CN101393818A - 高压真空断路器 - Google Patents

Abstract

高压真空断路器，属于电力系统保护装置，解决真空开关串联运行的动静态均压问题，提高真空开关串联开断的可靠性。本发明采用三相独立结构，每一相由2～20个开关单元串联组成，每个开关单元由所述真空开关模块和氧化锌避雷器、阻容均压组件并联构成；阻容均压组件由均压电容、限流电阻和均压电阻构成，均压电容和限流电阻串联后，再与均压电阻并联。本发明通过给每个真空开关模块并联均压电阻、均压电容和限流电阻以及氧化锌避雷器等元件，解决真空开关串联运行的动静态均压问题，能有效提高真空开关串联开断的可靠性。

Description

高压真空断路器

技术领域

本发明属于电力系统保护装置，特别涉及一种高压真空断路器。

背景技术

目前，在110千伏以上高压、超高压及大电流领域目前应用最为广泛的六氟化硫(SF6)断路器由于环保原因将逐渐被限制使用，真空被认为是最可能代替六氟化硫的绝缘、灭弧介质。但由于真空介质的特殊性质，导致目前该真空开关模块以及其它真空断路器只适用于电压为35千伏以下的中低压场合。

大连理工大学拥有的名称为“一种光控模块式高压真空开关”的专利，专利号01127930、授权公告号CN1185668C；该专利由光控真空开关模块串联构成高压真空开关，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，用电流感应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。

其中光控真空开关模块如图2、图3所示，当高压电流从模块的左端盖引线6经过真空灭弧室7、电流感应线圈11到右端盖引线8时，电流感应线圈11中感应出二次电流，经开关电源20为蓄电池22进行浮充电，并通过图3所示的直流/直流变换器21升压，使储能电容器19保持充电状态，控制器12控制储能电容器19放电，储能电容器19与操动机构10的励磁线圈相接，操动机构10的输出杆直接与真空灭弧室7的动导电杆相连，低电位端的控制信号经输入光纤16导入控制器12，经控制器12中的光电转换元件变成电力电子开关器件的触发信号，使储能电容器中的电能释放到操动机构10的励磁线圈中，完成真空灭弧室7的操动。

将真空开关模块简单地串联以提高真空开关的使用电压等级，会存在模块间动静态电压分布不均的问题，可能导致个别灭弧室承担较高的电压，从而导致串联的真空开关模块在开断时出现熄弧后多次重燃或重击穿现象，降低开断成功概率。

发明内容

本发明提供一种高压真空断路器，解决真空开关串联运行的动静态均压问题，提高真空开关串联开断的可靠性。

本发明的一种高压真空断路器，采用三相独立结构，每一相包括串联的真空开关模块和电阻、电容器件，其特征在于：

每一相由2～20个开关单元串联组成，每个开关单元由所述真空开关模块和氧化锌避雷器、阻容均压组件并联构成；

所述阻容均压组件由均压电容、限流电阻和均压电阻构成，均压电容和限流电阻串联后，再与均压电阻并联。

所述的高压真空断路器，其特征在于：

所述真空开关模块包括真空灭弧室、操动机构、操作电源、控制器、光纤接口；真空灭弧室内的静触头与一端引线电连接，动触头与另一端引线电连接，动触头受操动机构驱动，操动机构与控制器电连接，控制器通过光纤接口接收外部控制信号，控制操作电源驱动操动机构，操作电源为操动机构、控制器提供电源。

所述的高压真空断路器，其特征在于：

所述真空开关模块中，操作电源由电流感应线圈、隔离开关、开关电源、蓄电池、直流/直流变换器、储能电容器组成，电流感应线圈输出经隔离开关送入开关电源，经开关电源整流后对蓄电池进行浮充电，并通过直流/直流变换器升压，对储能电容器充电。

当真空开关模块真空灭弧室动、静触头处于闭合状态时，操作电源直接通过电流感应线圈从高压侧母线取电能，经过开关电源整流、滤波和稳压后变为低压直流源给蓄电池充电，并经直流/直流变换器逆变和整流后给储能电容器充电。

当高压真空断路器动作后，真空开关模块真空灭弧室动、静触头暂时处于分闸状态或当电网停电时间较短时，电流感应线圈无法直接从电网电流中取出能量，可以通过蓄电池继续供电；但当真空灭弧室动、静触头处于分闸状态较长或当电网停电时间太长时，就要采用基于电光变换的隔离电源来保证可靠取能。

对于串联真空开关模块，由于元件电压变化率参数dv/dt的差异以及恢复时间的差异，导致开通与关断过程中元件承受的电压分配不均匀，极端情况下可能支路电压会全部加在一个真空开关模块上，给真空开关模块并联电容可以限制电压变化率dv/dt，为了限制开关触头闭合过程中电容通过元件放电影响电流变化率di/dt，再给电容串联限流电阻，形成RC阻容吸收均压电路。

同时，给每个真空开关模块并联氧化锌避雷器。这样，在弧后介质恢复的过程中，某个真空开关模块灭弧室承受恢复电压过高时，与之并联的氧化锌避雷器先动作，限制真空开关模块灭弧室触头间恢复电压，避免灭弧室重燃或重击穿，从而串联的灭弧室共同完成分断过程。相较单纯由电容器均压的串联运行方式，在氧化锌避雷器的辅助均压作用下，开断过程更能减少真空开关模块灭弧室重击穿的次数，提高串联开断能力。

本发明通过给每个真空开关模块并联均压电阻、均压电容和限流电阻以及氧化锌避雷器等元件，解决真空开关串联运行的动静态均压问题，能有效提高真空开关串联开断的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例示意图；

图中，真空开关模块1，氧化锌避雷器2，均压电容3，限流电阻4，均压电阻5。

图2为构成本发明的真空开关模块结构示意图；

图中，左端盖引线6，真空灭弧室7，右端盖引线8，电源变换单元与蓄电池9，操动机构10，电流感应线圈11，控制器12，绝缘外壳13，光纤接口14。

图3为真空开关模块的电气连接示意图；

图中，操动机构输出杆的位置传感器15，输入光纤16，输出光纤17，隔离开关18，储能电容器19，开关电源20，直流/直流变换器21，蓄电池22，光电送能端口23，操作电源24。

具体实施方式

图1为本发明的一个实施例，由两个开关单元串联组成，每个开关单元由真空开关模块1和氧化锌避雷器2、阻容均压组件并联构成；阻容均压组件由均压电容3、限流电阻4和均压电阻5构成，均压电容3和限流电阻4串联后，再与均压电阻5并联。

均压电阻5起均压作用；均压电容3、限流电阻4串联支路起串联动态均压作用，其中限流电阻4为了限制开关触头闭合过程中电容通过开关触头的放电电流；同时均压电阻5与均压电容3、限流电阻4串联支路构成回路，用来泻放操作暂态过程中均压电容3中存储的电场能量。同时在每个真空开关模块1的两端并联氧化锌避雷器，合理选取避雷器残压，限制断路器断口间恢复电压幅值，从而减小重燃或重击穿的可能性。实现多个真空开关模块1的可靠串联运行。

本实施例中，真空开关模块1参数：40.5kV-1250A-31.5kA，均压电容3的电容值为2nF；限流电阻4的电阻值为1kΩ；氧化锌避雷器2残压40kV。两个开关单元构成一个72.5kV-1250A-31.5kA真空断路器。

如图2所示，本发明的真空开关模块包括左端盖引线6，真空灭弧室7，右端盖引线8，电源变换单元与蓄电池9，操动机构10，电流感应线圈11，控制器12，绝缘外壳13，光纤接口14；其中，电源变换单元与蓄电池9和电流感应线圈11构成操作电源，真空灭弧室7内的静触头电连接左端盖引线6，动触头电连接右端盖引线8，动触头受操动机构10驱动，操动机构10与控制器12电连接，控制器12通过光纤接口14接收外部控制信号，控制操作电源驱动操动机构10，操作电源为操动机构10、控制器12提供电源，上述各部件置于绝缘外壳13内。

操动机构可以由永磁体和线圈构成。

如图3所示，真空开关模块中，操作电源24由电流感应线圈11、隔离开关18、开关电源20、蓄电池22、直流/直流变换器21、储能电容器19组成，其中开关电源20、蓄电池22、直流/直流变换器21、储能电容器19共同组成图2中的电源变换单元与蓄电池9；电流感应线圈11输出经隔离开关18送入开关电源20，经开关电源20整流后对蓄电池22进行浮充电，并通过直流/直流变换器21升压，对储能电容器19充电。在电流感应线圈11和隔离开关18之间预留光电送能端口23，在高压真空断路器动、静触头长期没有电流通过的情况下，从光电送能端口23为蓄电池22和储能电容器19送能。

如图2、图3所示，当真空开关模块真空灭弧室动、静触头处于闭合状态时，高压电流从左端盖引线6经过真空灭弧室7、电流感应线圈11到右端盖引线8，电流感应线圈11中感应出二次电流，经开关电源20为蓄电池22进行浮充电，并通过直流/直流变换器21升压，使储能电容器19保持充电状态，储能电容器19通过控制器12控制与操动机构10的励磁线圈相接，操动机构10的输出杆直接与真空灭弧室7的动导电杆相连，低电位端的控制信号经输入光纤16导入控制器12，经控制器12中的光电转换元件变成电力电子开关器件的触发信号，使储能电容器19中的电能释放到操动机构10的励磁线圈中，完成真空灭弧室7的操动。

电流感应线圈11采用环型铁心结构，感应出的二次电流送入开关电源20和蓄电池22，并依次连接成自具型电源。当发生过载或短路使电流感应线圈11的输出太高，并使蓄电池22的充电电压超出预定范围时，控制器12将控制隔离开关18切断电流感应线圈11到开关电源20的通路。隔离开关18采用工业级继电器。

控制器12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操动机构10线圈电流换向的继电器等。操动机构输出杆的位置传感器15信号送入控制器12，通过其中的逻辑器件决定操动机构10励磁线圈中的电流方向；蓄电池22的电压状态经光电变换元件传入输出光纤17供整机监控；绝缘外壳13用于保证灭弧室处于分断状态时的断口外绝缘。

Claims (3)

1.一种高压真空断路器，采用三相独立结构，每一相包括串联的真空开关模块和电阻、电容器件，其特征在于：

每一相由2～20个开关单元串联组成，每个开关单元由所述真空开关模块和氧化锌避雷器、阻容均压组件并联构成；

所述阻容均压组件由均压电容、限流电阻和均压电阻构成，均压电容和限流电阻串联后，再与均压电阻并联。

2.如权利要求1所述的高压真空断路器，其特征在于：

所述真空开关模块包括真空灭弧室、操动机构、操作电源、控制器、光纤接口；真空灭弧室内的静触头与一端引线电连接，动触头与另一端引线电连接，动触头受操动机构驱动，操动机构与控制器电连接，控制器通过光纤接口接收外部控制信号，控制操作电源驱动操动机构，操作电源为操动机构、控制器提供电源。

3.如权利要求1或2所述的高压真空断路器，其特征在于：

所述真空开关模块中，操作电源由电流感应线圈、隔离开关、开关电源、蓄电池、直流/直流变换器、储能电容器组成，电流感应线圈输出经隔离开关送入开关电源，经开关电源整流后对蓄电池进行浮充电，并通过直流/直流变换器升压，对储能电容器充电。

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