CN1213527C - 气体绝缘开关装置 - Google Patents

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Abstract

一种高中压气体绝缘开关装置，包括了一个外壳，该外壳包含：至少一个切断单元，具有可互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到移动触点的第一驱动装置；至少一个电连接到切断单元的断开单元，具有可互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到移动触点的第二驱动装置；其中，至少一个所述的驱动装置包括一个带定位控制的马达。

Description

气体绝缘开关装置
本发明涉及高中压气体绝缘开关装置，即电压高于1000V。本发明的装置包括实现切断和断开两种操作的非常简单而有效的系统。
由现有技术可知，在高中压气体绝缘开关装置中，进行切断和断开的两种电操作通过移动一个移动触点完成。这由驱动系统执行电操作来完成。
为了进行切断和断开操作，在传统的气体绝缘系统中最经常使用的驱动装置是机械或液压型。
机械型驱动装置通常要求将移动传递给移动触点的复杂的传动系统以及复杂的调节过程，因为移动触点的移动规则仅由所涉及的构造元件的机械特性确定，而不能由使用者改变，它是在设计阶段进行设定。
由于存在复杂的传动链，响应时间相对较长。为了缩短响应时间，需要提供比所需更多的能量来移动单个可动机械元件。
而且，所述的移动规则由于单个元件的磨损而随时变化，从而导致性能降低，由此为了保持驱动系统的正常性能，需要进行大量的维护工作。
液压型驱动装置部分解决了这些问题，但由于存在流体，会产生几个缺点，且所述的流体大部分对温度变化敏感。
为了进行电操作，一些传统的气体绝缘装置使用包括由操作者手动驱动的电动马达的驱动和控制系统。
由于缺乏对所移动的机械元件的移动规则的控制，尽管完成这些任务，但这些驱动和控制系统的特征类似于前面提到的系统。
由于缺乏对移动规则的控制，在切断操作期间和断开操作期间都要求有行程限制装置以限制移动触点的移动，并要求有冲击吸收器或阻尼器以消耗操作结束时的残余动能。
由于缺乏对移动规则的控制，移动触点本身的定位不精确且可能由于电操作的影响导致机械部分的较早磨损。
在切断和断开操作期间缺乏对移动规则的控制，使它们难于精确地配合，这就需要几次调整，从而大量增加完成操作所需的时间。
还有一些缺点也是由驱动装置的动态特性、特别是在切断操作期间的动态特性所造成的。
本发明的目标是提供高中压气体绝缘开关装置，其中根据移动的预定规则进行切断和/或断开元件的移动触点的驱动。
在此目标范围之内，本发明的一个目的是提供一种减少机械复杂度的高中压气体绝缘开关装置。
本发明的另一目的是提供高中压气体绝缘开关装置，其中相对于已知的装置以较短时间执行切断和断开操作。
本发明的另一目的是提供高中压气体绝缘开关装置，其中切断和/或断开操作的重复性得到保证，有选择地对由老化和磨损造成的变化进行校正。
本发明的另一目的是提供紧凑且尺寸减小的高中压气体绝缘开关装置。
本发明的另一目的是提供可靠性高、相对容易制造且具有有竞争力的成本的高中压气体绝缘开关装置。
通过以下高中压气体绝缘开关装置达到此目标、这些及其它目的，开关装置的特征在于，它包括一个外壳，该外壳包含：
至少一个切断单元，具有可以互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到移动触点的第一驱动装置；
至少一个电连接到切断单元的断开单元，所述断开单元具有可以互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到移动触点的第二驱动装置；
并且至少一个所述驱动装置包括一个具有定位控制的马达。
定位控制马达的使用主要是能够在电操作期间精确应用预设的移动规则。
移动触点的移动规则的控制可以保证操作的精确性和可重复性以及缩短执行时间。
定位控制马达的使用可以简化本发明装置的整体机械结构，减小尺寸，增加系统可靠性。
根据本发明的装置可以是相分离型或相联合型、以及单极或三极驱动型。
从只通过附图中非限制性示例描述的本发明的高中压气体绝缘开关装置的优选但非唯一的实施例的说明，本发明的其它的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是用于单杆系统的根据本发明的高中压气体绝缘开关装置的一个实施例的视图；
图2是用于双杆系统的根据本发明的高中压气体绝缘开关装置的一个实施例的视图；
图3是能用图2的装置执行的断开操作的电路图；
图4是图2中装置使用的用于断开操作的驱动装置的实施例的示意图；
图5是图2中装置使用的用于断开操作的驱动装置的另一个实施例的示意图；
图6是图2中装置使用的用于切断操作的驱动装置的示意图；
图7是用单个驱动装置执行切断操作的多极气体绝缘开关装置的示意图；
图8是图7气体绝缘装置中使用的驱动系统一个实施例的示意图；
图9a-9e是能用图8的驱动系统执行的断开操作的示意图；
图10是图7气体绝缘装置中使用的驱动系统另一个实施例的示意图；
图11a-11e是可以用图10驱动系统执行的断开操作的示意图；
图12是图7气体绝缘装置中使用的驱动系统的另外一个实施例的示意图；
图13是图12沿AA’面的截面图；
图14是图13沿BB’面的截面图；
图15是图13沿CC’面的截面图；
图16a-16e是可以用图12驱动系统执行的断开操作的示意图；
在下面说明中，同一参考数字在技术上指等效的元件。
参考图1，根据本发明的高中压气体绝缘开关装置包括容纳有切断单元7和断开单元24的气体绝缘外壳4。第一套管2和第二套管33在结构上连接到外壳4并分别罩住第一电端子73和第二电端子71；可通过隔离件5保证密封。如示意图图示，主电力线1通过端子73连接到装置的输入端，通过端子71连接到装置输出端。变压器3设置在套管2的底部，以便测量输入到切断单元7的线电流。
切断单元7通过连接件22电连接到端子73，并包括可以互相耦合的移动触点9和固定触点10，移动触点9可操作地连接到驱动装置，特别是连接到依次可操作地连接于驱动和控制系统15的导向杆6。
在图1的实施例中，驱动和控制系统15由带定位控制的旋转马达构成，例如由带定位传感器的马达构成。优选地，使用带定位传感器的旋转伺服马达。使用伺服马达可以对移动触点的移动规则进行精确控制并以减少的传递次数获得大功率。另外，对于相同的功率等级，可以以两个独立参数(转矩和/或速度)起作用，使得在设计阶段具有更大的灵活性。
利用能够将驱动轴14的旋转移动转换为移动触点9平移移动的运动副对马达15与移动触点9之间进行连接。如图1所示，在优选实施例中，运动副包括刚性地连接到与伺服马达相连的轴14上的曲柄13，以及连接于曲柄13和移动触点9的导向杆6的连杆12。
在打开操作期间，伺服马达15以箭头16方向转动轴14，使连杆12移动并由此使导向杆6以箭头17方向移动。因此，由导向杆6导向的移动触点9从固定触点10分离。在关闭操作期间，伺服马达15以箭头18方向驱动轴14，由此使移动触点9在箭头19方向产生移动。
优选地，连杆12，导向杆6，移动触点9以及固定触点10被布置在由绝缘材料如强化玻璃纤维塑料制成的单元7的腔室70内，并相对于外壳4的其余容积被密封。腔室70由磁场屏蔽20和21包围，并可以箭头17的方向相对于该装置的其余部分抽出。如果部件遭受最大程度磨损、即移动触点9和固定触点10损坏，这种解决方案允许完全替换单元7，大大简化装置的维护，因此这种解决方案是优越的。
另外，如果切断单元7被密封，气体绝缘装置在未被单元7占据的容积中填充绝缘气体(如氮和六氟化硫的混合气体或纯氮或空气)以及在腔室70内填充具有高灭弧能力的气体(如六氟化硫)。在这种方式中，可以优选使用介电流体并减少环境影响；事实上，环境影响严重的介电流体仅在需要高灭弧能力的密封的切断单元中使用。
参考图6，说明用于驱动切断单元7内的移动触点9的驱动装置的另一个实施例。伺服马达(未示出)通过包括小齿轮100的运动副可操作地耦连到移动触点9，小齿轮100固定在驱动轴14的输出端。小齿轮100耦连到齿条101，而齿条101刚性地连接到移动触点9的导向杆6，因此将伺服马达轴的旋转移动转换成移动触点9的平移移动。如在前面描述的连杆-曲柄系统的情况中，固定触点10，移动触点9，驱动杆6，小齿轮100以及齿条101可包含在相对于外壳4的其余容积被密封的腔室70内。固定触点10电连接到断开单元24；绝缘隔离件25被定位在单元7和24之间；利用隔离件34，断开单元24可从套管33分离。在套管33底部，有一台用于测量开关装置输出中的电流的互感器35。
断开单元24包括处于地电位的第一固定触点26，连接到端子71的第二固定触点32，以及通过齿条系统28导向的移动触点27，齿条系统又由电动马达29驱动。优越性在于，电动马达29也是定位控制马达，最好是伺服马达，将伺服马达29的轴的旋转运动转换为移动触点的平移运动的运动副由齿条系统28构成。
在接地断开操作期间，伺服马达29将移动触点27向固定触点26移动，将端子73连接到具有地电位的外壳4。
在套管33侧断开操作期间，伺服马达29将移动触点27向连接到套管33的固定触点32移动。
参考图2，说明根据本发明的用于双杆系统的气体绝缘装置的另一个实施例。
根据本实施例，开关装置包括容纳有切断单元7和断开单元24的外壳4；第一套管51、第二套管52和第三套管53在结构上连接到外壳4并套有第一电气端子73、第二电气端子71和第三电气端子72。例如，端子71可以主电力线1连接到装置的输入端，端子72和73可以电力线1连接到装置的输出端。
断开单元24包括旋转轴62，最好是由如图1所示的驱动和控制系统61驱动的凸轮轴62，该驱动和控制系统61最好是由伺服马达61构造的控制系统。凸轮轴62执行连接于切断单元7之固定触点10的导体54的断开操作，将其从固定触点55、56、57断开，该固定触点55、56、57分别连接到例如外壳4的地电位点、套管52的端子71和套管53的端子72。
利用由弹簧和活塞构成的系统59来移动连接到凸轮轴62的移动触点58，65和64，从而产生断开。参考打开和闭合断开触点58的操作，在闭合情况下，电流从导体54流到包围凸轮轴62的封罩63。电流从封罩63流到移动触点58，然后流到对应的连接于端子71的固定触点56。在打开操作期间，移动触点58由凸轮轴62驱动从固定触点56脱开，切断电气连接。对于打开和闭合，对移动触点64和65进行同样的操作。
显而易见，包括凸轮轴62和系统59的驱动装置也可用于图1的装置中。
参考图3示意性地显示了可能的断开操作。
从电气上看，单元24可由能够从切断单元7的输出端导体54分别连接到输出端71、72和地电位外壳4的三个触点70，71，72表示。
通过适当移动凸轮轴62可获得的构造是：
a)触点58闭合，触点65和64打开；
b)触点65闭合，触点58和64打开；
c)触点64闭合，触点65和58打开；
d)触点58和65闭合，触点64打开。
因此，图2的实施例特别有优势，由于利用伺服马达的定位控制，即使是多个端子，也可简单地通过旋转凸轮轴62来执行断开。
由于对移动触点移动规则的控制以及对由伺服马达完成的驱动轴角度定位控制规则的控制，断开操作可在执行时间上和所需耗能上得到优化。
参考图4说明在断开腔室24内部驱动图2所示移动触点58、65和64的驱动装置的另一个实施例。
移动触点58通过连接杆81连接到曲柄82，曲柄82连接到由伺服马达61驱动的驱动轴83。在断开单元的闭合操作期间，驱动轴83将曲柄82从位置85转动到位置86，以箭头87方向移动移动触点58。
在断开单元打开操作期间，驱动轴83以相反方向转动曲柄86，使移动触点58以箭头88方向移动。由连杆-曲柄系统构造的运动副可被布置在类似于图2所示封罩63的导电封罩内侧。
对于打开和闭合，对于移动触点64和65执行同样的操作。根据本实施例，为了保证图3所示的所有可能的打开操作的措施，驱动轴83有一套类似于上述参照移动触点58的运动副的三连杆-曲柄运动副，这种运动副相对于轴83的主轴线以不同的相对角度分布。
参考图5说明在断开腔室24内部驱动图2所示移动触点58、65和64的运动副的另一个实施例。
偏心元件92连接到主驱动轴91，主驱动轴91被连接到伺服马达61。移动触点58的驱动杆90连接到连接杆93，连接杆93通过卷轴94被连接到偏心元件92，该卷轴可在偏心元件92边缘最近处形成的槽95中自由滑动。在切断单元的打开操作期间，伺服马达97使驱动轴91以箭头96方向转动。由于有卷轴94和偏心元件92，轴91的旋转移动被转换成导向杆90沿箭头97方向的平移移动。同样，通过以箭头98方向移动轴91，可以使导向杆90产生平移移动，因此移动触点58以箭头99方向产生平移移动。
如图4中所述的实施例，为了能够执行图3中所述的所有断开操作，驱动轴91有一套根据待驱动的移动触点相对于驱动轴以适当角度位置分布的三个偏心元件。
根据未在图中示出的另一实施例，图2中移动触点58，64和65可由以适当角度与由伺服马达驱动的轴楔合的叶片提供。通过适当转动伺服马达的轴，可以完成图3所述的操作。
根据本发明的装置特别适合于实现多极开关装置，例如对于多相输电线的连接。特别地，具有三极断开驱动装置的气体绝缘开关装置，其对于所有极的断开操作使用单个驱动和控制系统，现在参考图7给予示意性说明。所述装置包括单个伺服马达124，该伺服马达耦连到移动触点，该移动触点通过单个驱动轴123并采用适当的运动副执行电极120，121和122的断开操作，下面将说明一些实施例。
同样，伺服马达可通过单传输轴耦连到在电极120，121和122中执行切断操作的移动触点；另外，伺服马达可用于如上所述的每个切断单元。
通过利用最好包括伺服马达的驱动和控制系统，能够以更短的时间和可控方式完成所有操作。
参考图8来说明用于图7所示装置中的断开操作的驱动装置的实施例。
对于每一个单独的极，驱动轴123连接到凸轮130。伺服马达转动了用以驱动凸轮130的驱动轴123，使它通过一个可控制的角度并以相当的精度完成角度移动。在操作的不同步骤，电流从滑动触点131(连接到来自切断单元的导体54)流到由导电层111覆盖的凸轮130，并由此流到移动触点58，65，64中的一个或多个，该移动触点耦连到分别连接于端子71，72和外壳4的固定触点56，57，55。利用由例如与触点本身相连的弹簧-活塞构成的系统135通过凸轮130可以移动每个移动触点。
参考图9a-9e，说明断开操作的可能步骤。为简便起见，参考数字136，137和138分别表示电气触点对58-56，65-57和64-55。通过如以箭头139方向驱动凸轮130，断开操作的步骤是：
1)触点136闭合，触点137和138打开(图9a)
2)触点136和137闭合，触点138打开(图9b)
3)触点137闭合，触点136和138打开(图9c)
4)触点136，37和138打开(图9d)
5)触点138闭合，触点137和136打开(图9e)
根据要求通过适当驱动轴123可以改变操作步骤的顺序。
这种解决方案具有特别的优点，因为它可以用单个伺服马达完成气体绝缘装置所有极中的断开操作。这样可以大大地减小体积。
用于图7中装置的断开操作的驱动装置的另一个实施例参考图10来说明。
对于每个极，驱动轴123耦连于小齿轮145，小齿轮145又连接到齿条140。齿条140刚性连接到其表面上设有凸轮142的滑动件141。滑动件141和凸轮142用导体层镀覆。以这种方式，电流从连接到来自切断腔室的导体54的滑动触点143流到移动触点58，65和64中的一个或多个。每个移动触点设有弹簧-活塞系统以保证触点与凸轮142之间的耦连。向气体绝缘装置的外壳提供连接的触点64以箭头146方向水平布置。这样可大大减小体积。
参考图11a-11e，说明断开操作的可能步骤。为简便起见，参考数字136，137和138分别表示电气触点对58-56，65-57和64-55。通过以图10中箭头148所指方向转动驱动轴，使滑动件以箭头146方向连续移动，断开操作的步骤是：
1)触点136闭合，触点137和138打开(图11a)
2)触点136和137闭合，触点138打开(图11b)
3)触点137闭合，触点136和138打开(图11c)
4)触点136，37和138打开(图11d)
5)触点138闭合，触点137和136打开(图11e)
根据要求通过适当驱动轴123可以改变操作步骤的顺序。
用于图7中装置的断开操作的驱动装置的另一个实施例参考图12，13，14和15来说明。
参考图12-15，对于装置的每个极，驱动轴123连接到锥齿轮150，锥齿轮150连接到通过副轴157刚性地连接到盘152的另一个锥齿轮151。在盘152的表面形成凸轮156。驱动轴123的例如沿箭头157方向的转动通过锥齿轮150和151的啮合使盘152以箭头158方向转动。由此，凸轮156转动，移动了移动触点58，65和64。由于移动触点设有弹簧和活塞系统，使它们与相对应的分别连接到端子71，72和外壳4的固定触点56，57和55接触。电流从连接到切断单元7的导体54通过滑动触点利用凸轮156和导电层153流向移动触点58，65和64。移动触点相对于盘152的旋转轴以水平位置布置。这种解决方案可以进一步减小由于移动触点的布置引起的大体积。
参考图16a-16e，说明断开操作的可能步骤。为简便起见，参考数字136，137和138分别表示电气触点对58-56，65-57和64-55。通过例如在箭头257方向转动驱动轴，断开操作的步骤是：
1)触点136闭合，触点137和138打开(图16a)
2)触点136和137闭合，触点138打开(图16b)
3)触点137闭合，触点136和138打开(图16c)
4)触点136，37和138打开(图16d)
5)触点138闭合，触点137和136打开(图16e)
根据要求通过适当驱动轴123可以改变操作步骤的顺序。
显而易见，参考图7三极装置描述的驱动装置的各种实施例可以等效的方式用于图1和2的装置中。
根据本发明的装置特别适用于变电站。由此，本发明也涉及特征在于包括根据本发明的开关装置的高中压配电和输电变电站。
因此，所构想的气体绝缘开关装置容许修改和变化，所有的这些修改和变化都在本发明的范围之内，所有细节可进一步由其它技术等同物替代。实际上，根据需要和本领域状态，只要符合具体的用途，材料以及单个元件可以是任意的。

Claims (18)

1.一种高中压气体绝缘开关装置，其特征在于，它包括一个外壳(4)，该外壳包含：
至少一个切断单元(7)，具有可互相耦合的至少一个固定触点(10)和一个移动触点(9)，以及可操作地连接到移动触点(9)的第一驱动装置；
至少一个电连接到切断单元(7)的断开单元(24)，所述断开单元(24)具有可互相耦合的至少一个固定触点(32)和一个移动触点(27)，以及可操作地连接到移动触点的第二驱动装置；
其中至少一个所述的驱动装置包括一个带定位控制的马达。
2.根据权利要求1的开关装置，其特征在于，所述第一驱动装置包括带定位控制的马达(15)。
3.根据权利要求1的开关装置，其特征在于，所述第二驱动装置包括带定位控制的马达(29，61)。
4.根据权利要求2的开关装置，其特征在于，所述的带定位控制的马达(15)是利用运动副可操作地连接到切断单元(7)的移动触点(9)的旋转伺服马达，所述运动副将伺服马达的轴(14)的旋转运动转换为移动触点(9)的平移运动。
5.根据权利要求4的开关装置，其特征在于，所述运动副包括刚性地连接到主驱动轴(14)的曲柄(13)，以及连接到曲柄(13)和移动触点(9)之导向杆(6)的连杆(12)，所述主驱动轴连接到伺服马达。
6.根据权利要求4的开关装置，其特征在于，所述运动副包括耦连到主驱动轴(14)的小齿轮(100)，以及耦连到小齿轮(100)和移动触点(9)之导向杆(6)的齿条(101)，所述主驱动轴连接到伺服马达。
7.根据权利要求3的开关装置，其特征在于，所述带定位控制的马达(29，61)是利用运动副可操作地连接到断开单元(24)的移动触点的旋转伺服马达，所述运动副将伺服马达的轴的旋转运动转换为移动触点(27)的平移运动。
8.根据权利要求7的开关装置，其特征在于，所述运动副包括连接到所述伺服马达(61)的轴的凸轮轴(62)，所述凸轮轴(62)的每个凸轮利用与其相连的弹簧耦连到移动触点(58，64，65)。
9.根据权利要求7的开关装置，其特征在于，所述运动副包括刚性地耦连到连接于伺服马达(61)的主驱动轴(83)的曲柄(82)，以及连接到曲柄(82)和移动触点(58)之导向杆的连杆(81)。
10.根据权利要求7的开关装置，其特征在于，所述运动副包括至少一个刚性地耦连到连接于伺服马达(61)的主驱动轴(91)的偏心元件(92)，以及连接到所述偏心元件(92)和移动触点(58)之导向杆(90)的连杆(93)。
11.根据权利要求3的开关装置，其特征在于，所述带定位控制的马达(29)是利用齿条系统(28)可操作地连接到断开单元(24)之移动触点(27)的旋转伺服马达。
12.根据权利要求1的开关装置，其特征在于，切断单元(7)包括密封的外壳(4)，所述切断单元(7)相对于开关装置的其余部分可被抽出。
13.一种多极气体绝缘开关装置，其特征在于，包括至少一个容纳外壳，其内部对于各极(120，121，122)设置有：
至少一个切断单元(7)，具有可互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到所述移动触点的第一驱动装置；
至少一个电连接到切断单元的断开单元(24)，所述断开单元具有可互相耦合的至少一个固定触点和一个移动触点，以及可操作地连接到所述移动触点的第二驱动装置；
其中断开单元的驱动装置包括带定位控制的单个马达(124)。
14.根据权利要求13的多极气体绝缘开关装置，其特征在于，所述带定位控制的马达(124)是旋转伺服马达。
15.根据权利要求14的多极气体绝缘开关装置，其特征在于，所述伺服马达(124)利用凸轮(130)和耦连于凸轮(124)与移动触点(58，64，65)的弹簧可操作地连接到断开单元(24)的移动触点，该凸轮(130)楔合于伺服马达(124)的主驱动轴(123)。
16.根据权利要求14的多极气体绝缘开关装置，其特征在于，所述伺服马达(124)利用连接到由伺服马达(124)驱动的轴(123)的小齿轮(145)可操作地连接到断开单元(24)的移动触点，所述小齿轮(145)可啮合到连接于滑动件(141)的齿条(140)，该滑动件包括利用弹簧-活塞系统耦连到至少一个移动触点的凸轮(142)。
17.根据权利要求14的多极气体绝缘开关装置，其特征在于，所述伺服马达(124)利用楔合到伺服马达(124)之主驱动轴(123)的第一齿轮(150)和连接于第一齿轮(150)与盘(152)的第二齿轮(151)可操作地连接到断开单元的移动触点，该盘(152)包括利用弹簧-活塞系统至少耦连到一个移动触点的凸轮(156)。
18.一种高压和/或中压的配电和输电变电站，其特征在于，包括一个根据权利要求1所述的开关装置。
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