CN1332465A - 一种光控模块式高压真空开关技术 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力高压开关领域,其特征是用光控真空开关模块串联组成高压真空开关,单元模块用真空灭弧室完成接通与分断,其动导电杆直接与操动机构相连,用感应电源线圈从负载电流中提取能量为蓄电池充电,由光电器件控制该蓄电池为机构供电,各模块通过光纤在低电位端同步控制,完成整个开关的接通与分断。该技术的开关模块结构简单、实现方便,运行可靠、寿命长,并可直接与系统计算机接口,实现72.5kV以上高压真空开关。
Description
本发明属于电力高压开关技术领域，是一种可实用化的模块式高压开关技术，用于组成光控模块式高压真空开关。
目前，高压开关领域有两种主流开关。SF6开关绝缘性能好，在72.5kV及以上电压等级占主导地位，但其泄露的废气对人体有害，并有温室效应。真空开关在40.5kV及以下电压等级中应用的性能良好，但是在大于40.5kV的高电压等级应用中有难以克服的内绝缘问题。如应用多个真空灭弧室串联达到高电压等级的绝缘水平，在操动机构方面存在以下问题：操动机构位于低电位端，与灭弧室之间的绝缘结构复杂，尤其超高压、多断口串联时结构更复杂，难以实现。此外，现有高压开关操动机构难于由电站计算机系统直接控制。
本发明的目的是，提供一种光电控制的、具有自具型操作电源操动机构的模块式高压真空开关技术，用光控真空开关模块根据电压等级串联相应个数来实现一种实用的、可与电站计算机控制系统直接接口的、模块化72.5kV以上高电压真空开关。
本发明的技术方案是用光控真空开关模块来组成高压开关，每个模块由外绝缘系统、真空灭弧室、双稳态永磁操动机构、由感应电源线圈直接从负荷电流中获取电能的自具型电源和光电控制系统组成。用真空灭弧室作为接通与分断元件；操动机构输出杆等电位的直接与真空灭弧室动导电杆相连；感应电源线圈为铁心环型线圈，导电回路穿过该环型线圈即可从负载电流中提取能量，为蓄电池充电并形成自具型电源；用由光信号控制的电力电子器件控制蓄电池和为操动机构励磁的储能电容器，并通过光纤在低电位端控制机构的动作。这样的光电控制开关模块可根据电压等级串联相应个数，组成各种结构形式的高电压真空开关，光纤同步控制信号来自低电位端继电保护系统或系统计算机。
本发明的用途和效果是简化电力高压开关的绝缘结构，在高电压等级中应用先进的真空开关，取代目前大量使用的有温室效应的SF6开关。由于采用自具型电源，在模块内部解决操动能源问题并由光信号控制，免除操动机构与开关本体的绝缘配合，并使传输的信号可直接连到计算机控制系统，解决了常规高压开关在绝缘和控制方面的不足。该技术涉及的开关模块结构简单、工业实现方便，运行可靠、寿命长，并不受外界环境干扰，通过模块的串联和控制信号的同步触发，可实现72.5kV以上高压真空开关。
附图说明。
图1是光控真空开关模块的结构示意图。
图中，(1)用于接通线路的左端盖引线，(2)真空灭弧室，(3)用于接通线路的右端盖引线，(4)电源变换单元与蓄电池，(5)感应电源线圈，(6)操动机构，(7)控制板，(8)绝缘外壳，(9)光缆接头。
图2是光控真空开关模块的电路框图。
图中，(10)机构输出杆的位置传感器，(11)控制信号输入光纤，(12)状态信号输出光纤，(13)电源隔离开关，(14)储能电容器，(15)开关电源，(16)直流/直流变换器，(17)蓄电池。
图3是光控模块式高压真空开关整体结构图。
图中，(18)光控真空开关模块(即图1所示)，(19)支撑绝缘子，(20)控制光纤，(21)光中继器，(22)开关箱座，(23)开关进出线。
图3(a)为“∏”型安装方式结构示意图。
图3(b)为“T”型安装方式结构示意图。
图3(c)为直立型安装方式结构示意图。
以下结合附图详细说明本发明的最佳实施例。
本技术所用单元模块工作电压为12kV～40.5kV，根据所组成的高压真空开关的工作电压72.5kV～550kV，用2～20个模块串联构成开关主体。根据图1所示的光控真空开关模块的结构示意图，当高压电流从图1单元模块的(1)左端盖引线经过(2)真空灭弧室、(5)感应电源线圈到(3)右端盖引线时，(5)感应电源线圈中感应出二次电流，经(4)电源变换单元为蓄电池进行浮充电，并通过图2所示的(16)直流/直流变换器升压，使(14)储能电容器保持充电状态，(14)电容器通过(7)控制板控制与(6)操动机构的励磁线圈相接，(6)操动机构的输出杆直接与(2)真空灭弧室的动导电杆相连，低电位端的控制信号经(11)输入光纤到(9)光缆接头导入(7)控制板，经(7)控制板中的光电转换元件变成电力电子开关器件的触发信号，使(14)储能电容器中的电能释放到(6)操动机构的励磁线圈中，完成(2)真空灭弧室的操动。
(5)感应电源线圈采用环型铁心结构，匝数在20～200之间，工作在开关的10％～120％额定电流范围内，感应出的二次电流送入(15)宽范围AC/DC开关电源组件和(17)蓄电池，并依次连接成自具型电源。(17)蓄电池的正常电压为6V～48V；(14)储能电容器的充电为80V～400V，电容器的容量在300μF～4000μF之间；当发生过载或短路使(5)感应电源线圈的输出太高，并使(17)蓄电池的充电电压超出预定范围时，(7)控制板将控制(13)电源隔离开关切断(5)感应电源线圈到(15)开关电源的通路。(13)电源隔离开关采用工业级继电器。
(6)操动机构为双稳态永磁机构，其励磁线圈通以不同方向的电流时，可使其从一种稳态运动到另一稳态，稳态保持力为200N～4000N。(7)控制板由通用工业级元器件组成，包括光电转换元件、电力电子开关元件、逻辑元件和受逻辑元件控制的、为(6)操动机构线圈电流换向的继电器等。(10)操动机构输出杆的位置传感器信号送入(7)控制板，通过其中的逻辑器件决定(6)操动机构励磁线圈中的电流方向。(17)蓄电池的电压状态经光电变换元件传入(12)输出光纤供整机监控。(8)绝缘外壳用于保证灭弧室处于分断状态时的断口外绝缘。
按图3用图1所示的(18)光控模块串联组成高压真空开关时，每个与(9)光缆接头相连的(20)控制光纤穿过(19)支撑绝缘子到达位于(22)开关箱座内的(21)光中继器，再连到电站控制系统。(18)光控模块串联后由(19)绝缘子支撑，再安装到(22)开关箱座上。图3(a)为“∏”型安装结构，图3(b)为“T”型安装结构，图3(c)为直立型安装结构，还可以组成“Y”型或其他安装结构。除两端盖主电路引线外各模块对外无其他电的连接，绝缘配合主要由各模块的外绝缘决定。
Claims (5)
1.一种光控模块式高压真空开关技术，包括光控真空开关单元模块技术、由单元模块串联组成高压真空开关的方法、单元模块内自具型电源结构和模块内的光电控制系统，其特征是：用光控真空开关模块串联组成高压真空开关；每个模块用真空灭弧室完成电流的接通与分断，操动机构直接与灭弧室相连，用感应电源线圈从负载电流中取出能量为蓄电池充电，由光电器件控制该蓄电池为操动机构供电，各模块通过光纤在低电位端同步控制。
2.根据权利要求1所述的光控模块式高压真空开关技术，其特征还在于：串联组成高压真空开关方法的结构特征是，使用的光控真空开关模块单元工作电压为12kV～40.5kV，根据工作电压72.5kV～550kV用2～20个模块串联成“∏”型结构、“T”型结构、直立型结构或“Y”型结构。
3.根据权利要求1所述的光控模块式高压真空开关技术，其特征还在于：光控真空开关模块的结构特征是，真空灭弧室的动导电杆与操动机构等电位相连，导电回路穿过感应电源线圈，该线圈的输出接到到电源变换单元，并与蓄电池组成自具型电源为控制板和操动机构供电，外来动作指令信号由光纤输入，通过光缆接头导入处于高电位的控制板；控制板中的电力电子开关控制自具型电源与操动机构线圈的励磁通路。
4.根据权利要求1所述的光控模块式高压真空开关技术，其特征还在于：由感应电源线圈、电源变换单元与蓄电池组成的自具型电源的结构特征是，带环型铁心的感应电源线圈的匝数为20～200匝，感应出的二次电流送入宽范围AC/DC开关电源组件，开关额定电流在10％～120％时为蓄电池浮充电，蓄电池电压保持在6V～48V，线圈、宽范围AC/DC开关电源组件及蓄电池依次连接，再经直流/直流变换后为储能电容器充电，电容器充电电压为80V～400V。
5.根据权利要求1所述的光控模块式高压真空开关技术，其特征还在于：通用元器件组成的控制板的结构特征是，控制信号经输入光纤到控制板内光电转换元件，转变成电力电子开关的触发信号，使电容器中的电能释放到永磁机构的励磁线圈中，完成真空灭弧室的操动，永磁机构输出杆的位置传感器信号送入控制板中的逻辑器件，控制永磁机构励磁线圈中的电流方向，蓄电池的电压状态经光电变换元件导入输出光纤，传到低电位端。
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