一种高压大电流的选相合闸装置

1.一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，包括操动机构、灭弧室和控制回路；
所述灭弧室包括密封设置的绝缘筒(3)，以及相互配合设置在绝缘筒(3)内的动触头(1)和静触头；静触头包括分别连接进出线的第一静触头(201)和第二静触头(202)；第一静触头(201)和第二静触头(202)分别固定在绝缘筒(3)的两端；动触头(1)始终与第二静触头(202)滑动电连接，并通过与第一静触头(201)的分离和电接触完成分合闸操作；绝缘筒(3)内填充压缩空气；
操动机构的输出端与动触头(1)连接，控制回路用于控制操动机构的动作；
所述操动机构包括电磁推力机构，配合机构和储能机构；
配合机构包括双摇臂四连杆机构、传动连杆(4)和驱动杆(5)；双摇臂四连杆机构包括依次连接的第一摇臂(601)、连杆(7)和第二摇臂(602)；驱动杆(5)的一端与动触头(1)连接，传动连杆(4)的两端分别与驱动杆(5)的另一端和第一摇臂(601)的转动端铰接；
储能机构包括管壳，以及设置在管壳内的储能弹簧组(8)和活塞(9)；储能弹簧组(8)的两端分别安装在管壳一端和活塞(9)上，固定在驱动杆(5)上的活塞(9)与管壳另一端形成密封的分闸气室(10)；
当分闸气室(10)内充气，带动驱动杆(5)和动触头(1)运动分闸完成后，双摇臂四连杆机构处于死点锁死状态；
电磁推力机构用于在合闸时推动第二摇臂打开死点。
2.根据权利要求1所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，所述控制回路包括闸流管(13)，充电回路，触发回路和抗干扰保护回路；
闸流管(13)的阳极通过电磁推力机构的高压线圈连接充电回路，阴极接地，栅极连接并联的触发回路和抗干扰保护回路；
充电回路包括充电变压器(14)，放电回路和储能电容(15)，充电变压器(14)用于给储能电容(15)充电，放电回路用于给储能电容(15)放电；
触发回路用于给栅极提供使闸流管(13)导通的脉冲信号，触发回路包括产生脉冲信号的脉冲变压器(16)；
抗干扰保护回路用于给栅极提供负栅压；
当闸流管(13)导通后，储能电容(15)通过高压线圈放电，完成电磁推力机构动作。
3.根据权利要求2所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，抗干扰保护回路包括第一电解电容器(17)，第二电解电容器(18)，第一二极管(19)，第二二极管(20)和交流电源(21)；交流电源(21)的一端连接第一二极管(19)的阴极和第二二极管(20)的阳极，另一端连接第一电解电容器(17)的阳极和第二电解电容器(18)的阴极；第二二极管(20)的阴极和第二电解电容器(18)的阳极相连并接地；第一二极管(19)的阳极和第一电解电容器(17)的阴极相连并连接闸流管(13)的栅极。
4.根据权利要求2所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，充电回路还包括用于指示储能电容电量的极化继电器(22)。
5.根据权利要求2所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，触发回路还包括用于在触发回路的脉冲信号给出前将充电回路连接至闸流管阳极的准备继电器(23)；充电回路通过准备继电器(23)的准备节点与电磁推力机构的高压线圈连接。
6.根据权利要求2所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，所述控制回路还包括共同控制触发回路导通的延迟触发时间继电器(25)和充电完毕指示继电器(24)；延迟触发时间继电器(25)和充电完毕指示继电器(24)的节点分别连接到脉冲变压器(16)低压侧的两端。
7.根据权利要求1所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，第一静触头(201)通过固定法兰(301)连接在绝缘筒(3)的一端；动触头(1)内部依次沿轴向设置有接触板(101)、缓冲弹簧(102)和固定板(103)；合闸时，接触板(101)随动触头(1)向合闸方向运动，与固定法兰(301)接触后缓冲弹簧(102)压缩吸收能量；固定板(103)分别与操动机构的输出端和动触头(1)连接。
8.根据权利要求1所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，还包括设置在灭弧室下端的绝缘支撑装置(11)；绝缘支撑装置上设置有用于给灭弧室提供压缩空气的进气管(12)。
9.根据权利要求1所述的一种高压大电流的选相合闸装置，其特征在于，绝缘筒(3)内填充的压缩空气气压为1.8-2.2MPa。

一种高压大电流的选相合闸装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及选项合闸装置，具体为一种高压大电流的选相合闸装置。\n背景技术\n[0002] 在高压电器大容量试验场所中，试验的成功与否和回路中各个开关的正常动作联系异常紧密，开关必须按照整定时间依次动作，且动作到位，才能保证各个试验参数，否则会极大的增加无效试验的概率。在某些型式试验中,如断路器的T100a，熔断器的方式1、2和\n3，变压器突发短路试验等，对合闸相角要求很高，需要试验室依据标准人为地创造最严酷的瞬态过程来考核试品，这时就会用到选相合闸技术。在试验室中一般使用2到3台单相开关专门用于选相合闸，采用基于氢闸流管的大功率控制回路与快速动作的推力电磁机构配合脱扣，从而实现快速合闸。以往的选相合闸开关只能做到千伏级的低电压大电流，只能应用于低压电器的试验。本发明可以达到12kV，330kA，可广泛应用于12kV的发电机系统的试验站中。\n[0003] 80年代末期，上海电器科学研究所发明的1650V的大容量选相合闸装置通过鉴定，之后就鲜有此类产品的消息，各大试验站现均用单相真空断路器或SF6断路器充当选相合闸开关。之前产品一般采用空气绝缘，为保证合闸速度所以开距不能过大，从而影响了产品的电压等级，操动机构采用推力电磁机构为脱扣机构，依靠本体内的组合弹簧提供较高的合闸速度，使用油缓冲器与缓冲垫来防止合闸开关的跳动，增加开关的寿命。\n[0004] 控制回路上均以基于氢闸流管的控制回路为主，原理为：充电回路接于氢闸流管的阳极，触发回路与氢闸流管的栅极相连，在充电回路充电完毕后，由于闸流管的正向阻断性，充电回路不与推力电磁机构的线圈导通，在发出合(分)闸命令后，在触发回路中输出一陡峭正脉冲，使闸流管导通，充电电容中的能量直接输入推力电磁机构的线圈，推动与线圈配合的铝盘动作脱扣，使开关本体动作。\n[0005] 现有的选相合闸装置存在电压低，通流能力小，容量小的缺点，在高压电器行业飞速发展的今天，已远远不能胜任现有的设备及环境，加上其油缓冲器部分结构复杂，维修困难，被淘汰在所难免。并且其相应的在高电压，大电流，强电磁场的环境中，现有的控制回路没有对栅极触发进行保护，导致其误动作概率较高，影响试验效率。\n发明内容\n[0006] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种绝缘电压等级高，动作快速，通流能力强，结构简单的高压大电流的选相合闸装置。\n[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现：\n[0008] 本发明一种高压大电流的选相合闸装置，包括操动机构、灭弧室和控制回路；灭弧室包括密封设置的绝缘筒，以及相互配合设置在绝缘筒内的动触头和静触头；静触头包括分别连接进出线的第一静触头和第二静触头；第一静触头和第二静触头分别固定在绝缘筒的两端；动触头始终与第二静触头滑动电连接，并通过与第一静触头的分离和电接触完成分合闸操作；绝缘筒内填充压缩空气；操动机构的输出端与动触头连接，控制回路用于控制操动机构的动作。\n[0009] 优选的，操动机构包括电磁推力机构，配合机构和储能机构；配合机构包括双摇臂四连杆机构、传动连杆和驱动杆；双摇臂四连杆机构包括依次连接的第一摇臂、连杆和第二摇臂；驱动杆的一端与动触头连接，传动连杆的两端分别与驱动杆的另一端和第一摇臂的转动端铰接；储能机构包括管壳，以及设置在管壳内的储能弹簧组和活塞；储能弹簧组的两端分别安装在管壳一端和活塞上，固定在驱动杆上活塞与管壳另一端形成密封的分闸气室；当分闸气室内充气，带动驱动杆和动触头运动分闸完成后，双摇臂四连杆机构处于死点锁死状态；电磁推力机构用于在合闸时推动第二摇臂打开死点。\n[0010] 进一步，控制回路包括闸流管，充电回路，触发回路和抗干扰保护回路；闸流管的阳极通过电磁推力机构的高压线圈连接充电回路，阴极接地，栅极连接并联的触发回路和抗干扰保护回路；充电回路包括充电变压器，放电回路和储能电容，充电变压器用于给储能电容充电，放电回路用于给储能电容放电；触发回路用于给栅极提供使闸流管导通的脉冲信号，触发回路包括产生脉冲信号的脉冲变压器；抗干扰保护回路用于给栅极提供负栅压；\n当闸流管导通后，储能电容通过高压线圈放电，完成电磁推力机构动作。\n[0011] 再进一步，抗干扰保护回路包括第一、二电解电容器、，第一二极管，第二二极管和交流电源；交流电源的一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，另一端连接第一电解电容器的阳极和第二电解电容器的阴极；第二二极管的阴极和第二电解电容器的阳极相连并接地；第一二极管的阳极和第一电解电容器的阴极相连并连接闸流管的栅极。\n[0012] 再进一步，充电回路还包括用于指示储能电容电量的极化继电器。\n[0013] 再进一步，触发回路还包括用于在触发回路的脉冲信号给出前将充电回路连接至闸流管阳极的准备继电器；充电回路通过准备继电器的准备节点与电磁推力机构的高压线圈连接。\n[0014] 再进一步，控制回路还包括共同控制触发回路导通的延迟触发时间继电器和充电完毕指示继电器；延迟触发时间继电器和充电完毕指示继电器的节点分别连接到脉冲变压器低压侧的两端。\n[0015] 优选的，第一静触头通过固定法兰连接在绝缘筒的一端；动触头内部依次沿轴向设置有接触板、缓冲弹簧和固定板；合闸时，接触板随动触头向合闸方向运动，与固定法兰接触后缓冲弹簧压缩吸收能量；固定板分别与操动机构的输出端和动触头连接。\n[0016] 优选的，还包括设置在灭弧室下端的绝缘支撑装置；绝缘支撑装置上设置有用于给灭弧室提供压缩空气的进气管。\n[0017] 优选的，绝缘筒内填充的压缩空气气压为1.8-2.2MPa。\n[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：\n[0019] 本发明中的灭弧室通过采用高压空气绝缘，将触头间开距缩小，从而适应例如\n12kV的高压场所需求提高其绝缘等级，减少开距，从而保证了其快速合闸动作；一方面稳定了固有合闸时间，一方面增加了合闸可靠性。通过第二静触头作用为运动导向和电连接，通过第一静触头承受电弧，与动触头配合实现开合。\n[0020] 进一步的，通过采用电磁推力机构及四连杆-曲柄滑块连锁机构配合的完成脱锁扣操作，控制合闸操作，利用控制回路对电磁推力机构的控制，实现电度级控制合闸。\n[0021] 进一步的，控制回路利用氢闸流管正向阻断，需在栅极施加一触发脉冲后才能导通的特性，来控制高压线圈动作，从而对开关机构进行快速操作。充电回路与闸流管阳极相连，为充电变压器对充电电容充电；触发回路将得到陡峭的正脉冲送往闸流管的门极使闸流管触发；通过增加的在闸流管栅极的抗干扰保护回路，防止其在高压场所中，控制回路受到电磁干扰误动作。\n[0022] 进一步的，抗干扰保护回路通过二极管和电解电容器的组合，给闸流管的门极施加一个-110V的电压，防止干扰信号将闸流管导通；抗干扰能力强，分散性小，动作可靠等优点。在不检修的情况下，可连续操作500次，且合闸分散度不超过±2.7电度。\n[0023] 进一步的，利用设置的极化继电器实现充电完毕与脉变低压侧的连锁；利用准备继电器实现合闸信号与高压线圈的连锁；利用延迟触发时间继电器和充电完毕指示继电器完成充电回路与触发信号的连锁，减小了误触发的几率，保证了回路的可靠性。\n[0024] 进一步的，采用组合弹簧提供合闸功，使用弹力恒定的压缩弹簧组合来保障合闸时间的快速稳定；利用动触头内设计了弹簧缓冲装置，减小了合闸弹跳及振动，吸收合闸时过多剩余的能量，增加了机械寿命。\n附图说明\n[0025] 图1为本发明实例中所述高压大电流的选相合闸装置的结构示意图。\n[0026] 图2为本发明实例中所述控制回路的结构示意图。\n[0027] 图3为本发明实例中所述电磁推力机构原理图。\n[0028] 图4为本发明实例中分合闸状态下双摇臂四连杆机构的结构状态图。a为分闸状态图，b为合闸状态图。\n[0029] 图5为本发明实例中所述灭弧室的结构放大图。\n[0030] 图6为本发明实例中所述的控制动作流程图。\n[0031] 图中：动触头1，接触板101，缓冲弹簧102，固定板103，第一静触头201，第二静触头\n202，绝缘筒3，固定法兰301，传动连杆4，驱动杆5，第一摇臂601，第二摇臂602，连杆7，储能弹簧组8，活塞9，分闸气室10，绝缘支撑装置11，进气管12，闸流管13，充电变压器14，储能电容15，脉冲变压器16，第一电解电容器17，第二电解电容器18，第一二极管19，第二二极管\n20，交流电源21，极化继电器22，准备继电器23，充电完毕指示继电器24，延迟触发时间继电器25。\n具体实施方式\n[0032] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。\n[0033] 本发明一种高压大电流的选相合闸装置，如图1所示，其包括操动机构、灭弧室和控制回路；其中操动机构包括电磁推力机构，配合机构和储能机构。\n[0034] 如图3所示，通过采用动作时间非常小的电磁推力机构实现其在电度级控制装置合闸，当预先充电完毕的大容量电容对线圈放电，瞬时的暂态磁场对金属盘产生电动斥力，金属盘向上高速运动触发脱扣机构，推动死点，装置合闸。\n[0035] 如图1和图4所示，配合机构采用四连杆机构和曲柄滑块的连锁设置，分闸时利用死点限位，需要合闸时只需在死点上稍施外力，便可释放弹簧能力快速合闸。储能机构采用压缩储能弹簧组8对装置合闸进行能量输送，分闸时，对分闸气室10内充气，气压推动活塞9压缩储能弹簧组8，带动驱动杆5向上运动，至压缩完毕位置时，死点锁死。合闸时，电磁推力机构动作，死点打开，驱动杆5被储能弹簧组8带动向下运动，动触头1插入第一静触头201中，完成合闸。\n[0036] 其中，配合机构具体动作时，如图4所示，图a中当杆件处于“死点”A时，在滑块CD方向也就是在驱动杆5的方向上无论施加多大的力，也不能使其产生位移。图b中脱扣时，只需在A点上施加一个很小的力，使摇杆OA也就是第二摇杆602产生少量的角位移，便可使机构解体，这时储于储能弹簧组8上的能量便释放出来使滑块CD也就是在驱动杆5向下运动，达到高速合闸的目的。\n[0037] 储能弹簧组8中的强力组合弹簧由绕向不同，内径不等，粗细不一的两个强力弹簧同轴套设组成，具有弹力恒定的优点，以保证装置的固有合闸时间的稳定性。作用于储能弹簧组8的分闸气室10中的工作气压为0.6MPa，即6个大气压，由于与下方灭弧室的工作气压不同，所以本部分与灭弧室之间为独立密闭的。如图1所示，此时为合闸状态，需要分闸时，打开进气阀，6个大气压的气体从右下角气管进入，推动活塞9向上运动，从而压缩储能弹簧组8储能，为合闸做准备。合闸时，只需将上面所述的死点位置顶开，储能弹簧组8就会迅速释放能量，带动驱动杆5向下运动，在驱动杆5的下端部为开关的动触头3，在驱动杆5运动的同时，动触头3插入第一静触头201中，完成合闸。\n[0038] 如图1和图5所示，灭弧室部分采用高压空气绝缘，在保证合闸速度的同时提高了绝缘水平，一方面稳定了固有合闸时间，一方面增加了合闸可靠性。第一静触头201和第二静触头202均采用梅花触头，第一静触头201和动触头1的端部均采用铜钨合金材料制成。采用梅花型触头，以减轻快速合闸时触头的振动和增强抗熔焊性能，并将动静触头的端部变成了铜钨合金的材料，增加了触头的耐烧蚀性。第二静触头202主要作用为运动导向，第一静触头201才是真正意义上的静触头，担任的承受电弧的工作。其中动触头3下端部与第一静触头201的触指上端部均选用了铜钨合金作为电弧拉弧材料，增加了其耐烧损性，延长了寿命。\n[0039] 由于本装置合闸速度非常高，且必须保证动静触头间的稳定接触，动触头3在第一静触头201中必须有一个稳定的插入距离，所以，在动触头3下方设计一个弹簧缓冲装置，目的是为了让动触头3运动到的固定法兰301限位时，利用缓冲弹簧102来吸收其余未释放掉的能量，减少振动，防止合闸跳动，提高机械寿命。本装置动静触头3间开距为13±1mm，灭弧室内空气压力为2MPa，即20个大气压，在此条件下，绝缘等级可以达到12kV。\n[0040] 本发明还包括为整个装置提供支撑及绝缘保护的支撑装置11，如图1所示，优选的其由绝缘筒组成，且在底部有一根进气管12，提供灭弧室中所需的2MPa的气压，灭弧室下法兰与支撑装置11的支撑绝缘筒之间设计有气孔，使支撑绝缘筒中的气压能进入灭弧室中。\n[0041] 本发明的控制回路包括闸流管13，充电回路，触发回路和抗干扰保护回路。\n[0042] 充电回路中又分为充电部分和指示部分，其中充电部分回路与闸流管13阳极相连，在需要合闸前手动由充电变压器对充电电容充电，在充电后，断开与充电电容并联的放电回路，由于闸流管13的正向阻断的特性，回路不能导通；同时，与充电电容并联的极化继电器22一直在监测充电电压是否达到设定值，当电压足够时点亮充电完毕指示灯并将触发回路中脉冲变压器的低压侧与负线接通，启用脉冲回路，完成充电完毕与脉变低压侧的连锁。\n[0043] 触发回路是将脉冲变压器二次绕组感应出的一陡峭的正脉冲送往闸流管的栅极使闸流管触发；充电回路与高压线圈之间还有准备继电器23的一对常开接点，在给出合闸信号时，此接点才能导通，线圈才能带电，实现合闸信号与高压线圈的连锁，但此时没有触发电压，所以闸流管不导通；为保证充电回路与高压线圈相通后才能触发，在充电完毕指示继电器24带电后，还有一常开接点带电与延迟触发时间继电器25相连，经过一定时延后，使串于触发回路一次侧的延迟触发时间继电器25常开接点闭合，此时，脉冲变压器才能带电，实现充电回路与触发信号的连锁。\n[0044] 抗干扰保护回路为栅极侧有两个二极管和两个电解电容器的串联组合，长期给栅极施加-110V的电压，防止干扰信号进入栅极将闸流管导通，为简化装置，能够将负栅压回路部分做成PCB单面电路板，便于维修；脉冲变压器一次侧为一个二极管和一个电解电容器的串联组合，在脉冲变压器需要输出时，稳定给栅极输出一个正极性的陡峭脉冲，抵消栅极的负栅压并触发，闸流管导通，高压线圈带电，脱扣器动作，开关动作。\n[0045] 通过灭弧室部分采用高压空气绝缘，安全可靠无毒无污染；梅花型触座及铜钨合金的下静触指增加了其耐烧蚀性，延长了寿命。使用了四连杆机构和曲柄滑块连锁配合的脱锁扣机构，结构简单，维修方便，可靠性高。组合弹簧弹力恒定，有效保证装置的固有合闸时间。利用在控制回路方面增加抗干扰保护回路及充电完毕等连锁，在高压大电流强电磁场的环境下具有抗干扰能力强的特点；配合操动机构和灭弧室在不检修的情况下，可连续操作500次，且合闸分散度不超过±2.7电度。\n[0046] 本优选实例中所述的，其能够达到的优异参数如下，额定电压：12kV；合闸电流：\n120kA(有效)，330kA(峰值)；热稳定电流：120kA(0.3s)，120kA(1s)；分闸电磁阀额定电压：\n直流220V；合闸线圈所需能源：充电至6kV的10uf电容器工作气压：20±1ATM；触头开距：13±1mm；固合时间：20ms；合闸分散度：±2.7电度；触头间1分钟工频耐压：42kV；对基础冲击负荷：1.5吨；电磨损寿命：不检修，连续作500次带电操作，合闸分散度不超过±2.7电度。\n[0047] 为快速、准确操作开关，利用高压电容器对高压线圈放电，依靠电磁推力机构的线圈斥力使脱扣器动作，来操作开关。\n[0048] 现以远方操作为例，如图2和图6所示，依照此控制回路将开关操作过程详述如下。\n[0049] 1、按试验需要，通过按钮开关选择将要操作的合闸开关相，使相应相的中间继电器24ZJ线圈通电，常开接点闭合，接通相应相的控制回路电源并向闸流管13加灯丝电源和负栅偏压。\n[0050] 2、将充电开关21K右旋45°放于充电位置，此时HK已分，其常闭辅助接点闭合，使\n21ZC充电接触器线圈带点，21ZC的一对常开接点闭合，形成21ZC的自保持回路。此时即使放开21K，控制开关返回“0”位，21ZC的两对主触头仍接通主电容的充电整流回路。\n[0051] 3、待充电至预定电压，极化继电器22也就是电压监视继电器2JJ达到启动电压，充电完毕指示继电器24的常开接点接通21ZJ继电器线圈，21ZJ接点闭合，接通“充电完毕”信号灯，发出光信号，并接通脉冲变压器16也就是合闸脉冲变压器2MB的电源回路做好合闸准备。\n[0052] a.合闸操作：手动操作。\n[0053] 将主控台上的控制开关22K放于右45°位置，22K的5,6接点使准备继电器23也就是高压接触器22ZC线圈通电，将已充电的储能电容15的高压端加至闸流管13阳极，此时闸流管13栅极施有负偏压，仍不导通。\n[0054] 22K控制开关的1,2接点在45度位置时亦接通，使延迟触发继电器25也就是时间继电器线圈2SJ带电，经一定延时后，即待22ZC接点接通之后，2SJ接点接通脉冲变压器2MB，其脉冲前沿在2MB二次绕组上感应一陡峭的正脉冲，经23C隔离电容送往闸流管栅极使闸流管触发。闸流管导通过程仅数微秒，从而大大加速了线圈回路的电磁过程的时延。\n[0055] b.程控仪控制\n[0056] 由两个脉冲来分别完成上述主控台上22K的5,6和1,2所作的操作内容，其一，使高压接触器22ZC线圈通电,将闸流管阳极与电容器高压端接通。\n[0057] 第二个脉冲比前一个脉冲滞后约0.2s向脉冲变压器送出，以确保闸流管正极上有稳定接通的高压源情况下，向闸流管栅极送出触发脉冲，完成合闸开关的选相合闸操作。