一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关制造技术

本发明专利技术属于电力高压开关技术领域，涉及一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关。在真空开关灭弧室静触头上设置触发电极，在微秒级时延内动态接通高压回路，同时指令斥力操动机构驱动灭弧室的动触头在四分之一电流周期内与静触头闭合，完成开关整机的超快速关合。控制系统可置于高电位由蓄电池供电，接受光纤传输的指令信号并反馈系统的状态信号。本发明专利技术简化电力系统中故障限流器的开关结构，复合先进的真空触发开关与快速真空开关，提高故障限流器的整体参数水平。此外，新颖的结构布置可最大限度克服灭弧室自身质量对关合速度的影响。该技术涉及的开关可做成模块结构，工业实现方便，具有运行可靠、成本低、寿命长等特点。

An ultra fast high power vacuum switch with composite trigger gap

【技术实现步骤摘要】
一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关
本专利技术属于电力高压开关
，涉及一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关。
技术介绍
随着现代电力系统飞速发展，单一输电走廊或间隔的短路容量也在不断扩大，以至于超过现有最高水平的保护断路器可切除的容量。与新建输电走廊相比，采用故障限流器(FCL，FaultCurrentLimiter)来降低短路容量是性价比最高的解决方案。因此FCL也是坚强智能电网的组成部分。大功率超快速开关是FCL的核心组件之一，用以改变电路拓扑，在系统中瞬时插入限流阻抗。电力系统需要在故障电流达到第一个峰值前投入限流装置，即开关时延小于四分之一工频周期5毫秒，现有快速开关的速度难以满足。此外，随着网络与信息技术的发展，越来越多的数据中心等不能停电的大负荷，要求能在半个工频周波内切换到大功率备用电源支路，现有快速开关满足不了这一速度要求，亟需大功率超快速开关。真空触发开关是目前最成熟的高压大电流关合器件之一，导通时延可达到微秒级，但其导通电流只能持续半个电流周期；现有快速真空开关可以长期导通电路，本专利技术的核心是在真空开关灭弧室的静触头上设置触发极，引发灭弧室动静触头的击穿，先动态接通回路，随即应用快速斥力机构驱动灭弧室动触头，接续动态导通回路的电弧，稳态导通电路。把真空触发开关与快速真空开关的功能复合到一起，再配以合理的控制电路就形成大功率超快速开关，满足电力系统要求。目前已有的快速真空开关动作时间难以降到5毫秒以下，直接并联快速真空开关和真空触发开关不仅增加成本和体积，还有电磁兼容和控制协调与可靠性问题。实用的、能在2毫秒内接通高压回路的大功率超快速开关国内外均属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于真空触发间隙的复合型超快速、大功率真空开关，可以在10微秒内动态接通高压回路，快速斥力永磁机构驱动的真空灭弧室可在小于2毫秒内合闸，稳态导通电路。本专利技术的技术方案如下：一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，包括真空开关灭弧室、触发极、支撑瓷柱、快速斥力永磁机构、真空开关超行程弹簧、驱动电源箱和控制箱；所述的触发极设在真空开关灭弧室内的静触头的侧面，触发极的尖端指向静触头的侧面，形成2mm～5mm的复合真空触发间隙；触发极通过固定在真空管金属端盖上的支撑瓷柱引出与控制箱相连；真空开关灭弧室内的动触头采用平板铜铬触头，静触头采用杯状纵磁结构，动触头的直径比静触头大5mm～20mm。所述的快速斥力永磁机构依次与真空开关超行程弹簧以及灭弧室动触头相连。控制箱接到合闸指令向触发极发送触发脉冲的同时，接通驱动电源箱为快速斥力永磁机构励磁。快速斥力永磁机构的输出杆通过真空开关超行程弹簧带动真空灭弧室动触头向下运动，在工频电流四分之一周波时间内与静触头闭合，完成电路的稳态接通。快速斥力永磁机构内设有与常规永磁机构相同的分闸线圈和永磁体，配合磁路设计可完成开关的分闸与复位保持。控制箱与驱动系统可置于高电位由蓄电池供电，控制箱接受由控制光纤接口传输的指令信号并反馈开关系统的状态信号。所述的触发极的材料为钨棒、钼棒或它们的合金，触发极与静触头间为10kV以上的绝缘水平，真空管金属端盖、触发极以及支撑瓷柱之间真空密封。控制箱可按指令同时触发真空间隙和快速斥力永磁机构的励磁线圈，触发间隙在微秒时延内发出初始等离子体导通开关电路，开关灭弧室的动触头在四分之一电流周期内与静触头闭合，完成大功率真空开关灭弧室的超快速关合。斥力操动机构内设置分闸线圈，其磁路设计和永磁体设置可完成开关的分闸与复位保持。所述的真空开关灭弧室开距4mm～20mm，工作电压7.2kV～72.5kV，接通电流峰值10kA—200kA，额定长期通流200A—4000A。所述的触发极的尖端触发电压2kV～20kV。本专利技术的有益效果：本专利技术简化电力系统中故障限流器的开关结构，复合先进的真空触发开关与快速真空开关，提高故障限流器的整体参数水平。此外，新颖的结构布置可最大限度克服灭弧室自身质量对关合速度的影响。该技术涉及的开关可做成模块结构，工业实现方便，具有运行可靠、成本低、寿命长等特点。附图说明图1(a)为本专利技术的复合触发间隙的真空灭弧室原理结构图。图1(b)为本专利技术的等效电路图。图2为本专利技术的复合触发间隙超快速大功率真空开关整体结构示意图。图3为本专利技术在FCL中的应用例。图中，1为波纹管；2为真空管壳；3为动触头；4为静触头；5为静导电杆；6为动导电杆；7为屏蔽罩；8为触发极；9为触发极支撑瓷柱；10为真空管金属端盖；11为快速斥力永磁机构；12为真空开关超行程弹簧；13为主回路出线；14为驱动电源箱；15为控制箱；16为控制光纤接口；TVS为真空触发开关；VCB为快速真空开关；MOV为避雷器。具体实施方式以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的基本创新是由图1所示的可快速导通高压大功率电路的复合触发间隙真空灭弧室，可在数微秒内接通高压电路，实现超快速关合。本专利技术是基于常规快速真空开关灭弧室与真空触发间隙复合的超快速、大功率真空开关，触发间隙在微秒级时延内动态接通高压回路，快速真空开关灭弧室的动静触头在四分之一工频周期内稳态接通高压回路。快速接通开关是各种故障限流器FCL(FaultCurrentLimiter)核心部件之一。根据图1所示的复合触发间隙真空灭弧室基于常规高压真空开关灭弧室，在真空灭弧室静触头4侧面封装一个与之绝缘且尖端指向静触头的触发电极8，通过其支撑瓷柱9引出10到控制箱15。当控制系统在触发极8与静触头4之间施加一高压脉冲时产生一初始等离子体，随即在承受一定电压的动、静触头之间引发击穿，由击穿电弧动态导通开关电路。根据图2所示的复合触发间隙超快速大功率真空开关结构示意图，快速斥力永磁机构11依次与真空开关超行程弹簧12以及灭弧室动触头3相连。控制系统接到合闸指令向触发极8发送触发脉冲的同时，接通机构驱动电源14为快速斥力永磁机构11励磁。速斥力永磁机构11的输出杆通过真空开关超行程弹簧12带动真空灭弧室动触头3向下运动，在工频电流四分之一周波时间内与静触头4闭合，完成电路的稳态接通。快速机构内设置有与常规永磁机构相同的分闸线圈和永磁体，配合磁路设计可完成开关的分闸与复位保持。控制系统与驱动系统可置于高电位由蓄电池供电，控制系统接受光纤传输的指令信号并反馈开关系统的状态信号。图3中G为系统发电机，系统工作于额定电流i时，经大虚线框内的FCL为负载Zr供电，限流器的主电抗器Lx电抗ωLx(ω为工频电流频率)与电容器组Cx的容抗1/ωCx相等，FCL常态阻抗等于零。当电力系统发生短路故障时，负载阻抗变为短路阻抗Zs。内虚线框的复合触发间隙真空灭弧室动、静触头快速闭合，短接电容器，等效于限流电抗器串入电路，接通的越早，故障电流发展峰值越小。根据图3给出的本专利技术在FCL中应用例，当电力系统负载侧发生短路故障时，控制器检测到超限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，其特征在于，包括真空开关灭弧室、触发极(8)、支撑瓷柱(9)、快速斥力永磁机构(11)、真空开关超行程弹簧(12)、驱动电源箱(14)和控制箱(15)；所述的触发极(8)设在真空开关灭弧室内的静触头(4)的侧面，触发极(8)的尖端指向静触头(4)的侧面，形成2mm～5mm的复合真空触发间隙；触发极(8)通过固定在真空管金属端盖(10)上的支撑瓷柱(9)引出与控制箱(15)相连；真空开关灭弧室内的动触头(3)采用平板铜铬触头，静触头(4)采用杯状纵磁结构，动触头(3)的直径比静触头(4)大5mm～20mm；/n所述的快速斥力永磁机构(11)依次与真空开关超行程弹簧(12)以及灭弧室动触头(3)相连；控制箱(15)接到合闸指令向触发极(8)发送触发脉冲的同时，接通驱动电源箱(14)为快速斥力永磁机构(11)励磁；快速斥力永磁机构(11)的输出杆通过真空开关超行程弹簧(12)带动真空灭弧室动触头(3)向下运动，在工频电流四分之一周波时间内与静触头(4)闭和，完成电路的稳态接通。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，其特征在于，包括真空开关灭弧室、触发极(8)、支撑瓷柱(9)、快速斥力永磁机构(11)、真空开关超行程弹簧(12)、驱动电源箱(14)和控制箱(15)；所述的触发极(8)设在真空开关灭弧室内的静触头(4)的侧面，触发极(8)的尖端指向静触头(4)的侧面，形成2mm～5mm的复合真空触发间隙；触发极(8)通过固定在真空管金属端盖(10)上的支撑瓷柱(9)引出与控制箱(15)相连；真空开关灭弧室内的动触头(3)采用平板铜铬触头，静触头(4)采用杯状纵磁结构，动触头(3)的直径比静触头(4)大5mm～20mm；
所述的快速斥力永磁机构(11)依次与真空开关超行程弹簧(12)以及灭弧室动触头(3)相连；控制箱(15)接到合闸指令向触发极(8)发送触发脉冲的同时，接通驱动电源箱(14)为快速斥力永磁机构(11)励磁；快速斥力永磁机构(11)的输出杆通过真空开关超行程弹簧(12)带动真空灭弧室动触头(3)向下运动，在工频电流四分之一周波时间内与静触头(4)闭和，完成电路的稳态接通。


2.如权利要求1所述的一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，其特征在于，所述的触发极(8)的材料为钨棒、钼棒或它们的合金。


3.如权利要求1或2所述的一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，其特征在于，所述的触发极(8)与静触头(4)间为10kV以上的绝缘水平，真空管金属端盖(10)、触发极(8)以及支撑瓷柱(9)之间真空密封。


4.如权利要求1或2所述的一种复合触发间隙的超快速大功率真空开关，其特征在于，所述的真空开关灭弧室开距4mm～20mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹积岩，郭兴宇，黄智慧，王永兴，丛吉远，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21