CN113410782B - 一种智能直流配电开关及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能直流配电开关，包括柜体、开关装置、驱动装置和监测系统，开关装置安装于柜体内，开关装置包括驱动轴和多个开关组件，多个开关组件并联于电路中，驱动轴与多个开关组件进行配合；监测系统适于检测两连板组件的电信号，并根据检测的电信号变化来控制驱动装置的启动，进而带动驱动轴来控制多个开关组件的分闸或合闸。本申请的有益效果：可以根据电路中电信号的变化情况来控制接入电路中开关组件的数量，以保护整个电路的安全性，同时还可以根据开关组件两端的电信号异常来判断负载是否故障，并将与故障负载连接的开关组件进行断开，进一步的提高整个电路的安全性。

Description

一种智能直流配电开关及其工作方法

技术领域

本申请涉及电力设备领域，尤其是涉及直流配电开关。

背景技术

随着分布式光伏的快速发展，未来将有更多的分布式光伏接入城市电网，在现有交流配电网条件下，直流发电的光伏需经过DC/DC和DC/AC两级变换接入，必然向交流配电网引进了大量的换流器，造成了浪费、降低了效率，其随机性的波动也对电网产生直接影响。因此，如何能将分布式光伏更加有效又方便可靠地接入电网，成为一项迫切需要解决的难题。而直流配电网可以实现分布式光伏的灵活接入，省略DC/AC的逆变过程，减少电能变换环节，既提升了能源利用效率，又节约了投资成本，有效地解决了上述问题。同时，电力电子技术的发展使得直流负荷有了快速发展，如空调、冰箱、洗衣机等家电采用了电力电子变频技术，LED照明、电动汽车充电桩、手机等需要直流驱动，而这些在传统交流电网内都需要经过AC/DC甚至AC/DC/AC的转换进行供电。直流配电网的建立将不需要转换可以直接给设备供电，因此直流负荷分布式发电和储能的发展，给直流配电网的发展也起了巨大的推动作用。

但是，目前光伏发电由于太阳辐射同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关，造成发电量不稳定，在光伏直流配电过程中容易产生下列的问题：

（1）由于单个蓄电装置或其他负载的额定电流是定值，所以当发电量过大时，单个蓄电装置或其他负载可能会发生过载。

（2）由于发电量的不稳定，其输出电流也存在不稳定，对直流配电开关的稳定性和安全性要求更高。

（3）由于现有直流配电网的智能化程度不高，无法及时对故障或事故进行预防。

针对上述的问题，本申请提供了一种智能直流配电开关及其工作方法。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种智能直流配电开关，通过智能化控制开关装置的启闭，以实现对电路进行保护。

本申请的其中一个目的在于提供一种配电开关的监测系统，以实现配电开关的智能化控制。

本申请的其中一个目的在于提供一种开关装置，能够快速的实现对电路的断路。

为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种智能直流配电开关，包括柜体、开关装置、驱动装置和监测系统，所述柜体包括上安装腔和下安装腔，所述开关装置通过安装架固定安装于所述上安装腔内，所述开关装置包括驱动轴、一对连板组件和多个开关组件，所述开关组件的输出端和输入端分别与两所述连板组件进行连接，以使得多个所述开关组件相互独立的连接于电路中，所述驱动轴与多个所述开关组件进行配合；所述驱动装置与所述安装架固定连接，所述驱动装置适于驱动所述驱动轴进行旋转和/或轴向移动；所述监测系统安装于所述下安装腔内，所述监测系统包括检测模块和控制模块，所述检测模块与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述驱动装置电连接，所述检测模块适于检测两所述连板组件的电信号，以使得所述控制模块根据检测的电信号变化来控制所述驱动装置的启动，进而得以驱动所述驱动轴来控制多个所述开关组件的分闸或合闸，可以理解的是，通过所述检测模块可以检测出所述开关组件输入端电路中的电信号，进而根据电路中电流的大小来控制接入电路中所述开关组件的数量，从而调整接入电路中负载的数量，以实现对负载的保护，同时还可以根据所述开关组件两端的电势异常来判断负载的故障，并将与故障负载连接的所述开关组件进行断开，以进一步的提高整个电路的安全性。

优选的，所述开关组件包括支撑罩、闸板组件和一对定触杆，所述支撑罩通过固定座与所述安装架的内壁固定连接，所述支撑罩内部设置有内腔，所述支撑罩的中部沿径向设置有对称的定位座，所述支撑罩的侧壁设置有贯穿所述内腔的通槽，所述通槽平面与所述定位座轴线垂直，所述闸板组件安装于所述内腔并与所述定位座转动配合，两所述定触杆分别与所述支撑罩的两端的定位滑槽滑动配合，以使得两所述定触杆的其中一端伸入所述内腔内，同时两所述定触杆的另一端分别与两所述连板组件连接，所述驱动轴贯穿所述定位座并与所述闸板组件进行配合，以使得通过所述驱动轴的轴向移动或旋转，得以驱动所述闸板组件与两所述定触杆进行连接或断开，从而实现整个所述开关组件的分闸或合闸。

优选的，多个所述闸板组件与所述驱动轴滑动套接，各所述闸板组件的内壁都设置有驱动块，所述驱动轴的侧壁轴向设置有多段相连通的滑轨槽，并且相邻所述滑轨槽之间于所述驱动轴的轴向投影夹角为45°-90°，同时所述驱动轴的侧壁还间隔设置有多个沿圆周方向的避让槽，所述避让槽与所述滑轨槽连通；所述驱动块适于与所述滑轨槽以及所述避让槽对应配合；

以使得当所述驱动轴只进行轴向移动时，通过所述驱动块沿所述滑轨槽的滑动，得以驱动各所述闸板组件依次进行转动至与两端的所述定触杆进行连接或断开；当电路中负载出现故障时，通过所述驱动轴的轴向移动以及旋转，以使得各所述驱动块分别与所述滑轨槽以及所述避让槽进行对应配合，进而得以驱动与故障负载连接的所述开关组件进行分闸，从而保证整个电路的安全性。

优选的，所述滑轨槽包括直滑槽和斜滑槽，所述斜滑槽于所述驱动轴的轴向投影弧度为π/4-π/2rad，相邻所述滑轨槽之间通过所述直滑槽和所述斜滑槽进行连通，其中所述斜滑槽轴向长度为∆L，所述开关组件的数量为n，进而所述直滑槽的轴向长度为（n-1）∆L，同时相邻所述驱动块之间的间隔距离为（n+1）∆L；从而当所述驱动轴只进行轴向移动时，通过逐次移动∆L长度即可驱动各所述闸板组件依次与所述定触杆进行连接或断开。

优选的，所述闸板组件包括支撑套和驱动套，所述驱动套固定安装于所述支撑套的内壁，同时所述驱动套与所述定位座转动配合，所述驱动块设置于所述驱动套的内壁，所述支撑套的外侧壁设置有对称的两对动闸板，同时所述定触杆位于所述内腔内的端部设置有触头；以使得当所述闸板组件与所述定触杆进行合闸时，两对所述动闸板分别与两端所述触头进行压紧配合；当所述闸板组件与所述定触杆分闸时，两对所述动闸板分别与两端所述触头相互脱离。

优选的，所述定位座位于所述内腔内相对的端面设置有滚道槽，同时所述驱动套的两端也都设置有滚道槽，以使得当所述驱动套与所述定位座配合时，所述驱动套与所述定位座上的所述滚道槽相互配合以形成滚道，所述滚道内安装有多个滚动体，以使得所述驱动套与所述定位座之间得以进行滚动配合，从而降低所述驱动套与所述定位座之间的磨损。

优选的，所述动闸板的外侧壁都固定设置有牵引板，所述牵引板上设置有牵引槽，同时所述触头的两侧固定设置有导向销，所述导向销适于与所述牵引槽配合，以使得当所述动闸板与所述触头相互脱离时，通过所述导向销沿所述牵引槽的滑动，得以驱动所述定触杆向着远离所述触头的方向进行轴向移动，进而增加所述动闸板与所述触头相互脱离的速度，以提高所述开关组件的分闸效果。

优选的，所述牵引槽包括牵引斜槽和牵引弧槽，所述牵引斜槽通过末端与所述牵引弧槽连通，并且所述牵引弧槽与所述支撑套同心；当所述动闸板与所述触头相互脱离时，所述导向销通过沿所述牵引斜槽滑动至所述牵引弧槽，得以驱动所述定触杆进行轴向移动后保持不动，从而避免所述定触杆发生误触。

优选的，所述驱动装置包括旋转驱动装置和伸缩驱动装置，所述旋转驱动装置固定安装于所述安装架的其中一侧，所述旋转驱动装置的输出端伸入所述安装架内并连接有花键轴，同时所述驱动轴的其中一端设置有花键槽，所述旋转驱动装置通过所述花键轴与所述花键槽的配合，得以驱动所述驱动轴进行旋转；所述伸缩驱动装置固定安装于所述安装架的另一侧，所述伸缩驱动装置的输出端伸入所述安装架内并连接有伸缩杆，同时所述驱动轴的另一端设置有连接槽，所述伸缩驱动装置通过所述伸缩杆与所述连接槽的配合，得以驱动所述驱动轴进行轴向移动。

优选的，位于所述开关组件输入端的所述连板组件包括连接缆和多块连接板，多块连接板之间通过所述连接缆进行串联，并且其中一块连接板上连接有连接座，以使得位于所述开关组件输入端的所述连板组件，通过所述连接座将多个所述开关组件的输入端同时与电路进行连接，同时其余连接板上还连接有滑动座；

位于所述开关组件输出端的所述连板组件包括多块连接板，并且每块连接板的一端与其中一所述开关组件的输出端对应连接，每块连接板的另一端都与一电路中负载进行连接，以使得每个所述开关组件对应控制一电路中负载。

优选的，所述安装架的后侧壁上部设置有多个上滑槽，以使得位于所述开关组件输入端的所述连板组件，通过所述连接座以及所述滑动座依次与所述上滑槽滑动配合；同时所述安装架的下部设置有隔板，并且所述隔板的上设置有多个下滑槽，以使得位于所述开关组件输出端的所述连板组件通过所述连接座依次与所述下滑槽滑动配合，从而保证所述开关组件进行分闸时，两端的所述定触杆能够顺畅进行轴向移动。

一种配电开关的工作方法，包括所述监测系统和所述开关装置，所述监测系统包括所述检测模块和所述控制模块，所述检测模块用于检测所述开关装置的电信号，并且所述检测模块与所述控制模块电连接，同时所述控制模块与所述驱动装置电连接，所述监测方法包括如下步骤：

S100：先将其中靠近侧部的开关组件进行合闸，以使得与该开关组件连接的负载与电路导通，此时所述检测模块检测电路输入端的总电流为I，并将电流信号输送至所述控制模块；

S200：所述控制模块根据电流信号将总电流I与负载的额定电流I₀进行对比；当I＜I₀时，所述控制模块不对驱动装置进行响应；当（n-1）I₀＜I＜nI₀时，所述控制模块控制伸缩驱动装置移动（n-1）∆L长度，从而依次再将（n-1）个所述开关组件进行合闸；当I＞nI₀时，控制模块控制驱动装置进行响应，以使得所有所述开关组件分闸；其中n表示开关组件的总数，并且n＞1；

当I＜nI₀时，继续进行如下步骤：

S300：所述检测模块对S200中合闸所述开关组件的输入端和输出端进行电势检 测，检测的输入端电势为

，检测的输出端电势为

，并将检测的电压信号输送至所述 控制模块；

S400：所述控制模块可以根据输入的电压信号得到各所述开关组件的分压

，进而得到各所述开关组件的实际阻值为R_N；

S500：所述控制模块将各所述开关组件的实际阻值R_N与其额定阻值R_N0进行对比，若出现R_N大于kR_N0，其中k为修正系数，表示与该所述开关组件连接的负载或该所述开关组件本身出现故障，此时所述控制模块控制所述伸缩驱动装置和旋转驱动装置协同响应，以将与故障负载连接的所述开关组件分闸，从而保护整个电路的安全。

优选的，S400还包括如下步骤：

S410：所述控制模块每隔单位时间∆T都对各所述开关组件的分压

进行记录， 从而得到各所述开关组件相隔∆T的两个瞬时分压

和

；

S420：所述控制模块根据S410中的瞬时分压

和

，可以得到各所述开关 组件于每个∆T时间的分压增量

；

S430：所述控制模块根据连续的分压增量

的值，可以求得关于分压增量的近似 函数f（Q）；

S440：所述控制模块根据求得的近似函数f（Q），可以计算出下一∆T时间时各所述 开关组件的分压值

，并将分压值

带入至步骤S400中进行计算，根据计算的值 进行步骤S500，从而可在负载达到完全故障前以对其进行分闸，从而提高整个电路的安全 性。

优选的，修正系数k的值为1.1-1.5，单位时间∆T为10-30min。

优选的，所述监测系统还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接，以使得当所述开关组件出现故障时，所述通讯模块将故障信号发送至监测中心进行报警。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

（1）整个直流配电开关可以根据电路中电流的变化情况，以通过驱动装置的启动来调整接入电路中开关组件的数量，从而保护整个电路中负载的安全性，同时当负载出现故障时，通过驱动装置的协同响应，可在保证电路正常工作的同时将故障的负载进行断开，进一步的提高整个电路的安全性。

（2）当开关组件进行断开时，通过动闸板上的牵引槽与定触杆触头上的导向销进行滑动配合，以使得动闸板在进行转动分闸的同时，带动定触杆进行轴向移动，从而在分闸时可以加快动闸板与定触杆之间的分离速度，以实现开关组件的快速断路。

（3）整个配电开关通过监测系统来检测接入开关组件的电信号，监测系统可以根据检测的电信号来判断接入电路中开关组件的所需数量，同时还可以根据开关组件的电信号来预判负载的的故障情况，并根据预判的结果对即将故障的负载进行断开，从而实现对整个直流配电开关的智能实时监测。

（4）通过本申请的技术方案可以提高光伏直流配电网的智能化程度，实现电量的合理分配，同时在负载或蓄电装置由于电力波动或自身老化而发生故障时，能够及时的对故障部位进行断路并且还能够对故障进行提前预防，以保证配电网的安全性和可靠性。另外，本申请的技术方案还可以应用于风力发电、储能站、新能源汽车充电站等其他可以应用直流配电网的配电领域，以实现相同的效果。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图。

图2为本发明中开关装置于安装架内的正面结构示意图。

图3为本发明的安装架内部结构示意图。

图4为本发明开关装置的结构示意图。

图5为本发明中驱动轴其中一部分的结构示意图。

图6为本发明中驱动轴另一部分的结构示意图。

图7为本发明中驱动轴的内部结构示意图。

图8为本发明中开关组件的分解示意图。

图9为本发明中支撑罩的内部结构示意图。

图10为本发明中定触杆的结构示意图。

图11为本发明中闸板组件的结构示意图。

图12为本发明中闸板组件的部分剖视图。

图13为本发明中开关组件处于合闸状态时的结构示意图。

图14为本发明中开关组件处于分闸状态时的结构示意图。

图15为本发明中开关装置的工作状态示意图。

图16为本发明中驱动轴驱动多个开关组件进行工作时的示意图。

图17为本发明中驱动轴驱动故障开关组件进行分闸时的示意图。

图18为本发明中监测系统的工作流程图。

图中：柜体1、上安装腔110、下安装腔120、旋转驱动装置2、花键轴201、伸缩驱动装置3、伸缩杆301、安装架4、上滑槽410、隔板41、下滑槽420、开关装置5、驱动轴51、滑轨槽510、直滑槽5101、斜滑槽5102、第一避让槽5103、第二避让槽5104、第三避让槽5105、第四避让槽5106、第五避让槽5107、第六避让槽5108、花键槽5109、连接槽5110、开关组件52、支撑罩521、内腔5210、通槽5211、定位滑槽5212、定位座5213、滚道槽5214、定触杆522、连接端5221、触头5222、导向销5223、闸板组件523、支撑套5231、动闸板5232、驱动套5233、驱动块5234、牵引板5235、牵引斜槽5236、牵引弧槽5237、连板组件53、连接板530、连接缆531、滑动座532、连接座533、固定座6、滚动体7、监测系统8、检测模块81、控制模块82、通讯模块83。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的一个优选实施例如图1至图18所示，一种智能直流配电开关，包括柜体1、开关装置5、驱动装置和监测系统8；其中柜体1的内部包括上安装腔110和下安装腔120，开关装置5有两个，且分别通过安装架4安装于柜体1的上安装腔110内，两个开关装置5的结构和功能相同，且分别与正极电路以及负极电路进行连通，每个开关装置5具体包括驱动轴51、一对连板组件53和多个开关组件52，两个连板组件53分别与电路的输入端和输出端连通，同时两连板组件53分别将多个开关组件52的输入端和输出端进行连接，以使得多个开关组件52相互独立的连接于电路中，开关组件52的具体数量可以根据实际需要进调整，例如图2、图4和图15所示，开关组件52的数量为三个，并且三个开关组件52间隔均匀的竖直安装于安装架4的内部。可以理解的是，本申请中电路由电力输出装置、负载以及直流配电开关组成，其中正极电路由电力输出装置的正极输出接口、其中一开关装置5以及负载的正极输入接口组成，其中负极电路由负载的负极输出接口、另一开关装置5以及电力输出装置的负极输入接口组成；两个开关装置5分别串联于正极电路以及负极电路中，并且两个开关装置5中对应开关组件52的断路或开路是一一对应的，所以在后续的实施例中，只需对其中一个开关装置5进行阐述。同时电力输出装置可以是发电装置或其他具有类似功能的装置，负载可以是蓄电装置或其他具有类似功能的装置。

其中，驱动轴51横向安装于安装架4内，并分别与三个开关组件52进行配合；同时驱动装置与安装架4固定连接，并且驱动装置的输出端与驱动轴51的端部进行连接，以使得驱动装置能够带动驱动轴51进行旋转或轴向移动。

其中，监测系统8安装于柜体1的下安装腔120内，监测系统8具体包括检测模块81和控制模块82，检测模块81用于检测两连板组件53上的电信号，并且检测模块81与控制模块82电连接，以使得检测模块81将检测的电信号输送至控制模块82，同时控制模块82还与驱动装置进行电连接，以使得控制模块82根据输送的电信号值来控制驱动装置的启动，进而得以带动驱动轴51控制三个开关组件52进行分闸或合闸。可以理解的是，通过检测模块81可以检测出开关装置5输入端的总电流，进而可以根据检测的电流大小来控制接入电路中开关组件52的数量，以保护接入电路中的负载安全，同时还可以根据开关组件52两端的电势异常来判断与之连接的负载或开关组件52本身是否发生故障，并将出现故障或与之连接的负载出现故障的开关组件52进行断开，以进一步的提高整个电路的安全性。

值得一提的是，本实施例的检测模块81应用各种传感器，除了检测电信号外，还可以检测电阻、温升等信号，用于更加全面的进行监测，以提高本实施例的智能化程度，因其不是本实施例的重点，故不再具体描述。另外，检测模块81具体结构和工作原理为本领域技术人员所熟知的公知常识，故不在本实施例中具体描述，但这并不妨碍其成为本申请隐含的技术特征。

本申请的其中一个实施例如图3、图8、图9、图13和图14所示，三个开关组件52都包括支撑罩521、闸板组件523和一对定触杆522，其中支撑罩521的上下两端都紧固套接有固定座6，以使得支撑罩521通过固定座6与安装架4的内壁固定连接；支撑罩521的内部设置有内腔5210，同时支撑罩521的中部沿径向设置有对称的定位座5213，并且定位座5213贯穿支撑罩521的侧壁，以使得其一端伸入内腔5210内，从而当闸板组件523安装于内腔5210时，闸板组件523通过两端与两个定位座5213的端部进行转动配合；支撑罩521的侧壁还于定位座5213轴线的垂直方向设置一通槽5211，并且通槽5211贯穿内腔5210，同时通槽5211的两个侧端与定位座5213伸入内腔5210的端面平齐，以使得闸板组件523能够绕定位座5213的轴线沿通槽5211进行转动；支撑罩521的两端都还设置有定位滑槽5212，并且定位滑槽5212都与内腔5210进行连通，两个定触杆522分别与支撑罩521两端的定位滑槽5212进行滑动配合，以使得两个定触杆522的其中一端伸入内腔5210内，并用于和闸板组件523的两端进行配合，同时两个定触杆522的另一端分别与两个连板组件53对应连接；驱动轴51贯穿定位座5213并与闸板组件523进行配合，以使得通过驱动轴51的轴向移动或旋转，得以驱动闸板组件523与两个定触杆522进行连接或断开，从而实现整个开关组件52的分闸或合闸。

本实施例中，如图5、图6、图11和图15，三个闸板组件523与驱动轴51滑动套接，并且三个闸板组件523的内壁都设置有驱动块5234，同时驱动轴51的侧壁轴向设置有与闸板组件523数量对应且相连通的滑轨槽510，并且相邻滑轨槽510之间于驱动轴51轴向的投影夹角为45°-90°，优选为60°，同时驱动轴51的侧壁还间隔设置有多个沿圆周方向的避让槽，并且避让槽与滑轨槽510连通；驱动块5234适于与滑轨槽510以及避让槽对应配合；

以使得当电路中的输出电力过大，需要增加接入电路中的负载数量时，通过驱动装置带动驱动轴51只进行轴向移动，从而通过驱动块5234沿滑轨槽510的滑动，得以驱动若干数量的闸板组件523依次进行转动至与两端的定触杆522进行连接，从而使得所需数量的开关组件52合闸于电路中，以保证将多个负载同时接入电路以进行同时蓄电，进而降低单个负载的蓄电压力；而当接入电路中的负载或开关组件52出现故障时，通过驱动轴51的轴向移动以及旋转，以使得各闸板组件523上驱动块5234分别与对应的滑轨槽510以及避让槽进行协同配合，进而在将存在故障或与故障负载连接的开关组件52上的闸板组件523与两端的定触杆522断开的同时，还将工作良好的负载通过开关组件52连接入电路中，以实现将存在故障或与故障负载连接的开关组件52于电路中分闸的同时，保证电路还能够继续正常工作，从而提高整个电路的安全性。

具体的，如图5和图6所示，滑轨槽510包括直滑槽5101和斜滑槽5102，其中斜滑槽5102于驱动轴51的轴向投影弧度为π/4-π/2rad，并且相邻滑轨槽510之间通过直滑槽5101和斜滑槽5102进行依次连通；在进行滑轨槽510进行设计时，可以将斜滑槽5102的轴向长度定为∆L，进而根据开关组件52的总数n，可以得到直滑槽5101的轴向长度为（n-1）∆L，同时相邻驱动块5234之间的间隔距离为（n+1）∆L；从而当需要增加开关组件52接入电路中的数量时，只需通过驱动装置带动驱动轴51沿轴向逐次移动∆L长度即可驱动各闸板组件523依次与定触杆522进行连接。

本实施例中，驱动轴51驱动开关组件52分闸或合闸的具体工作原理可以通过图16和图17进行阐述。如图16和图17所示，可以先对驱动轴51进行划分，由于本申请采用三个开关组件52，所以驱动轴51上设置三个滑轨槽510，三个滑轨槽510依次如图16和图17中A段、B段和C段所示，为了保证滑轨槽510的正常工作，驱动轴51于C段滑轨槽510的末端轴向延伸设置有为D段的直槽，并且D段直槽的长度与滑轨槽510的长度相等；将每个滑轨槽510以及直槽都均分为a、b、c三个小段，每个小段的长度为∆L，并且在A段、B段和C段中，斜滑槽5102位于a小段，直滑槽5101位于b和c小段；避让槽包括第一避让槽5103、第二避让槽5104、第三避让槽5105、第四避让槽5106、第五避让槽5107、第六避让槽5108，并且第一避让槽5103与A段的首端沿圆周方向逆时针（驱动轴51的右视方向）连通，第二避让槽5104与B段中b和c小段的交界处沿圆周方向顺时针连通，第三避让槽5105与B段中a和b小段的交界处沿圆周方向顺时针连通，第四避让槽5106和第五避让槽5107分别与C段中a和b小段交界处沿圆周方向顺时针以及逆时针连通，第六避让槽5108与C段和D段交界处沿圆周方向顺时针连通，其中第一避让槽5103、第二避让槽5104、第三避让槽5105和第四避让槽5106以及第六避让槽5108的弧形相等为L，而第五避让槽5107的弧度为2L，同时图中通过黑点来代替驱动块5234，图中箭头所指方向为驱动方向。

如图16中（Ⅰ）部分所示，此时三个开关组件52都处于分闸状态，并且从右至左，三个开关组件52依次位于A段和B段的交界位置，C段中b和c小段的交界位置，D段中a和b小段的交界位置。

如图16中（Ⅱ）部分所示，此时驱动轴51在驱动装置的驱动下向左轴向移动了∆L长度，以使得位于A段和B段交界位置的开关组件52沿A段的a小段进行滑动，从而该开关组件52通过闸板组件523的转动与两端定触杆522的连接以实现合闸；同时位于C段中b和c小段交界位置的开关组件52沿C段中的c小段滑动，且依旧处于分闸状态；位于D段中a和b小段交界位置的开关组件52沿D段中b小段滑动，且依旧处于分闸状态。

如图16中（Ⅲ）部分所示，此时驱动轴51在驱动装置的驱动下向左就行轴向移动了∆L长度，以使得位于A段中a和b小段交界位置的开关组件52沿A段的b小段滑动，且依旧处于合闸状态；同时位于B段和C段交界位置的开关组件52沿B段的a小段滑动，以使得该开关组件52由分闸进行合闸；位于D段中b和c小段的开关组件52沿D段中c小段滑动，且依旧处于分闸状态。

如图16中（Ⅳ）部分所示，此时驱动轴51在驱动装置的驱动下向左再次轴向移动了∆L长度，以使得位于A段中b和c小段的开关组件52沿A段的c小段滑动，且依旧处于合闸状态；同时位于B段中a和b小段交界位置的开关组件52沿B段的b小段滑动，且依旧处于合闸状态；位于C段和D段交界位置的开关组件52沿C段的a小段滑动，以使得该开关组件52由分闸进行合闸。

当三个负载或三个开关组件52中出现故障时，故障的结果要么是三个中出现一个故障，即三个开关组件52中需要有一个开关组件52分闸，该情况共有三种可能，用x、y和z来表示从右至左的三个开关组件52，即该故障情况下能够正常工作的开关组件52可以表示为（x，y）、（x，z）和（y、z）；要么是三个中出现两个故障，即三个开关组件52中需要有两个开关组件52分闸，该情况也有三种可能，即该故障情况下能够正常工作的开关组件52表示为（x）、（y）和（z）。

对于（x），只需将驱动轴51移动至如图16中（Ⅱ）部分所示状态，此时y和z表示的开关组件52都处于分闸状态。

对于（y），只需先将驱动轴51移动至如图16中（Ⅲ）部分所示状态，然后进行如图17中（Ⅴ）部分所示的逆时针旋转L弧度，此时y表示的开关组件52与第三避让槽5105进行配合，z表示的开关组件52与第六避让槽5108进行配合，以使得y表示的开关组件52依旧处于合闸状态，z表示的开关组件52依旧处于分闸状态，而x表示的开关组件52在直滑槽5101的侧壁驱动下产生翻转，以使得x表示的开关组件52由合闸变为分闸。

对于（z），只需先将驱动轴51移动至如图16中（Ⅳ）部分所示状态，然后进行如图17中（Ⅷ）部分所示的瞬时针旋转2L弧度，此时z表示的开关组件52与第五避让槽5107进行配合，以使得z表示的开关组件52处于合闸状态；同时x表示的开关组件52在第一避让槽5103的侧壁驱动下产生翻转，以使得x表示的开关组件52由合闸变为分闸；y表示的开关组件52在直滑槽5101的侧壁驱动下产生翻转，以使得y表示的开关组件52由合闸变为分闸。

对于（x，y），亦分为三种情况：x单独合闸，y单独合闸，x和y同时合闸；其中x和y的单独合闸如上（x）和（y）所示；而x和y同时合闸时，只需移动驱动轴51至如图16中（Ⅲ）部分所示状态即可。

对于（x，z），亦分为三种情况：x单独合闸，z单独合闸，x和z同时合闸；其中x和z的单独合闸如上（x）和（z）所示；而x和z同时合闸时，只需先将驱动轴51移动至如图16中（Ⅳ）部分所示状态，然后进行如图17中（Ⅶ）部分所示的顺时针旋转L弧形，此时z表示的开关组件52与第五避让槽5107进行配合，x表示的开关组件52与第一避让槽5103进行配合，以使得x和z表示的开关组件52都依旧处于合闸状态，而y表示的开关组件52在B段中直滑槽5101的侧壁驱动下产生翻转，以使得y表示的开关组件52由合闸变为分闸。

对于（y、z），亦分为三种情况：y单独合闸，z单独合闸，y和z同时合闸；其中y和z单独合闸如上（y）和（z）所示；而y和z同时合闸时，只需先带动驱动轴51至如图16中（Ⅲ）部分所示状态，然后进行如图17中（Ⅵ）部分所示的逆时针旋转L弧度，此时y表示的开关组件52与第二避让槽5104进行配合，z表示的开关组件52与第四避让槽5106进行配合，以使得y和z表示的开关组件52都依旧处于合闸状态；而x表示的开关组件52在A段中直滑槽5101的侧壁驱动下产生翻转，以使得x表示的开关组件52由合闸变为分闸。

本申请的其中一个实施例如图10、图11、图13和图14所示，闸板组件523包括支撑套5231和驱动套5233，其中驱动套5233固定安装于支撑套5231的内壁，同时驱动套5233与定位座5213转动配合，驱动块5234设置于驱动套5233的内壁，支撑套5231的外侧壁设置有对称的两对动闸板5232，每对动闸板5232之间形成一合闸间隙；同时定触杆522位于内腔5210外部的一端为连接端5221，定触杆522通过连接端5221与连板组件53连接，定触杆522位于内腔5210内的端部设置有触头5222，以使得当闸板组件523与定触杆522进行合闸时，通过闸板组件523的转动，使得触头5222位于合闸间隙内，进而两对动闸板5232分别与两端的触头5222进行压紧配合；而当闸板组件523与定触杆522分闸时，通过闸板组件523的反向旋转，使得两对动闸板5232分别与两端触头5222相互脱离。

本申请的其中一个实施例如图8、图9和图11所示，定位座5213位于内腔5210内相对的端面设置有滚道槽5214，同时驱动套5233的两端也都设置有滚道槽5214，以使得当驱动套5233与定位座5213配合时，驱动套5233与定位座5213上的滚道槽5214相互配合以形成滚道，并且滚道内安装有多个滚动体7，以使得驱动套5233与定位座5213之间得以进行滚动配合，从而降低驱动套5233与定位座5213之间的磨损。

本申请的其中一个实施例如图10至图14所示，动闸板5232的外侧壁都固定设置有牵引板5235，并且牵引板5235上设置有牵引槽，同时触头5222的两侧固定设置有导向销5223，并且导向销5223适于和牵引槽进行配合，以使得当动闸板5232与触头5222相互脱离时，通过导向销5223沿牵引槽的滑动，得以驱动定触杆522向着远离触头5222的方向进行轴向移动，进而增加动闸板5232与触头5222的分离速度，以提高开关组件52的分闸效率。

本实施例中，如图14所示，牵引槽具体包括牵引斜槽5236和牵引弧槽5237，其中牵引斜槽5236通过末端与牵引弧槽5237相连通，并且牵引弧槽5237与支撑套5231同心，同时牵引斜槽5236和牵引弧槽5237的两端都与牵引板5235的侧壁连通；当动闸板5232与触头5222相互脱离时，导向销5223先通过沿牵引斜槽5236滑动以驱动定触杆522进行轴向移动，然后随着动闸板5232的继续转动，导向销5223滑动至牵引弧槽5237内，通过导向销5223沿牵引弧槽5237的滑动，使得定触杆522轴向保持不动，从而避免定触杆522发生误触。

本申请的其中一个实施例如图2、图4和图7所示，驱动装置包括旋转驱动装置2和伸缩驱动装置3，其中旋转驱动装置2可以是电机或其他具有类似功能的装置，旋转驱动装置2固定安装于安装架4的其中一侧，并且旋转驱动装置2的输出端伸入安装架4内并连接有花键轴201，同时驱动轴51的其中一端设置有花键槽5109，以使得旋转驱动装置2通过花键轴201与花键槽5109的配合，得以带动驱动轴51进行旋转；伸缩驱动装置3可以是液压缸、气压缸或其他具有类似功能的装置，伸缩驱动装置3固定安装于安装架4的另一侧，并且伸缩驱动装置3的输出端伸入安装架4内并连接有伸缩杆301，同时驱动轴51的另一端设置有连接槽5110，以使得伸缩驱动装置3通过伸缩杆301与连接槽5110的配合，得以带动驱动轴51进行轴向移动。

本申请的其中一个实施例如图4所示，连板组件53包括与开关组件52数量相等的连接板530，同时位于开关组件52输入端的连板组件53还包括连接缆531，以使得位于开关组件52上端的三块连接板530之间通过连接缆531进行串联，位于开关组件52上端的连接板530对应的与每一个开关组件52的输入端连接，并且三块连接板530的其中一块连通有连接座533，其余两块连接板530上固定有滑动座532，以使得位于开关组件52上端的连板组件53通过连接座533与电力输出装置进行连通；而位于开关组件52输出端的连板组件53的三块连接板530相互独立，并且每块连接板530的一端与对应开关组件52的输出端连接，每块连接板530的另一端与一负载进行连接，从而将整个开关装置5串联于电路中，并且每个开关组件52相互独立的连接于电路中，从而控制每个负载与电力输出装置之间的连通。

在本实施例中，如图3所示，安装架4的后侧壁上部设置有与连接板530数量对应的上滑槽410，以使得位于开关组件52输入端的连板组件53通过连接座533以及滑动座532依次与上滑槽410滑动配合；同时安装架4的下部设置有隔板41，并且隔板41的上设置有与连接板530数量对应的下滑槽420，以使得位于开关组件52输出端的连板组件53通过连接座533依次与下滑槽420滑动配合，从而保证开关组件52进行分闸时，两端的定触杆522都能够顺畅进行轴向移动。

本申请还提供了应用于上述直流配电开关的工作方法，如图18所示，包括监测系统8和开关装置5，其中监测系统8包括检测模块81和控制模块82，检测模块81用于检测开关装置5的电信号，并且检测模块81与控制模块82电连接，同时控制模块82还与驱动装置电连接，以使得控制模块82根据检测的电信号对驱动装置进行响应；具体的工作方法包括如下步骤：

S100：当电力输出装置需要发电时，先将其中靠近侧部的开关组件52进行合闸，以使得与该开关组件52连接的负载与电路导通，从而通过负载对电力输出装置进行蓄电，此时检测模块81检测电路输入端的总电流为I，并将电流信号输送至控制模块82；

S200：控制模块82根据电流信号将总电流I与负载的额定电流I₀进行对比；当I＜I₀时，控制模块82不对驱动装置进行响应；而当(n-1)I₀＜I＜nI₀，n＞1时，控制模块82控制伸缩驱动装置3带动驱动轴51移动(n-1)∆L长度，从而依次再将(n-1)个开关组件52进行合闸；而当I＞nI₀时，控制模块82控制驱动装置进行响应，以使得所有开关组件52分闸，并进行报警；其中n表示开关组件52的总数，并且n＞1；

当I＜nI₀时，继续进行如下步骤：

S300：检测模块81对S200中合闸的开关组件52的输入端和输出端进行电势检测， 检测得到输入端电势为

，检测得到输出端电势为

，并将检测的电压信号输送至控制 模块82；其中N用于表示任一开关组件52；

S400：控制模块82可以根据输入的电压信号得到各开关组件52的分压

，进而得到各开关组件52的实际阻值R_N；

S500：控制模块82将各开关组件52的实际阻值R_N与其额定阻值R_N0进行对比，若出现R_N大于kR_N0，其中k为修正系数，表示该开关组件52本身或与该开关组件52串联的负载出现故障，此时控制模块82控制伸缩驱动装置3和旋转驱动装置2协同响应，以将该开关组件52进行分闸，从而保护整个电路的安全。可以理解的是，控制伸缩驱动装置3和旋转驱动装置2协同响应带动驱动轴51的工作过程如上所述。

同时本实施例的步骤S400中还包括如下步骤：

S410：控制模块82每隔单位时间∆T都对各开关组件52的分压

进行记录，从而 得到各开关组件52相隔∆T的两个瞬时分压

和

；其中t表示任一时刻；

S420：控制模块82根据S410中的瞬时分压

和

，可以得到各开关组件52 于每个∆T时间的分压增量

；

S430：控制模块82根据连续的分压增量

的值，可以求得关于分压增量的近似函 数f(Q)；可以理解的是，近似函数f(Q)可以根据实际测得的数据离散情况进行选取，例如通 过最小二乘法等。

S440：控制模块82根据求得的近似函数f(Q)，可以计算出下一∆T时间后该时刻的 各开关组件52的分压值

，并将分压值

带入至步骤S400中进行计算，根据计算 的值进行步骤S500，从而可在负载或开关组件52达到完全故障前以对其进行分闸，从而提 高整个电路的安全性。

可以理解的是，负载或开关组件52的故障过程为一个量变到质变的过程，而当负载或开关组件52在达到故障的质变时才对开关组件52进行分闸，这存在着很大的安全隐患，而本申请通过近似函数f(Q)可以预测负载或开关组件52的故障量变过程，从而在负载或开关组件52达到故障质变前对其进行分闸，从而可以有效的提高电路的安全性。

本实施例中，修正系数k的值为1.1-1.5，单位时间∆T为10-30min。

本实施例中，如图18所示，监测系统8还包括通讯模块83，通讯模块83与控制模块82电连接，以使得监测系统8监测到开关组件52或负载出现故障时，通讯模块83将故障信号发送至监测中心进行报警。

本实施例中，检测模块81包括霍尔传感器，以使得检测模块81通过霍尔传感器来检测电路中的电流以及电势。

可以理解的是，根据串联电路的分压原理，在进行负载的故障判断时，为了方便检测，可以根据开关组件52两端的电势变化来判断负载的故障情况。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种智能直流配电开关，其特征在于，包括：

柜体；

开关装置，所述开关装置安装于所述柜体内，所述开关装置包括驱动轴、一对连板组件和多个开关组件，两所述连板组件分别与多个所述开关组件的输出端和输入端进行连接，以使得将多个所述开关组件相互独立的连接于电路中，所述驱动轴与多个所述开关组件进行配合；

驱动装置，所述驱动装置连接所述驱动轴，所述驱动装置适于驱动所述驱动轴进行旋转或轴向移动；以及

监测系统，所述监测系统包括检测模块和控制模块，所述检测模块与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述驱动装置电连接，所述检测模块适于检测两所述连板组件的电信号，以使得所述控制模块根据检测的电信号变化来控制所述驱动装置的启动，进而得以通过所述驱动轴驱动多个所述开关组件进行分闸或合闸；

所述开关装置还包括安装架，所述开关装置适于通过所述安装架固定安装于所述柜体内，所述开关组件包括支撑罩、闸板组件和一对定触杆，所述支撑罩通过固定座与所述安装架的内壁固定连接，所述支撑罩内部设置有与外部连通的内腔，所述支撑罩的中部沿径向设置有对称的定位座，所述闸板组件安装于所述内腔并与所述定位座转动配合；两所述定触杆分别与所述支撑罩的两端滑动配合，以使得两所述定触杆的其中一端伸入所述内腔，并适于和所述闸板组件的两端进行配合，同时两所述定触杆的另一端分别与对应所述连板组件连接；所述驱动轴贯穿所述定位座并与所述闸板组件进行配合，以使得通过所述驱动轴的轴向移动或旋转，得以驱动所述闸板组件与两所述定触杆进行连接或断开；

多个所述闸板组件与所述驱动轴滑动套接，各所述闸板组件的内壁都设置有驱动块，同时所述驱动轴的侧壁轴向设置有多段相连通的滑轨槽，并且相邻所述滑轨槽之间于所述驱动轴的轴向投影夹角为45°-90°，同时所述驱动轴的侧壁还间隔设置有多个沿圆周方向的避让槽，所述避让槽与所述滑轨槽连通；

当所述驱动轴只进行轴向移动时，通过所述驱动块沿所述滑轨槽的滑动，得以驱动各所述闸板组件依次进行转动至与两端的所述定触杆进行连接或断开；当电路的负载出现故障时，通过所述驱动轴的轴向移动和旋转，以使得各所述驱动块分别与所述滑轨槽以及所述避让槽进行对应配合，进而得以驱动与故障负载连接的所述开关组件进行分闸。

2.如权利要求1所述的智能直流配电开关，其特征在于：所述滑轨槽包括直滑槽和斜滑槽，所述斜滑槽于所述驱动轴的轴向投影弧度为π/4-π/2rad，相邻所述滑轨槽之间通过所述直滑槽和所述斜滑槽进行连通，其中所述斜滑槽轴向长度为∆L，所述开关组件的数量为n，进而所述直滑槽的轴向长度为（n-1）∆L，同时相邻所述驱动块之间的间隔距离为（n+1）∆L；当所述驱动轴只进行轴向移动时，通过所述驱动轴逐次移动∆L长度，得以驱动各所述闸板组件依次与所述定触杆进行连接或断开。

3.如权利要求2所述的智能直流配电开关，其特征在于：所述驱动装置包括旋转驱动装置和伸缩驱动装置，所述旋转驱动装置固定安装于所述安装架的其中一侧，所述旋转驱动装置的输出端伸入所述安装架内并连接有花键轴，同时所述驱动轴的其中一端设置有花键槽，所述旋转驱动装置通过所述花键轴与所述花键槽的配合，得以驱动所述驱动轴进行旋转；所述伸缩驱动装置固定安装于所述安装架的另一侧，所述伸缩驱动装置的输出端伸入所述安装架内并连接有伸缩杆，同时所述驱动轴的另一端设置有连接槽，所述伸缩驱动装置通过所述伸缩杆与所述连接槽的配合，得以驱动所述驱动轴进行轴向移动。

4.如权利要求3所述的智能直流配电开关，其特征在于：位于所述开关组件输入端的所述连板组件包括连接缆和多块连接板，多块连接板之间通过所述连接缆进行串联，并且其中一块连接板上连接有连接座，以使得位于所述开关组件输入端的所述连板组件，通过所述连接座将多个所述开关组件的输入端同时与电路进行连接；

位于所述开关组件输出端的所述连板组件包括多块连接板，并且每块连接板的一端与其中一所述开关组件的输出端对应连接，每块连接板的另一端都与一电路中负载进行连接，以使得每个所述开关组件对应控制一电路中负载。

5.一种包含权利要求2-4任一项所述的智能直流配电开关的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：先将其中靠近侧部的开关组件进行合闸，以使得与该开关组件连接的负载与电路导通，此时检测模块检测电路输入端的总电流为I，并将电流信号输送至控制模块；

S200：控制模块根据电流信号将总电流I与负载的额定电流I₀进行对比；当I＜I₀时，控制模块不对驱动装置进行响应；当（n-1）I₀＜I＜nI₀，n＞1时，控制模块控制驱动装置轴向移动（n-1）∆L长度，从而依次再将（n-1）个开关组件进行合闸；当I＞nI₀时，控制模块控制驱动装置进行响应，以使得所有的开关组件分闸；

当I＜nI₀时，继续进行如下步骤：

S300：检测模块对S200中合闸开关组件的输入端和输出端进行电势检测，检测的输入 端电势为

，检测的输出端电势为

，并将检测的电压信号输送至控制模块；

S400：控制模块根据输入的电压信号得到各开关组件的分压电势

，进 而得到各开关组件的实际阻值R_N；

S500：控制模块将各开关组件的实际阻值R_N与其额定阻值R_N0进行对比，若出现R_N大于kR_N0，其中k为修正系数，表示与该开关组件连接的负载或开关组件本身出现故障，此时控制模块控制驱动装置协同响应，以将该开关组件分闸。

6.如权利要求5所述的智能直流配电开关的工作方法，其特征在于：S400还包括如下步骤：

S410：控制模块每隔单位时间∆T都对各开关组件的分压

进行记录，从而得到各开 关组件相隔∆T的两个瞬时分压

和

；

S420：控制模块根据S410中的瞬时分压，可以得到各开关组件于每个∆T时间的分压增 量

；

S430：控制模块根据连续的分压增量

的值，可以求得关于分压增量的近似函数f（Q）；

S440：控制模块根据求得的近似函数f（Q），可以计算出下一∆T时间时刻各开关组件的 分压值

，并将分压值

带入至步骤S400中进行计算，然后根据计算的值进行步 骤S500。

7.如权利要求6所述的智能直流配电开关的工作方法，其特征在于：修正系数k的值为1.1-1.5，单位时间∆T为10-30min。

8.如权利要求7所述的智能直流配电开关的工作方法，其特征在于：监测系统还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接，以使得当所述开关组件出现故障时，所述通讯模块将故障信号发送至监测中心进行报警。

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