CN116913742A - 自供电重合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自供电重合器(10)，包括：—断路器(20)；—电致动器(30)；—发电机(40)；—电容器(60)；和—杆(50)。在处于接通状态时，断路器被配置为从中压线路获取致动其可动触头以中断中压线路中的电流所需的功率。在处于断开状态时，断路器被配置为不从中压线路获取致动其可动触头以中断中压线路中的电流所需的功率。电致动器被配置为使断路器从断开状态转换为接通状态。电容器在充电后被配置为向电致动器提供使断路器从断开状态转换为接通状态所需的功率。杆被配置为由操作人员移动。杆的移动被配置为经由发电机对电容器充电。

Description

自供电重合器

技术领域

本发明涉及一种自供电重合器。

背景技术

重合器是通常额定在15至40kV之间的断路器，其被设计为用于在高架配电网上检测和中断瞬时故障。中断通常发生在真空断续器中。致动(移动重合器的相关部件以使其接通和断开)通常由电磁致动器提供。一般地，电磁致动器直接连接至真空断续器的推杆(与具有传动比不是一的连杆机构的情况不同)。在许多实际装置中，电磁致动器包含永磁体，即使在没有电力被施加至电磁致动器时，永磁体也能使重合器保持在其接通状态。然而，必须将电力施加至电磁致动器才能使重合器在接通和断开状态之间切换。在下文中，施加至致动器以使重合器接通或断开的电力被称为辅助电力，以避免与主15-40kV电路中的主电力相混淆，重合器可以经由其电路断开功能来接通或断开主15-40kV电路。

辅助电力可以通过电缆连接被提供给重合器。备选地，重合器可以被设计为自供电的，其中辅助电力可以例如经由变压器从主电路获取。然而，这意味着当重合器被首次插入电路中且处于断开状态时，主电路中可能没有电流流动，并且重合器无法获取任何的辅助电力。备选地，重合器可以在处于接通状态时插入主电路中；然而，这样操作很危险，因为这意味着通过在电路中手动插入导体来为一段中压线路供电。这样可能导致受伤以及设备损坏。

因此，自供电重合器是一种中压断路器，其从中压线路例如经由变压器获取致动重合器所需的辅助电力。然而，自供电重合器的初始调试是有挑战性的。如果在处于接通状态时将重合器在处于接通状态时插入中压线路，则将重合器插入电路中的操作者会以不受控的方式给中压网络的各段通电，这样可能导致设备损坏和/或人员伤害。另一方面，如果在处于断开状态时将重合器在其断开状态下插入电路，则中压线路中没有电流流动，无法获取辅助电力。

除电磁致动器之外，现有技术的重合器(见图1)可以通过引入弹簧驱动的机械致动器来解决该问题。重合器在处于断开状态时插入主电路。然后，操作者使用长的绝缘杆来转动安装在重合器壳体上的手柄(见图2)。手柄的第一旋转通过机械机构对弹簧组加载并将其锁定。当操作者第二次转动手柄时，相同的机构释放弹簧，并以限定的速度开始闭合(接通、进行)运动。可以从该点开始获取辅助电力，并且能够使用电磁致动器接通或断开重合器。该方法的问题在于需要机械机构，但机械机构仅在初始调试期间使用。机械机构使得成本更高。而且，制造和组装公差、温度变化、机械机构寿命周期内变化的摩擦均可能导致系统的可靠性降低。在图1和图2中，20表示断路器，30表示壳体内的电致动器，以及同样位于壳体内的弹簧驱动的机械致动器。在图1和图2中，50表示杆或手柄，或曲柄——例如能够完全旋转的杆。

提供初始辅助电力的另一种方法是使用较小的电能存储系统(例如电池或电容器)，其可以在将重合器插入中压线路之前充好电。然而，这不仅增加了成本，还增加了调试工作(操作者需要确保能量存储装置已经充好电，并且可能还需要携带充电器等)。

另一种方法包括从线电压而不是线电流获取电力，使得重合器即使是在处于断开状态时也可以获取辅助电力。然而，这要求满足具有挑战性的绝缘要求。

需要在不带来成本、复杂性和绝缘要求的提高，并且同时不降低可靠性的情况下，来解决上述问题。

发明内容

因此，具有改进的自供电重合器将是有利的。

本发明的目的是通过独立权利要求的主题来解决，其中在从属权利要求中包含了其它实施例。

在第一方面，提供了一种自供电重合器，包括：

—断路器；

—电致动器；

—发电机；

—电容器；和

—杆。

在处于接通状态时，断路器被配置为从中压线路获取致动断路器可动触头以中断中压线路中的电流所需的电力。在处于断开状态时，断路器被配置为不从中压线路获取致动断路器可动触头以中断中压线路中的电流所需的电力。电致动器被配置为使断路器从断开状态转变为接通状态。电容器在充电后被配置为向电致动器提供使断路器从断开状态转变为接通状态所需的功率。杆被配置为由操作人员移动。杆的移动被配置为经由发电机对电容器充电。

上述断路器是指，例如断路器极。

电容器可以是单个电容器，或者可以是一个或多个电容器—诸如电容器组。

在一个示例中，杆的线性移动被配置为旋转发电机的轴以经由发电机对电容器充电。

因此，由操作人员提供的机械动力经由杆(和传动装置)传递至发电机，进而转换为电力。该电力(随后在70中调节并且)被存储在(一个或多个)电容器中。

在一个示例中，杆的旋转移动被配置为旋转发电机的轴以经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，重合器包括调节电路。发电机的轴的旋转被配置为在发电机中感应AC电压。调节电路被配置为将AC电压转换为DC电压，以经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，调节电路包括半波整流电路。在一个示例中，调节电路包括全波整流电路。

在一个示例中，调节电路包括变压器和/或倍压整流电路和/或升压转换器电路。

能够设置多于一个的变压器。

在一个示例中，轴在两个方向上的旋转被配置为经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，杆经由单向连接而连接至发电机。单向连接被配置为使得电力仅当杆沿一个方向移动时被传输。

因此，单向连接允许在不转动发电机轴的情况下使杆缩回到其原始位置。

在一个示例中，重合器包括弹簧，弹簧被配置为在杆远离起始位置移动后，将该杆带回起始位置。

在一个示例中，轴包括飞轮。

飞轮能够用于例如通过增加角动量来保持轴旋转，并且在轴的单向连接中具有特定效用。然而，飞轮也可以用于在两个方向上旋转的轴。

在一个示例中，发电机的轴的旋转被配置为

在发电机中感应DC电压。

在一个示例中，调节电路包括串联连接的单个二极管。

在一个示例中，调节电路包括全波整流电路。

在一个示例中，重合器包括位于杆和发电机轴之间的传动装置。传动装置被配置为使得杆旋转第一角度导致轴旋转大于第一角度的第二角度。

因此，杆的小旋转就能够导致轴的旋转增加。

在一个示例中，发电机包括位于杆和轴之间的传动装置。传动装置被配置为使得杆旋转第一角度导致轴旋转小于第一角度的第二角度。

因此，对于可能难以旋转的轴，提供了机械优点，其中杆的大旋转导致轴的小旋转。

在一个示例中，传动装置的输出部件包括飞轮。

因此，飞轮可以用于帮助保持旋转运动。

在一个示例中，重合器包括无线控制电子器件，无线控制电子器件被配置为控制电致动器以将断路器从断开状态转换为接通状态。经充电的电容器被配置为向控制电子器件提供控制电致动器所需的功率。

在一个示例中，重合器包括至少一个传感器，传感器被配置为检测杆的位置，并且电致动器被配置为，当杆被检测到远离静止位置并且电容器的存储能量足以向电致动器提供将断路器从断开状态转换为接通状态所需的功率时，将断路器从断开状态转变为接通状态。

传感器可以是位置传感器、微动开关或者甚至是加速度计，加速度计的输出实际上被双重集成以提供距离信息。

因此，新技术利用小型、低成本的发电机来提供致动器，该致动器能够接通重合器使其成为自供电重合器，以具有接通重合器所需的电力。发电机连接至重合器壳体上的杆，该杆能够由操作者或操作人员直接握住(例如用于测试目的)来致动，或者借助于长的绝缘的杆来致动(例如当重合器插入中压线路时)。因此，操作者或操作人员能够在处于断开状态时将重合器安全地插入电路中，并且随后使用杆来旋转发电机，发电机的输出功率用于重合器的初始接通。

参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得明显并得以阐明。

附图说明

下面将参考以下附图来描述示例性实施例：

图1示出了现有技术自供电重合器的示图；

图2示出了图1的自供电重合器的安装步骤示意图，其中一旦安装在架空线路上，绝缘杆就能够由操作者或操作人员使用，以安全地转动壳体上的杆或手柄；

图3示出了一种新型自供电重合器的示图；

图4示出了图2的自供电重合器的安装步骤示意图，其中一旦安装在架空线路上，绝缘杆就能够由操作者或操作人员使用，以安全地转动壳体上的杆或手柄；

图5示出了一种新型自供电重合器示例的架构示意图；并且

图6示出了一种新型自供电重合器示例的6级倍压整流器示意图。

具体实施方式

图3至图6涉及一种新型自供电重合器10。自供电重合器10包括断路器20、电致动器30、发电机40、电容器60和杆50。在处于接通状态时，断路器被配置为从中压线路获取致动断路器可动触头以中断中压线路中的电流所需的电力。在处于断开状态时，断路器被配置为不从中压线路获取致动断路器可动触头以中断中压线路中的电流所需的电力。电致动器被配置为使断路器从断开状态转变为接通状态。电容器在充电后被配置为向电致动器提供使断路器从断开状态转变为接通状态所需的功率。杆被配置为由操作人员移动。杆的移动被配置为经由发电机对电容器充电。

根据一个示例，杆的线性移动被配置为旋转发电机的轴以经由发电机对电容器充电。

根据一个示例，杆的旋转移动被配置为旋转发电机的轴以经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，杆的线性移动被配置为线性地移动发电机的轴，以经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，杆的旋转移动被配置为线性地移动发电机的轴，以经由发电机对电容器充电。

根据一个示例，重合器包括调节电路70。发电机的轴的旋转被配置为在发电机中感应AC电压。调节电路被配置为将AC电压转换为DC电压，以经由发电机对电容器充电。

在一个示例中，重合器包括调节电路70。发电机的轴的线性移动被配置为在发电机中感应AC电压。调节电路被配置为将AC电压转换为DC电压，以经由发电机对电容器充电。

因此，由操作人员提供的机械动力经由杆(和传动装置)传递至发电机，进而转换为电力。该电力(可以随后在70中调节并且)被存储在(一个或多个)电容器中。

根据一个示例，调节电路包括半波整流电路。

根据一个示例，调节电路包括全波整流电路。

根据一个示例，调节电路包括变压器和/或倍压整流电路和/或升压转换器电路。

根据一个示例，轴在两个方向上的旋转被配置为经由发电机对电容器充电。

根据一个示例，杆经由单向连接而被连接至发电机。单向连接被配置为使得电力仅当杆沿一个方向移动时被传输。

在一个示例中，发电机包括线性移动轴。为了使轴回复到其初始位置，使用复位弹簧。

因此，例如，在杆的移动的仅一个方向被耦接至发电机轴的情况下，使用单向轴承。换句话说，可以在杆和发电机轴之间形成单向机械连接。

根据一个示例，重合器包括弹簧，弹簧被配置为在杆远离起始位置移动后，将杆带回起始位置。

根据一个示例，轴包括飞轮。

根据一个示例，发电机的轴的旋转被配置为在发电机中感应DC电压。

根据一个示例，调节电路包括串联连接的单个二极管。

根据一个示例，调节电路包括全波整流电路。

根据一个示例，发电机包括位于杆和轴之间的传动装置80。传动装置被配置为使得杆旋转第一角度导致轴旋转大于第一角度的第二角度。

根据一个示例，重合器包括无线控制电子器件90，无线控制电子器件90被配置为控制电致动器以将断路器从断开状态转变为接通状态。经充电的电容器被配置为向控制电子器件提供控制电致动器所需的功率。

根据一个示例，重合器包括至少一个传感器，传感器被配置为检测杆的位置。电致动器被配置为当杆被检测到远离静止位置并且电容器的存储能量足以向电致动器提供将断路器从断开状态转变为接通状态所需的功率时，将断路器从断开状态转变为接通状态。

现在将具体详细地描述新型自供电重合器10，其中再次参考图3至图6。

图3示出了新型自供电重合器10，图4示出了新型自供电重合器的安装步骤。在图3至图4中，20表示断路器，30表示壳体内的电致动器，40表示同样位于壳体内的发电机，50表示杆或手柄。

如操作者或操作人员所看到的，新型自供电重合器的调试与现有技术重合器的调试基本相同。然而，此时手柄连接至小型发电机。当手柄旋转时，发电机将该运动转换为电力。该电力对DC链路电容器充电，DC链路电容器是电磁致动器的驱动电路的一部分。当电容器充电至足够的电压电平时，电磁致动器可以接通重合器，实际上将断路器置于能够终端电流的接通状态，并使中断的电流再次闭合其触头，以恢复为非中断状态。

因此，在新型自供电重合器中，引入了小型发电机，发电机的轴经由简单机构连接至壳体上的手柄，从而旋转杆会使得发电机的轴旋转(发电机的轴也可以线性移动，并且杆的旋转或线性移动能够使轴旋转或线性移动)。可以使用具有永磁体的发电机，因为这种发电机不需要任何电力即可操作，并且可以在移动的轴上直接感应电压。发电机产生的电力对DC电容器充电，DC电容器是电磁致动器的驱动电路的一部分。一旦电容器中存储了足够的能量，驱动电路就将所存储的能量施加至致动器并开始接通。

图5示出了新型自供电重合器10的简化框图。在图5中，附图标记表示如下：

20—断路器极或断路器

30—电致动器

40—发电机

50—手柄或杆

60—电容器

70—调节电路

80—传动装置

90—致动器控制单元或无线控制电子器件

下面描述新型自供电重合器的不同实施方式(实施例)。从这些示例中可以清楚地看出，并非图5所示的所有块都是必需的，并且也可以使用图5中未示出的一些额外的块。

线性发电机和旋转发电机都可以使用，然而，旋转设计可以更简单地实现，并且下面描述的所有示例均涉及旋转发电机。然而，如本领域操作人员将理解的，这些示例中的大多数也可以应用于线性发电机。

实现发电机的一种方式是将一个或多个永磁体安装在由手柄致动的旋转轴的外径向面上。(一个或多个)永磁体可以沿圆周方向覆盖整个轴或仅是轴的一部分。在使用多个永磁体的情况下，永磁体沿圆周方向以交替磁极(北极N或南极S)布置。为了完整起见，交替磁极可以是例如NSNSNS……，但也可以是例如NNSSNNSS……或NNNSSNS……，换句话说，只要某些地方存在交替磁极，发电机就能工作。一个或多个线圈(优选由绝缘铜线制成)以小(0.1mm至1mm)气隙径向地布置在永磁体的外侧。如果需要，也可以在该范围之外改变。(一个或多个)线圈优选缠绕在铁磁芯上，铁磁芯优选由沿轴向方向堆叠的绝缘片材制成。(一个或多个)线圈可以覆盖整个轴的圆周或轴的圆周的一部分。

在这种布置下，当手柄转动轴时，固定安装在轴上的(一个或多个)永磁体也旋转，并且由(一个或多个)线圈链接的磁通量随时间变化。从而产生线圈中的感应电压。感应电压是AC电压，并且被转换为DC电压(整流)以对电容器充电。这通过图5所示的调节电路完成。一种方法是将单个二极管与各线圈串联连接(半波整流)。备选地，如在公知的全波整流电路中那样，每个线圈可以使用四个二极管。例如，如果线圈被布置为形成星形或三角形连接的三个相，则总共使用六个二极管就足以实现整流。

实现发电机的另一种方式是将铁磁芯固定地安装在轴上，铁磁芯在径向方向上的磁阻在圆周方向上变化。换句话说，上述永磁体的交替磁极由安装在轴上的铁磁芯的变化磁阻代替。在这种布置下，一个或多个永磁体与一个或多个线圈一起固定地安装在径向外侧。(一个或多个)线圈优选缠绕在铁磁芯上，铁磁芯优选由沿轴向方向堆叠的绝缘片材制成。安装在轴上的铁磁芯也可以由沿轴向方向堆叠的绝缘片材制成。在这种布置下，当手柄转动轴和安装在轴上的铁磁芯时，由线圈链接的磁通量随时间变化。从而产生线圈中的感应电压。感应电压是AC电压，并且被转换为DC电压(整流)以对电容器充电。这通过图5所示的调节电路完成。一种方法是将单个二极管与各线圈串联连接(半波整流)。备选地，如在公知的全波整流电路中那样，每个线圈可以使用四个二极管。例如，如果线圈被布置为形成星形或三角形连接的三个相，则总共使用六个二极管就足以实现整流。

在这种布置下，感应电压的频率和幅度均取决于轴速度。在一个示例中，轴直接连接至手柄，并且其速度受限于操作者可以合理施加的力。在发电机电压不足以将电容器充电至所需电压电平的情况下，调节电路则也可以具有升压功能。这可以通过使用(一个或多个)变压器和/或倍压整流器(如果使用三相发电机，则其可以例如是三相倍压整流器)来实现。此类电路的一个六级示例在图6中示出了，图6示出了6级倍压整流器。

备选地，可以使用诸如无刷DC马达或永磁同步马达的现有AC电机作为发电机。在这种情况下，发电机的轴可以直接通过手柄旋转。相同的考虑同样适用于如上所述的调节电路。

迄今为止所考虑的发电机可以称为AC发电机，因为即使轴沿同一方向连续旋转，发电机也生成AC电压。这意味着调节电路必须具有整流功能。一旦在发电机和电容器之间设置整流器，轴的方向就变得不相关。这在实践中是重要的，因为手柄可以具有有限行程，如90度的机械角度。利用AC发电机和具有整流功能的调节电路，并且在手柄双向连接至发电机轴(力被传递，与运动方向无关)的情况下，操作者上下移动手柄都将产生电力。

备选地，可以考虑在手柄和轴之间设置单向连接，例如通过使用单向轴承。在这种情况下，操作者的力在手柄向上或向下运动期间被传递至发电机。弹簧可以用于将手柄带至其起始位置，以帮助手柄位置复位。在这种情况下，可以在轴上添加飞轮，以提供发电机轴的连续运动，并提供连续发电以对电容器充电。

为了提高发电机轴的速度，可以在手柄和发电机轴之间添加齿轮箱或其它类型的机械传动装置(例如带、链)。传动比优选是固定的，例如在1:50至1:300之间。可以使用不同的传动比。

作为目前提到的AC发电机的替代，也可以通过使用永磁有刷DC马达来实现DC发电机。在此类电机中，感应电压是幅度与速度成比例的DC。因此，轴速度必须足以产生对电容器充电所需的电压电平。备选地，调节电路可以再次具有升压功能，但对DC电压进行升压需要更复杂的解决方案，诸如升压转换器电路。可以利用该升压功能，但是由于其复杂性，该升压功能可能不是首选实施例。如上文所述，也可以使用机械齿轮来提高发电机的轴速度，并进而增加电压输出。

然后，DC发电机可以利用串联连接的单个二极管，以避免在发电机不再移动时导致电容器放电。备选地，可以使用四二极管全波整流器，从而允许发电机对电容器充电，无论运动方向如何。

新型自供电重合器可以具有无线连接功能，从而允许无线控制接通和断开操作。

新型自供电重合器可以被布置为使得一旦电容器能量充足，控制电子器件就随时准备接受这样的无线命令。换句话说，包括初始接通的所有操作者命令切换动作均可以无线地控制。

备选地，新型自供电重合器可以布置有位置传感器，如微动开关，以检测诸如手柄(或者甚至是输出被集成的加速度计)的移动部件的位置。驱动电子器件可以被布置为如果检测到手柄远离其静止位置，并且电容器储存有足够的能量，则启动切换操作。

虽然在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本发明，但这些说明和描述应被视为说明性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。在实现所要求保护的发明的过程中，通过学习附图、公开内容及所附权利要求，本领域操作人员能够理解和实现所公开实施例的其它变型。

Claims (15)

1.一种自供电重合器(10)，包括：

—断路器(20)；

—电致动器(30)；

—发电机(40)；

—电容器(60)；和

—杆(50)；

其中在处于接通状态时，所述断路器被配置为从中压线路获取致动所述断路器的可动触头以中断所述中压线路中的电流所需的功率；

其中在处于断开状态时，所述断路器被配置为不从所述中压线路获取致动所述断路器的可动触头以中断所述中压线路中的电流所需的功率；

其中所述电致动器被配置为使所述断路器从所述断开状态转换为所述接通状态；

其中所述电容器在充电后被配置为向所述电致动器提供将所述断路器从所述断开状态转换到所述接通状态所需的功率；

其中所述杆被配置为由操作人员移动；并且

其中所述杆的移动被配置为经由所述发电机对所述电容器充电。

2.根据权利要求1所述的重合器，其中所述杆的线性移动被配置为旋转所述发电机的轴以经由所述发电机对所述电容器充电。

3.根据权利要求1所述的重合器，其中所述杆的旋转移动被配置为旋转所述发电机的轴以经由所述发电机对所述电容器充电。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的重合器，其中所述重合器包括调节电路(70)，其中所述发电机的轴的旋转被配置为在所述发电机中感应AC电压，并且其中所述调节电路被配置为将所述AC电压转换为DC电压以经由所述发电机对所述电容器充电。

5.根据权利要求4所述的重合器，其中所述调节电路包括半波整流电路。

6.根据权利要求4所述的重合器，其中所述调节电路包括全波整流电路。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的重合器，其中所述调节电路包括变压器和/或倍压整流电路和/或升压转换器电路。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的重合器，其中所述轴在两个方向上的旋转被配置为经由所述发电机对所述电容器充电。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的重合器，其中所述杆经由单向连接而被连接至所述发电机，

并且其中所述单向连接被配置为使得功率仅当所述杆沿一个方向移动时才被传输。

10.根据权利要求9所述的重合器，其中所述重合器包括弹簧，所述弹簧被配置为在所述杆远离起始位置移动后，将所述杆带回所述起始位置。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的重合器，其中所述轴包括飞轮。

12.根据权利要求2至3中任一项所述的重合器，其中所述发电机的轴的旋转被配置为在所述发电机中感应DC电压。

13.根据权利要求12所述的重合器，其中所述调节电路包括串联连接的单个二极管；或者其中所述调节电路包括全波整流电路。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的重合器，其中所述发电机包括在所述杆和所述轴之间的传动装置(80)，其中所述传动装置被配置为使得所述杆以第一角度的旋转引起所述轴以大于所述第一角度的第二角度的旋转。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的重合器，其中所述重合器包括无线控制电子器件(90)，所述无线控制电子器件(90)被配置为控制所述电致动器以将所述断路器从所述断开状态转换为所述接通状态，并且其中经充电的所述电容器被配置为向所述控制电子器件提供控制所述电致动器所需的功率；或者其中所述重合器包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为检测所述杆的位置，并且所述电致动器被配置为当所述杆被检测到远离静止位置并且所述电容器的存储能量足以向所述电致动器提供将所述断路器从所述断开状态转换为所述接通状态所需的功率时，将所述断路器从所述断开状态转换为所述接通状态。