CN115085166A - 一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质 - Google Patents

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盛万兴
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刘宁
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赵彩虹
马春艳
吴云召
张姚
刘璐
李佳
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Abstract

本发明提供了一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质，包括：主支路、第一开关、控制器、转移开断支路和耗能支路；所述主支路与第一开关连接后再与所述转移开断支路和所述耗能支路并联构成并联电路；所述第一开关还与控制器连接；所述控制器用于通过控制所述第一开关开断或闭合实现使高压交流电路中的电流通过主支路或使高压交流电路中的电流通过开断支路和耗能支路；本发明基于电流转移组件将电流由主支路转移至转移开断支路，无需等待交流电流过零所需时间，由转移开断支路的电子开关对短路电流进行快速开断，整个过程能够控制在3ms之内，在很大程度上，避免了电压暂降问题的发生；同时采用全封闭结构，能够适应各种户外复杂环境。

Description

一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质
技术领域
本发明属于柱上开关技术领域，具体涉及一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质。
背景技术
目前的户外柱上开关通常采用弹簧操动机构或永磁操动机构。这些操动机构所匹配的柱上开关在执行分闸命令时，需要等待交流电流过零时才能够实现功能，而且机构动作时间较慢；在一些现有技术中，开关采用永磁机构，利用永磁体驱动动铁芯的方式实现开关分合，由于永磁体磁力强度的局限性，导致永磁机构分合闸时间较长，同时开关开断必须要等待电流过零，导致整个开断时间大于20ms，不利于异常负荷和故障线路的快速隔离，容易导致出现大规模电压暂降问题；其次，机构暴露于环境中，易受环境湿度、温度影响，使机械结构出现锈蚀、卡涩等问题，对开关性能和可靠性造成影响；同时永磁体还存在退磁风险，开关的可靠性无法保证；而另一些现有的技术中，开关采用涡流斥力机构配合断路器的开断方案，在需要等待交流电流过零的前提下，要想实现对短路电流的高速分合，需要涡流斥力机构提供相当大的斥力用来开断，同时对断路器的灭弧能力也提出很高的要求；同时该方案使用的是户外极柱的形式，机构和极柱暴露于环境中，性能易受影响。
因此迫切需要一种户外快速柱上开关，不仅能够将异常负荷和故障线路快速隔离，避免大规模电压暂降问题的发生，还要能够适应各种复杂环境，保证开关在各种工况下都能够可靠运行。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种快速柱上开关，包括：主支路、第一开关、控制器、转移开断支路和耗能支路；
所述主支路与第一开关连接后再与所述转移开断支路和所述耗能支路并联构成并联电路；
所述第一开关还与控制器连接；
所述控制器用于通过控制所述第一开关开断或闭合实现使高压交流电路中的电流通过主支路或使高压交流电路中的电流通过开断支路和耗能支路。
优选的，所述第一开关 包括：真空开关、电磁斥力机构和储能机构；所述电磁斥力机构分别与真空开关和储能机构连接；
所述真空开关设置在主支路上；
所述电磁斥力机构用于控制所述真空开关的断开与闭合。
优选的，所述真空开关为双向真空开关。
优选的，所述真空开关采用环氧材料浇注而成。
优选的，所述电磁斥力机构包括：分闸线圈、斥力盘和合闸线圈；
所述分闸线圈与所述合闸线圈间隔设置，所述斥力盘设置于所述分闸线圈和所述合闸线圈之间，所述斥力盘的一侧与所述真空开关连接。
优选的，所述储能机构包括：充电系统和储能系统；所述充电系统用于对分闸线圈和合闸线圈提供电容电压；所述储能系统用于对电磁斥力机构提供能量。
优选的，所述转移开断支路上包括串联的有电流转移组件和电力电子开关。
优选的，所述快速柱上开关还包括全封闭结构的主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室；
所述主支路设置于主支路机械开关隔室内；
所述转移开断支路设置于转移开断支路隔室内；
所述储能机构设置于储能机构隔室内。
优选的，所述转移开断支路隔室位于所述主支路机械开关隔室的一侧，所述储能机构隔室位于所述转移开断支路隔室的下侧与所述电磁斥力机构间隔设置，各所述隔室之间通过绝缘套管连接；
所述主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室均具有隔断故障电路电弧的功能。
优选的，所述第一开关为三相开关，所述并联电路为三组，所述三相开关中的每一项分别连接三组并联电路中的主支路。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种电流转移方法，所述方法包括：
当交流线路故障时，利用快速柱上开关的控制器控制第一开关断开，高压交流电路中的电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中；
随着交流线路恢复正常时，利用快速柱上开关的控制器控制所述第一开关闭合，高压交流电路中的电流通过所述主支路。
优选的，所述电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中，包括：
所述第一开关的控制器监测第一开关上的主支路的电流，当所述第一开关上的主支路电流超过保护定值时，所述第一开关的控制器控制第一开关分闸，将主支路中电流转移至开断支路和耗能支路。
基于同一发明构思，本发明还提供了，一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，对如前所述的快速柱上开关进行控制。
基于同一发明构思，本发明还提供了，一种计算机介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，对如前所述的快速柱上开关进行控制。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明所设计的一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质，包括：主支路、第一开关、控制器、转移开断支路和耗能支路；所述主支路与第一开关连接后再与所述转移开断支路和所述耗能支路并联构成并联电路；所述第一开关还与控制器连接；所述控制器用于通过控制所述第一开关开断或闭合实现使高压交流电路中的电流通过主支路或使高压交流电路中的电流通过开断支路和耗能支路；基于电流转移技术，将交流电流从主支路转移至转移开断支路进行开断，无需等待电流过零，实现柱上开关在3ms内完成开断，将异常负荷和线路故障快速隔离，避免出现电压暂降问题对电网设备及负荷造成影响。
附图说明
图1为本发明提供的一种快速柱上开关的拓扑结构图；
图2为本发明提供的一种快速柱上开关双向真空开关结构示意图；
图3为本发明提供的一种快速柱上开关电磁斥力机构结构示意图；
图4为本发明提供的一种快速柱上开关单相整体结构示意图；
图5为本发明提供的一种快速柱上开关三相整体结构示意图；
图6为本发明提供的一种快速柱上开关电流转移组件外置并联结构示意图；
图7为本发明提供的一种快速柱上开关电流转移组件串联结构示意图；
图8为本发明提供的一种快速柱上开关电力电子开关拓扑结构图；
图9为本发明提供的一种快速柱上开关的一种电流转移方法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种快速柱上开关包括：主支路、第一开关、控制器、转移开断支路和耗能支路；
所述主支路与第一开关连接后再与所述转移开断支路和所述耗能支路并联构成并联电路；
所述第一开关还与控制器连接；
所述控制器用于通过控制所述第一开关开断或闭合实现使高压交流电路中的电流通过主支路或使高压交流电路中的电流通过开断支路和耗能支路。
在高压交流电路进行使用时，所述电流流通转移开断支路以及耗能支路，转移开断支路和耗能支路相互分压实现电流的稳定性，当电路中出现电路故障时，所述第一开关进行分闸，故障电流从主支路转移至电流转移支路和耗能支路，通过电子开关进行快速开断，并通过耗能支路消耗能量，实现了电路保护，避免电压暂降问题对电网设备及负荷造成影响。
所述第一开关包括：真空开关、电磁斥力机构和储能机构；
本实施例中的真空开关可以为双向真空开关；所述双向真空开关如图2所示，所述电磁斥力机构结构如图3所示。
所述电磁斥力机构分别与真空开关和储能机构连接；
所述真空开关设置在主支路上；所述电磁斥力机构用于控制所述真空开关的断开与闭合。
通过电磁斥力快速机械开关进行电路转移，在正常工况下，完成负荷的投切工作，相较于传统柱上负荷开关，投切速度更快，相较于传统柱上断路器，开断速度更快。
通过双向真空开关将转移开断支路、耗能支路与主支路进行并联，缩短拓扑结构整体回路，减少回路电阻，提高开关的工作效率；同时便于将高速柱上开关接入整个电网中，整个安装过程操作简单，减少登高作业时间，提高工作效率。
具体的，所述真空开关采用环氧材料浇注而成。
所述开关整体采用环氧浇筑，绝缘性能、电气性能优良，分闸速度可达1.3m/s，合闸速度可达0.8m/s，快速响应能够进一步的对电路进行保护。
所述电磁斥力机构包括：分闸线圈、斥力盘和合闸线圈；
所述分闸线圈与所述合闸线圈间隔设置，所述斥力盘设置于所述分闸线圈和所述合闸线圈之间，所述斥力盘的一侧与所述真空开关连接。
具体的，所述储能机构包括：并联的充电系统和储能系统；所述充电系统用于对分闸线圈和合闸线圈提供电容电压；所述储能系统用于对电磁斥力机构提供能量。
在正常工况下，通过电磁斥力机构，就能够独立完成线路负荷的投切工作，并且可以保证在3ms内完成主支路的开合动作，相较于传统柱上负荷开关，投切速度更快；当线路故障，需要开断短路电流时，电流转移组件迅速响应，将短路电流转移至转移开断支路，无需等待电流过零，直接进行开断，保证其他负荷不受故障影响。
如图4所示，所述快速柱上开关还包括全封闭结构的主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室；
所述主支路设置于主支路机械开关隔室内；
所述转移开断支路设置于转移开断支路隔室内；
所述储能机构设置于储能机构隔室内。
采用全封闭多隔室柜体结构，转移开断支路、主支路、储能机构分别布置在单独隔室，避免户外环境影响；能够适用于各种恶劣环境，保证开关运行稳定，通过光缆编码形式传递信号，不易受外部电磁干扰，传输过程安全可靠。
具体的，所述转移开断支路隔室位于所述主支路机械开关隔室的一侧，所述储能机构隔室位于所述转移开断支路隔室的下侧与所述电磁斥力机构间隔设置，各所述隔室之间通过绝缘套管连接。
所述主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室均具有隔断故障电路电弧的功能。
采用模块化设计，主支路、转移开断支路均为单独的模块单元，整体安装维护方便；其中主支路模块可单独作为柱上开关使用，当需要开断大电流时，可通过加装转移开断支路模块进行升级改造。
所述转移开断支路上包括串联的电流转移组件和电力电子开关。
所述串联电路，能够强制电流由快速真空开关支路转移至主电力电子开关支路，机械开关支路电流过零熄弧，完成电流转移。
并联电路为三组，第一开关为三相开关，如图5所示，三相开关中的每一项分别连接三组并联电路中的主支路。
所示三相开关采用控制器同步控制，实现主支路三相同步快速分合闸，保证三相电路的一致性、同步性；整体结构紧凑，操作简单，维护方便，安全高效。
实施例2：
基于同一发明构思，本发明的电流转移组件根据连接方式不同具有串联和外置并联两种结构。
如图6所示，所述外置并联结构的原理利用机械开关电弧弧压与电力电子器件导通压降之间的压差使得机械开关中电流换流至电力电子器件回路；
所述压差可通过磁吹的方式增大燃弧弧压。
如图7所示，所述串联结构的工作原理是通过在电力电子支路耦合一个负压，使电力电子支路整体导通压降低于快速真空开关弧压，从而强制电流由快速真空开关支路转移至主电力电子开关支路，机械开关支路电流过零熄弧，完成电流转移。
如图8所示，所述电力电子开关通过开关器件、二极管桥组成整体回路，能够完成双向开断，确保无论交流电流在正半波或者负半波都能够进行开断。
实施例3：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种如图9所示的一种电流转移方法：
步骤1，当交流线路故障时，利用快速柱上开关的控制器控制第一开关断开，高压交流电路中的电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中；
步骤2，随着交流线路恢复正常时，利用快速柱上开关的控制器控制所述第一开关闭合，高压交流电路中的电流通过所述主支路。
具体的，所述电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中，包括：
所述第一开关的控制器监测第一开关上的主支路的电流，当所述第一开关上的主支路电流超过保护定值时，所述第一开关的控制器控制第一开关分闸，将主支路中电流转移至开断支路和耗能支路。
将短路电流由机械开关主支路转移至转移开断支路，将原本等待交流电流过零的时间省略，在3ms内完成开断，迅速切断异常负荷和故障线路，防止出现电压暂降问题，相较于传统柱上开关，开断速度更快，有助于系统级差配合，保护区域更加精确。
实施例4：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中对快速柱上开关进行控制。
实施例5：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM 存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中对快速柱上开关进行控制。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种快速柱上开关，其特征在于，包括：主支路、第一开关、控制器、转移开断支路和耗能支路；
所述主支路与第一开关连接后再与所述转移开断支路和所述耗能支路并联构成并联电路；
所述第一开关还与控制器连接；
所述控制器用于通过控制所述第一开关开断或闭合实现使高压交流电路中的电流通过主支路或使高压交流电路中的电流通过转移开断支路和耗能支路。
2.如权利要求1所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述第一开关包括：真空开关、电磁斥力机构和储能机构；所述电磁斥力机构分别与真空开关和储能机构连接；
所述真空开关设置在主支路上；
所述电磁斥力机构用于控制所述真空开关的断开与闭合。
3.如权利要求2所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述真空开关为双向真空开关。
4.如权利要求3所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述真空开关采用环氧材料浇注而成。
5.如权利要求2所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述电磁斥力机构包括：分闸线圈、斥力盘和合闸线圈；
所述分闸线圈与所述合闸线圈间隔设置，所述斥力盘设置于所述分闸线圈和所述合闸线圈之间，所述斥力盘的一侧与所述真空开关连接。
6.如权利要求5所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述储能机构包括：并联的充电系统和储能系统；所述充电系统用于对分闸线圈和合闸线圈提供电容电压；所述储能系统用于对电磁斥力机构提供能量。
7.如权利要求1所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述转移开断支路上包括串联的电流转移组件和电力电子开关。
8.如权利要求2所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述快速柱上开关还包括全封闭结构的主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室；
所述主支路设置于主支路机械开关隔室内；
所述转移开断支路设置于转移开断支路隔室内；
所述储能机构设置于储能机构隔室内。
9.如权利要求8所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述转移开断支路隔室位于所述主支路机械开关隔室的一侧，所述储能机构隔室位于所述转移开断支路隔室的下侧与所述电磁斥力机构间隔设置，各所述隔室之间通过绝缘套管连接；
所述主支路机械开关隔室、转移开断支路隔室和储能机构隔室均具有隔断故障电路电弧的功能。
10.如权利要求1所述的一种快速柱上开关，其特征在于，所述第一开关为三相开关，所述并联电路为三组，所述三相开关中的每一项分别连接三组并联电路中的主支路。
11.一种电流转移方法，其特征在于，利用权利要求1-10任意一项所述的快速柱上开关，实现电流转移方法，所述方法包括：
当交流线路故障时，利用快速柱上开关的控制器控制第一开关断开，高压交流电路中的电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中；
随着交流线路恢复正常时，利用快速柱上开关的控制器控制所述第一开关闭合，高压交流电路中的电流通过所述主支路。
12.如权利要求11所述的一种电流转移方法，其特征在于，所述电流从主支路转移至并联的耗能支路和电流转移支路中，包括：
所述第一开关的控制器监测第一开关上的主支路的电流，当所述第一开关上的主支路电流超过保护定值时，所述第一开关的控制器控制第一开关分闸，将主支路中电流转移至开断支路和耗能支路。
13.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，对如权利要求1至10中任一项所述的快速柱上开关进行控制。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，对如权利要求1至10中任一项所述的快速柱上开关进行控制。
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