考虑，一般总控制器4设置在机构箱2的外部，且总控制器4与机构箱2之间通过光缆1-20连接，且通过隔离供能装置3实现旁路开关的对地绝缘，同时给驱动机构控制回路、间隙控制回路供电，隔离供能装置3的套管优选为光纤复合套管，也可以作为高低压控制器之间的光信号传输通道。旁路开关总控制器位于地电位，通过隔离变的光纤与高压侧的第一控制器、第二控制器连接。

以上对本发明所提供的组合式旁路开关进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种组合式旁路开关，其特征在于，包括灭弧室(1)、总控制器(4)、第一控制器(5)、第二控制器(6)、设置在所述灭弧室(1)内的机械开关和放电间隙开关；

所述总控制器(4)用于向所述第一控制器(5)发送导通命令和向所述第二控制器(6)发送分/合闸命令；所述第一控制器(5)用于根据导通命令控制所述放电间隙开关导通；所述第二控制器(6)用于根据分/合闸命令控制所述机械开关执行分/合闸操作；

且当需要开启组合式旁路开关时，所述总控制器(4)分别向所述第一控制器(5)发送导通命令和向所述第二控制器(6)发送合闸命令，待所述机械开关完成合闸操作后，所述放电间隙开关自动断开；

所述灭弧室(1)的两端分别设置有第一法兰(1-1)和第二法兰(1-9)，所述灭弧室(1)内设置有固定在所述第一法兰(1-1)上的静端支柱(1-3)和固定在所述第二法兰(1-9)上的动端固定支架(1-8)；且所述机械开关的静端触头(1-4)设置在所述静端支柱(1-3)上，所述机械开关的动端触头(1-5)设置在所述动端固定支架(1-8)上且与所述静端触头(1-4)同轴正对；所述放电间隙开关的高/低压电极(1-11/12)分别同轴正对的设置在所述静端支柱(1-3)和所述动端固定支架(1-8)上；

所述高压电极(1-11)设置在所述静端支柱(1-3)上，所述低压电极(1-12)设置在所述动端固定支架(1-8)上；

所述静端支柱(1-3)和所述动端固定支架(1-8)同轴正对布置，所述静端触头(1-4)和所述高压电极(1-11)在所述静端支柱(1-3)的末端同轴布置，且所述动端触头(1-5)和所述低压电极(1-12)在所述动端固定支架(1-8)的末端上同轴布置；

所述静端触头(1-4)设置在所述高压电极(1-11)的外圈，所述动端固定支架(1-8)上设置有与所述动端固定支架(1-8)同轴滑动配合的动端拉杆(1-7)，所述动端触头(1-5)设置在所述动端拉杆(1-7)的末端且沿所述低压电极(1-12)的外圈布置，所述动端拉杆(1-7)连接有用于驱动所述动端拉杆(1-7)轴向运动的驱动机构(1-19)；

所述低压电极(1-12)通过固定柱(1-14)固定在所述动端固定支架(1-8)的末端，所述动端触头(1-5)通过固定板(1-15)与所述动端拉杆(1-7)固定连接，且所述固定板(1-15)上设置有用于所述固定柱(1-14)通过的过孔。

2.如权利要求1所述的组合式旁路开关，其特征在于，所述高压电极(1-11)通过螺栓固定在所述静端支柱(1-3)上，所述静端触头(1-4)的内圈与所述静端支柱(1-3)螺纹配合。

3.如权利要求1或2所述的组合式旁路开关，其特征在于，所述低压电极(1-12)的中心设置有火花喷射装置(1-13)，所述动端固定支架(1-8)上设置有用于所述火花喷射装置(1-13)的高压导线(1-16)引出的引线槽。

4.如权利要求3所述的组合式旁路开关，其特征在于，所述第二法兰(1-9)上设置有用于所述高压导线(1-16)引出的密封端子板(1-17)和充气装置(1-10)。

5.如权利要求1所述的组合式旁路开关，其特征在于，所述第二法兰(1-9)的外端还连接有机构箱(2)，所述驱动机构(1-19)、所述第一控制器(5)和所述第二控制器(6)均设置在所述机构箱(2)内。

Images