CN208608103U - 一种基于电磁机构的hvdc柔性直流输电用旁路开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，包括电磁机构及真空管，所述电磁机构包括内为空腔的壳体以及贯穿壳体的动铁芯，动铁芯一端伸出与真空管内的动触头连接，动铁芯上设置有定位块，电磁机构的空腔靠近真空管的一端设置有磁吸定位块的合闸永磁铁，另一端设置有磁吸定位块的分闸永磁铁，空腔内还设置有分合闸线圈；定位块在合闸永磁铁和分闸永磁铁之间移动带动真空管中动触头与静触头之间的分合闸；其中，第一连接母排与真空管的动触头电性连接，第二连接母排与真空管的静触头电性连接，该旁路开关采用电磁机构，结构简单，可靠性高，体积小，且易得到较高的合闸保持力，可满足大容量情况。

Description

一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关

技术领域

本实用新型属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关。

背景技术

柔性直流输电由于具有可控性、灵活性和稳定性，在分布式发电、孤岛和城市扩容供电中前景广阔，是未来长远距离、大容量直流输电的发展方向，开发高可靠性的换流阀设备是最核心的技术。

高压柔性直流换流阀用于将交流电压变换成直流电压，或者将直流电压反变换为交流电压。高压换流阀中包含有大量的电力电子期间，如晶闸管、IGBT、IEGT等。

当在包括子模块组合的系统中检测到诸如子模块故障的异常时，高电压直流电输电系统的高速短路旁路开关动作，从而使子模块短路，并且防止故障的影响扩散至其他相邻的子模块。

旁路开关在电力系统中的应用越来越多，不仅用于HVDC柔直换流阀中，还用于静止同步补偿器(STATCOM)或静止无功补偿器(SVG)中的关键器件保护。

随着应用系统容量不断增大，开关所需的通流能力需要进一步的提高。此外，直流系统等方面要求动作快速，需要体积小，便于在系统中布置等各方面，对旁路开关的性能提出了更加严格的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于柔性直流输电换流阀旁路开关，该旁路开关采用电磁机构，结构简单，可靠性高，体积小，且易得到较高的合闸保持力，可满足大容量情况。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，包括电磁机构及真空管，所述电磁机构包括内为空腔的壳体以及贯穿壳体的动铁芯，动铁芯一端伸出与真空管内的动触头连接，动铁芯上设置有定位块，电磁机构的空腔靠近真空管的一端设置有磁吸定位块的合闸永磁铁，另一端设置有磁吸定位块的分闸永磁铁，空腔内还设置有分合闸线圈；定位块在合闸永磁铁和分闸永磁铁之间移动带动真空管中动触头与静触头之间的分合闸；其中，第一连接母排与真空管的动触头电性连接，第二连接母排与真空管的静触头电性连接。

所述电磁机构的壳体包括机构外壁以及分别设置在机构外壁两端的上固定板和下固定板，上固定板和下固定板上均开设有用于伸出动铁芯的开孔。

合闸永磁铁与定位块之间设置有第三导磁铁芯，分闸永磁铁与定位块之间设置有第二导磁铁芯，分合闸线圈与定位块之间设置有第一导磁铁芯。

所述动铁芯的定位块正面采用双台阶结构设计，其中，第一级台阶与第三导磁铁芯对应，第二级台阶与第一导磁铁芯对应，定位块背面与第二导磁铁芯对应。

第一导磁铁芯与定位块第二级台阶对接处采用台阶设计。

所述电磁机构的外径不大于90mm，电磁机构中动铁芯的行程为2mm。

所述真空管及电磁机构采用水平布置。

所述电磁机构的上固定板和下固定板均采用不导磁材料制造。

当功率模块发生严重故障时，给快速电磁机构合闸命令，快速机构接到命令后，进行合闸动作，合闸完成后，将连接母排和连接母排短接，可达到对功率模块进行保护的效果。

相对于现有技术，本实用新型提出的柔性直流输电用旁路开关，其基于电磁机构，结构简单，体积小，易实施；本实用新型提出的电磁机构，通过对永磁铁及导磁铁芯的特殊设计，可以达到大于1500N的合闸保持力，电磁机构分合闸采用一个线圈结构，合闸到位后靠合闸永磁铁进行合闸保持，分闸到位后由分闸永磁铁进行保持，从而旁路开关合闸后，保持力较高，可有效降低触头接触处温升，从而达到旁路开关的可靠性设计优化效果。

本实用新型的电磁机构，合闸速度快，在规定的2mm行程之内，合闸时间＜3ms。

本实用新型提出新型电磁机构，合闸保持基于永磁铁，其合闸弹跳小。

本实用新型设置了中间导磁通路，避免动铁芯直接接触永磁铁，从而达到避免永磁铁失磁的效果，电磁机构动铁芯与导磁铁芯处由台阶配合，保证良好的磁路。

附图说明

图1为本实用新型旁路开关总体组成示意图；

图2为电磁机构结构示意图；

图3为本实用新型旁路开关电磁机构工作原理说明图；其中，图3(a)为分闸状态示意图，图3(b)为合闸状态示意图。

图4为真空管示意图；

其中，1、电磁机构；2、第一连接母排；3、真空管；4、第二连接母排；5、功率组件；10、机构外壁；11、动铁芯；12、上固定板；13、合闸永磁铁；14、分合闸线圈；15、第一导磁铁芯；16、下固定板；17、分闸永磁铁；18、第二导磁铁芯；19、第三导磁铁芯；31、动触头；32、静触头；33、真空室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述：

请参阅图1至图4，本实用新型包括电磁机构1及真空管3，所述电磁机构1包括内为空腔的壳体以及贯穿壳体的动铁芯11，动铁芯11一端伸出与真空管3内的动触头31连接，动铁芯11上设置有定位块，电磁机构1的空腔靠近真空管3的一端设置有磁吸定位块的合闸永磁铁13，另一端设置有磁吸定位块的分闸永磁铁17，空腔内还设置有分合闸线圈14；定位块在合闸永磁铁13和分闸永磁铁17之间移动带动真空管3的真空室33中动触头31与静触头32之间的分合闸；其中，第一连接母排2与真空管3的动触头31电性连接，第二连接母排4与真空管3的静触头32电性连接；如图1所示，在本实施例中，真空管3及电磁机构1采用水平布置。

如图2所述，电磁机构1的壳体包括机构外壁10以及分别设置在机构外壁10两端的上固定板12和下固定板16，电磁机构1的上固定板12和下固定板16均采用不导磁材料制造；上固定板12和下固定板16上均开设有用于伸出动铁芯11的开孔；合闸永磁铁13与定位块之间设置有第三导磁铁芯19，分闸永磁铁17与定位块之间设置有第二导磁铁芯18，分合闸线圈14与定位块之间设置有第一导磁铁芯15，动铁芯11的定位块正面采用双台阶结构设计，其中，第一级台阶与第三导磁铁芯19对应，第二级台阶与第一导磁铁芯15对应，定位块背面与第二导磁铁芯18对应，第一导磁铁芯1与定位块第二级台阶对接处采用台阶设计，双台阶结构设计的定位块，能够有效的提升磁吸的效果。

如图3(a)所示，电磁机构1的外径不大于90mm，电磁机构1中动铁芯11的行程L为2mm；合闸到位后，触头簧的压缩力约450N～550N，动静触头的合闸保持力大，因此其接触电阻有效降低,10μΩ～15μΩ，极大程度的减小动静触头的触头发热量，对旁路开关温升控制有非常大好处。

当功率组件5发生严重过流过压情况时，给电磁机构1合闸命令，电磁机构1接到命令后，进行合闸动作，合闸完成后，将第一连接母排2和第二连接母排4短接，达到对功率组件5进行保护的目的。

如3(a)所示，此时电磁机构1分闸，即旁路开关处于分闸状态，此时，线圈中无电流通过，分闸永磁铁17的磁通路径和方向如图中磁力线A所示，分闸永磁铁17在动铁芯11的下端面处产生一吸力，使旁路开关保持在分闸位置；当电磁机构1接到合闸命令时，分合闸线圈14通过合闸电流，电流的方向应使分合闸线圈14产生的磁场按图3(a)中磁力线B的方向，分合闸线圈14中合闸电流所产生的磁场起到两方面的作用，一方面在动铁芯11的上端面产生一向上的吸力，以驱动旁路开关合闸；另一方面在动铁芯11的下端面，与分闸永磁铁17的磁场相反，起到削弱分闸永磁铁17向下的保持力，即此时分合闸线圈14对动铁芯11提供一个向上的力，而分闸永磁铁17对动铁芯11是向下的吸力，当向上的力大于向下的力时，动铁芯11开始向上运动，驱动旁路开关合闸。

旁路开关合闸到位后，即动铁芯11与第三导磁铁芯19接触且与第二导磁铁芯18分离，如图3(b)所示，分合闸线圈14断电，此时不需任何能量和机构锁扣，靠合闸永磁铁13的吸力即可使动铁芯11保持在合闸位置，即旁路开关保持在合闸位置，磁场路径及方向如磁力线C所示。

当电磁机构1接到分闸命令时，给分合闸线圈14通以分闸电流，分闸电流与合闸电流方向相反，且分闸电流小于合闸电流，该电流产生的磁场方向如图3(b)中磁力线D；分合闸线圈14中分闸电流产生的磁场与合闸永磁铁13的磁场方向相反，当动铁芯11上端合闸永磁铁13所产生的吸力小于动触头弹簧与分闸电流产生的合力时，动铁芯11开始向分闸永磁铁17运动，驱动旁路开关分闸；当动铁芯11运动到分闸位置时，线圈断电，这时动铁芯11依靠分闸永磁铁17产生的磁力保持在分闸位置。

实施例：

请参阅图1，本实用新型结合±800kV柔性直流换流阀用基于电磁机构的旁路开关进行阐述，但本实用新型并不局限于±800kV柔直直流换流阀产品，同样适用于其他电压等级的柔直产品、静止同步补偿器(STATCOM)或静止无功补偿器(SVG)中的关键器件保护。

如图3所示，电磁机构1的行程为2mm，动铁芯11设计与导磁铁芯15采用台阶配合，在合分闸运动过程中，动铁芯11不直接与永磁铁13及永磁铁17接触，此结构设计能够有效的保证在分合闸的过程中，通过导磁铁芯15避免了直接碰撞永久磁铁导致永久磁铁损坏的情况，本实施中，电磁机构1上固定板12和下固定板16均采用非导磁材料制造，本实用新型中基于电磁机构1的旁路开关，其结构简单，分合闸保持稳定可靠，体积小，保持力大，因此，其可靠性高，可用于可靠性要求较高的柔性直流输电功率器件保护中。

Claims (8)

1.一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，包括电磁机构(1)及真空管(3)，所述电磁机构(1)包括内为空腔的壳体以及贯穿壳体的动铁芯(11)，动铁芯(11)一端伸出与真空管(3)内的动触头(31)连接，动铁芯(11)上设置有定位块，电磁机构(1)的空腔靠近真空管(3)的一端设置有磁吸定位块的合闸永磁铁(13)，另一端设置有磁吸定位块的分闸永磁铁(17)，空腔内还设置有分合闸线圈(14)；定位块在合闸永磁铁(13)和分闸永磁铁(17)之间移动带动真空管(3)中动触头(31)与静触头(32)之间的分合闸；其中，第一连接母排(2)与真空管(3)的动触头(31)电性连接，第二连接母排(4)与真空管(3)的静触头(32)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，所述电磁机构(1)的壳体包括机构外壁(10)以及分别设置在机构外壁(10)两端的上固定板(12)和下固定板(16)，上固定板(12)和下固定板(16)上均开设有用于伸出动铁芯(11)的开孔。

3.根据权利要求2所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，合闸永磁铁(13)与定位块之间设置有第三导磁铁芯(19)，分闸永磁铁(17)与定位块之间设置有第二导磁铁芯(18)，分合闸线圈(14)与定位块之间设置有第一导磁铁芯(15)。

4.根据权利要求3所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，所述动铁芯(11)的定位块正面采用双台阶结构设计，其中，第一级台阶与第三导磁铁芯(19)对应，第二级台阶与第一导磁铁芯(15)对应，定位块背面与第二导磁铁芯(18)对应。

5.根据权利要求3所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，第一导磁铁芯(15)与定位块第二级台阶对接处采用台阶设计。

6.根据权利要求1所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，所述电磁机构(1)的外径不大于90mm，电磁机构(1)中动铁芯(11)的行程为2mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，所述真空管(3)及电磁机构(1)采用水平布置。

8.根据权利要求2所述的一种基于电磁机构的HVDC柔性直流输电用旁路开关，其特征在于，所述电磁机构(1)的上固定板(12)和下固定板(16)均采用不导磁材料制造。