CN113903607A - 一种与混合型高压直流断路器配合使用的独立高压快速开关 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种与混合型高压直流断路器配合使用的独立高压快速开关,由电磁斥力机构和中压供能设备前置的中压快速开关模块串联组成为高压快速开关塔。通过将电磁斥力机构、中压供能设备前置至每个模块的对应电位处，去掉随电压等级增加的绝缘拉杆的质量，减小运动部件的总质量及驱动器的惯性，因此增大驱动速度。使高压快速开关的电压等级的提高仅通过串联模块数的增加来实现。
Description
本申请是申请号为201710286018.6的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于中压或高压开关，具体涉及一种串联结构的与混合型高压直流断路器配合使用的独立高压快速开关。
背景技术
混合型直流断路器的拓扑要求，直流故障电流的快速分断必须有超快速分合闸能力的高压快速开关配合。相对于传统交流开关所用的操作机构，如液压、弹簧、气动等操作机构，其机构的响应时间在数个毫秒，开关的整体分断时间一般在数十个毫秒，难以满足直流断路器对分闸速度的要求。电磁斥力机构的响应时间为数十到数百的微妙，总分闸时间可以缩短至毫秒级，但受其原理及成本限制，操作功不能过大，其能驱动的质量也受到限制。
因此，采用了基于电磁斥力机构的快速开关，一般只适合小开距、低电压的应用场合，不能适用于大开距的应用场合，故该类型的快速开关难以直接在更高电压等级中运用。
同时，多断口串联结构的快速开关没有有效解决直流及冲击电压下的均压问题。
基于前述需求，本案由此产生。
发明内容
由本发明解决的问题提供了高压快速开关的改进方案：
本申请提供一种与混合型高压直流断路器配合使用的独立高压快速开关，包括：
至少两个串联连接的中压快速开关模块，每个所述中压快速开关模块包括中压快速开关本体，所述中压快速开关本体包括中压断口；
电磁斥力机构，包括电磁斥力机构操作机构以及与之相连的电磁斥力机构触发回路；所述电磁斥力机构操作机构通过连杆与所述中压断口的动触头相连并驱动所述动触头直线运动从而实现所述中压断口的毫秒级分断；
中压供能设备，与所述电磁斥力机构触发回路相连并为其提供驱动电源；
金属框架，与所述中压快速开关本体的两个终端之一保持同一电位；
所述中压快速开关本体、所述电磁斥力机构和所述中压供能设备安装于所述金属框架上并与所述金属框架的电位相同；
高压绝缘子，设置于零电位处，与所述金属框架相连；
一套高压供能设备，设置于零电位处，与每个所述中压快速开关模块的所述中压供能设备串联连接，为所述中压供能设备供能；
所述电磁斥力机构从零电位前置到所述中压断口的高电位处，和所述中压快速开关本体的两个终端之一保持同一电位。
根据本申请的一些实施例，每个所述中压快速开关模块的所述中压供能设备串联连接，逐级传递能量。
根据本申请的一些实施例，所述高压供能设备的电压等级与所述独立高压快速开关的电压等级相同。
根据本申请的一些实施例，所述高压绝缘子包括支柱式或悬吊式。
根据本申请的一些实施例，所述至少两个串联连接的中压快速开关模块水平串联连接或/和层间串联连接。
根据本申请的一些实施例，采用层间串联连接的所述至少两个串联连接的中压快速开关模块在上下两层之间通过支柱式或悬吊式层间绝缘子与所述金属框架相连，形成塔式结构。
根据本申请的一些实施例，所述电磁斥力机构触发回路触发所述电磁斥力机构操作机构为所述中压快速开关本体的分合提供短时的操作功率，所述操作功率与电压等级无关。
根据本申请的一些实施例，所述中压快速开关模块还包括：
外置的均压组件，与所述中压快速开关本体相连、与所述中压快速开关模块的电压等级相同，所述均压组件包含至少一组均压电阻器及均压电容器。
根据本申请的一些实施例，所述中压储能设备与所述中压快速开关模块的电压等级相同。
根据本申请的一些实施例，所述中压快速开关本体还包括：
密封绝缘套管，所述中压断口和所述操作机构被组装在密封的绝缘套管内。
根据本申请，所使用的基于电磁斥力机构原理的操作机构及触发回路从位于底面位置的零电位前置到中压快速开关模块的高电位处。从而使机构所驱动的运动质量不包含随电压等级逐步提高的绝缘拉杆，有利地提高分合闸速度。根据本申请，操作机构的操作功和高压快速开关的电压等级无关，仅通过中压快速开关模块的串联即可实现高压快速开关方案。操作机构的前置是通过高压及中压供能设备实现的。并且，有利地，中压供能设备和中压快速开关模块具有相同电压等级，通过分层串联、逐级传递的方案得以方便地向高电压等级扩展。本申请的中压快速开关模块通过分层串联的方式组成高压开关塔式结构，成为一个独立提供快速开关功能的单元。有利地，可以通过分层串联的方案得以方便地实现高压等级的快速开关。根据本申请的方案，配置了均压电阻及均压电容装置，在直流及冲击电压情况下实现电压在各个中压模块的均匀分布。根据本申请，所述中压快速开关本体中包含的中压断口、电磁斥力操作机构、稳态保持机构、缓冲机构、位置采样机构等部件被组装在密封的绝缘套管内，使得结构紧凑，便于维护更换，同时隔绝外界空气的影响，提高可靠性。本申请所述的中压断口的具体结构形式、绝缘介质类型不受限制。真空断路器、基于SF6气体的结缘断口是两种典型的实施形式。本申请的有益效果在于：首先，将电磁斥力操作机构前置，通过中压快速开关模块串联的方案实现高压快速开关，并且有利地，开关电压等级的提高易于实现；然后，将基于电磁斥力机构的中压快速开关本体部件集成于充有绝缘介质的绝缘套管内，减小体积，便于维护，提高可靠性；最后，所述串联结构的高压快速开关独立成塔，有效缩小占地面积。本申请的开关有利地使用在高压应用领域(高于72kV)，也可以用于中压应用领域(在数kV至72kV之间)；并且单个中压快速开关单元的设计电压可以在数kV至150kV之间。
附图说明
从本申请的下列详细描述，能更好地理解本申请。这些附图仅给出用于示范的实施例。
图1给出了本申请中压快速开关的模块结构图；
图2给出了本申请支撑形式高压快速开关结构图；
图3给出了本申请一体化设计的中压快速开关本体结构图；
图4给出了本申请串联式快速开关结构单层实施方案图；
图5给出了本申请阻容组件内置形式的中压快速开关模块结构图；
图6给出了本申请悬吊形式高压快速开关结构图；
其中，1-中压快速开关本体，2-外置阻容均压组件，3-电磁斥力机构触发回路，4-中压供能设备，5-中压快速开关模块框架，6-层间绝缘子，7-转接法兰，8-屏蔽罩，9-高压供能设备，10-支柱或悬吊绝缘子，11-互联母排，12-密闭绝缘套管，13-中压断口，14-连接杆，15-稳态保持机构，16-电磁斥力机构操作机构，17-缓冲机构。
具体实施方式
以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。
图3的中压快速开关本体内充有绝缘介质，包括但不仅限于SF6、N2、空气等。其内所有设备被一个密封的绝缘套管包围，电流通道建立在处于套管上下面法兰处的a、b位置。
电磁斥力机构操作机构16通过带动连接于动触头的连杆14带动具有直线运动特性的断口13的动触头部件，从而实现断口的分合。稳态保持机构15能保证开关处于分合两个稳态位置。断口13的可实施方案包括但不仅限于真空断路器、SF6灭弧室。
沿断口运动方向布置有缓冲装置17，其实施方案包括但不仅限于液压缓冲器、气体缓冲器等。
电磁斥力机构触发回路放电电缆通过固定于中压快速开关本体密封法兰的密封端子板进入开关本体。
电磁斥力机构触发回路3、中压快速开关本体1、中压供能设备4，这些设备安装在具有相同电位的金属框架上，共同实现电磁斥力机构触发回路及电磁斥力机构操作机构的前置。完成减小运动质量的目标，提高分合闸动作速度。
开关本体的均压阻容均压组件2包含至少一组中压电阻器及一组中压电容器。图1给出了阻容组件的外置式实施方案，其还可以另一种实施方案实现，即同时集成安装在快速机械开关本体的密封套管内，如实施例图5所示。
上述中压快速开关模块是组成高压快速开关的基本单元，其以分层结构串联成开关塔即可实现向不同电压等级的扩展。一种实施方案为：用8个设计额定电压为62.5kV的中压快速开关模块串联，实现500kV电压等级的高压快速开关。
图1给出了中压快速开关模块串联的支柱实施方案：即相邻的两层之间通过层间支柱绝缘子连接在各自的框架上，同时，最后一层中压快速开关模块框架固定于开关塔底部的高压支柱绝缘子上；所述中压快速开关的电流通道a、b首尾相连接，串联后构成高压快速开关的电流通道A、B，最终形成独立的塔式开关结构。显而易见，对于本申请的塔式开关结构，电压等级的扩充是易于实现的。
相应的，上述塔式开关结构还可以通过悬吊实施方案实现，即层间支柱绝缘子、高压支柱绝缘子分别更换为层间悬式绝缘子、高压悬式绝缘子，如实施例图6所示。
为电磁斥力机构提供能量的高压供能设备、层间的中压供能设备是塔式高压快速开关的一部分。能量首先从地面通过高压供能设备输送到开关塔的首层中压快速开关模块，一方面为本层开关供能，另一方面为中压供能设备供能，并进一步将能量输送到第二层中压快速开关模块。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例本本申请进行种种修改或变更，但这些修改或变更均在申请待批本申请的权利申请要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种与混合型高压直流断路器配合使用的独立高压快速开关，其特征在于，包括：
至少两个串联连接的中压快速开关模块，每个所述中压快速开关模块包括中压快速开关本体，所述中压快速开关本体包括中压断口；
电磁斥力机构，包括电磁斥力机构操作机构以及与之相连的电磁斥力机构触发回路；所述电磁斥力机构操作机构通过连杆与所述中压断口的动触头相连并驱动所述动触头直线运动从而实现所述中压断口的毫秒级分断；
中压供能设备，与所述电磁斥力机构触发回路相连并为其提供驱动电源；
金属框架，与所述中压快速开关本体的两个终端之一保持同一电位；
所述中压快速开关本体、所述电磁斥力机构和所述中压供能设备安装于所述金属框架上并与所述金属框架的电位相同；
高压绝缘子，设置于零电位处，与所述金属框架相连；
一套高压供能设备，设置于零电位处，与每个所述中压快速开关模块的所述中压供能设备串联连接，为所述中压供能设备供能；
所述电磁斥力机构从零电位前置到所述中压断口的高电位处，和所述中压快速开关本体的两个终端之一保持同一电位。
2.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，每个所述中压快速开关模块的所述中压供能设备串联连接，逐级传递能量。
3.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述高压供能设备的电压等级与所述独立高压快速开关的电压等级相同。
4.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述高压绝缘子包括支柱式或悬吊式。
5.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述至少两个串联连接的中压快速开关模块水平串联连接或/和层间串联连接。
6.根据权利要求5所述的独立高压快速开关，其特征在于，采用层间串联连接的所述至少两个串联连接的中压快速开关模块在上下两层之间通过支柱式或悬吊式层间绝缘子与所述金属框架相连，形成塔式结构。
7.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述电磁斥力机构触发回路触发所述电磁斥力机构操作机构为所述中压快速开关本体的分合提供短时的操作功率，所述操作功率与电压等级无关。
8.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述中压快速开关模块还包括：
外置的均压组件，与所述中压快速开关本体相连、与所述中压快速开关模块的电压等级相同，所述均压组件包含至少一组均压电阻器及均压电容器。
9.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述中压储能设备与所述中压快速开关模块的电压等级相同。
10.根据权利要求1所述的独立高压快速开关，其特征在于，所述中压快速开关本体还包括：
密封绝缘套管，所述中压断口和所述操作机构被组装在密封的绝缘套管内。
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