專利名稱：一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供配電技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于控制超高壓真空斷路器的分合閘操作的 一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)電力需求將持續(xù)增長(zhǎng)，電網(wǎng)發(fā)展 任務(wù)繁重，發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)顯得尤為迫切，而智能電網(wǎng)也正朝著超高壓、特高壓等級(jí)邁 進(jìn)，因此，研究開發(fā)與之相配套的高性能、高可靠性斷路器可為智能電網(wǎng)供電的安全性和可 靠性提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。超高壓斷路器的開發(fā)最為關(guān)鍵的兩個(gè)因素包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)和滅弧介質(zhì)，一般認(rèn)為單 斷口的斷路器是分?jǐn)嘈阅茌^佳的斷路器，在滅弧介質(zhì)中，SF6和真空是較為理想的兩種介 質(zhì)，其中SF6是較容易實(shí)現(xiàn)單斷口超高壓斷路器的滅弧介質(zhì)，但SF6在電弧分解下產(chǎn)生劇毒， 1997年京都會(huì)議提出SF6氣體屬于地球溫室效應(yīng)氣體之一，并且將于2030年后禁止使用， 因此開發(fā)以真空作為滅弧介質(zhì)的單斷口超高壓斷路器顯得尤為迫切。目前，操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分合閘速度問(wèn)題成為限制超高壓等級(jí)真空斷路器發(fā)展的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其分合閘動(dòng)作的速 度可使其適用于超高壓線路電網(wǎng)的真空斷路器中。本發(fā)明的目的還要提供一種超高壓真空 斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的方案為超高壓真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括渦流斥力機(jī) 構(gòu)、永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外磁軛、動(dòng)鐵心，在外磁軛內(nèi)部、動(dòng)鐵心外部的 上下兩端分別裝有合閘線圈和分閘線圈，分閘線圈和合閘線圈之間裝有永磁體，動(dòng)鐵心中 穿裝有下動(dòng)導(dǎo)桿，渦流斥力機(jī)構(gòu)位于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的上方，渦流斥力機(jī)構(gòu)包括渦流盤，渦流 盤的上方裝有分閘渦流線圈，下方裝有合閘渦流線圈；渦流盤上穿裝有上動(dòng)導(dǎo)桿，上動(dòng)導(dǎo)桿 穿過(guò)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的外磁軛連接動(dòng)鐵心中的下動(dòng)導(dǎo)桿。渦流斥力機(jī)構(gòu)可以有效提供短氣隙 的推力，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供長(zhǎng)氣隙時(shí)的分合閘力。本發(fā)明的超高壓正空斷路器用快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，在永磁體的內(nèi) 側(cè)設(shè)有極靴，極靴的設(shè)置可使磁力線的分布更加理想化，優(yōu)化分合間的效果。本發(fā)明的超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即 合閘線圈與分閘線圈高度不等；動(dòng)鐵心在分合閘動(dòng)作時(shí)可與外磁軛接觸的上端部分厚度與 下端厚度不等。具體來(lái)說(shuō)，永磁機(jī)構(gòu)的永久磁鐵回路通常是按吸力要求最大的一側(cè)設(shè)計(jì)的， 而另一側(cè)必須采取減小其吸力的措施，以減小動(dòng)鐵心與磁軛吸合面有效吸合面積，該種結(jié) 構(gòu)可與超高壓真空斷路器的反力特性曲線形成良好配合，實(shí)現(xiàn)斷路器良好的分合閘特性。本發(fā)明的超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，渦流盤為高導(dǎo)電率材料，外磁軛、動(dòng) 鐵心、極靴為高導(dǎo)磁材料，可使導(dǎo)磁回路的消耗的磁動(dòng)勢(shì)較小，可以有效增加氣隙的磁密，提高快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的出力功；上動(dòng)導(dǎo)桿和下動(dòng)導(dǎo)桿為非導(dǎo)磁材料，可避免磁路回路中出現(xiàn) 漏磁現(xiàn)象。本發(fā)明的超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制方法為
合閘時(shí)，合閘線圈通正向電流，形成向上吸力、分閘線圈通反向電流，對(duì)動(dòng)鐵心下端面 進(jìn)行弱磁，使動(dòng)鐵心能加速向上運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，合閘渦流線圈通脈沖電流，脈沖電流的變 化率大于零(di/dt>0)，在渦流盤中產(chǎn)生渦流，此渦流的極性方向與合閘渦流線圈產(chǎn)生的磁 場(chǎng)極性相反，在較短氣隙內(nèi)形成較大的向上推力。推斥渦流盤向上運(yùn)動(dòng)；
分閘時(shí)，分閘線圈通正向電流，形成向下吸力，合閘線圈通反向電流，對(duì)動(dòng)鐵心上端面 進(jìn)行弱磁，使動(dòng)鐵心能加速向下運(yùn)動(dòng)，分間渦流線圈通脈沖電流，脈沖電流的變化率大于 零(di/dt>0)，在渦流盤中產(chǎn)生渦流，此渦流的極性方向與分閘渦流線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性相 反，在較短氣隙內(nèi)形成較大的向下推力。推斥渦流盤向下運(yùn)動(dòng)。操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，上動(dòng)導(dǎo)桿、下動(dòng)導(dǎo)桿和動(dòng)鐵心構(gòu)成一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)部件，與動(dòng)鐵心同步 運(yùn)動(dòng)，保證動(dòng)鐵心在同心方向上運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的有益效果為超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制方法，其渦流斥 力機(jī)構(gòu)可以有效提供短氣隙的推力，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供長(zhǎng)氣隙時(shí)的分合閘力。將永磁操動(dòng) 機(jī)構(gòu)和渦流斥力機(jī)構(gòu)兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于超高壓斷路器上，可以實(shí)現(xiàn)超高壓斷路器快 速分合閘，有益于電弧的快速熄滅，延長(zhǎng)斷路器的壽命。


圖1為一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為合閘操作時(shí)的觸點(diǎn)電路原理圖3為分閘操作時(shí)的觸點(diǎn)電路原理圖； 圖4為操動(dòng)機(jī)構(gòu)在合閘操作時(shí)的觸點(diǎn)狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說(shuō)明。所述一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1所示，包括 渦流斥力機(jī)構(gòu)I和永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)II，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)II包括外磁軛7、動(dòng)鐵心5，外磁軛內(nèi)部 在動(dòng)鐵心外的上下兩端分別裝有合閘線圈和分閘線圈9，在分閘線圈9和合閘線圈4之間 裝有永磁體6，永磁體6操動(dòng)機(jī)構(gòu)II中，在永磁體6的內(nèi)側(cè)設(shè)有極靴8。動(dòng)鐵心5中穿裝有 下動(dòng)導(dǎo)桿11，渦流斥力機(jī)構(gòu)I位于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)II的上方，渦流斥力機(jī)構(gòu)I包括渦流盤2， 渦流盤的上方裝有分閘渦流線圈1，下方裝有合閘渦流線圈3 ；渦流盤2上穿裝有上動(dòng)導(dǎo)桿 10，上動(dòng)導(dǎo)桿10穿過(guò)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)II的外磁軛7連接動(dòng)鐵心5中的下動(dòng)導(dǎo)桿11。結(jié)合圖1，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)II采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即合閘線圈3與分閘線圈1高度不 等；動(dòng)鐵心5在分合間動(dòng)作時(shí)可與外磁軛7接觸的上端部分厚度與下端厚度不等。具體來(lái) 說(shuō)，永磁機(jī)構(gòu)II的永久磁鐵回路通常是按吸力要求最大的一側(cè)設(shè)計(jì)的，而另一側(cè)必須采取 減小其吸力的措施，以減小動(dòng)鐵心5與外磁軛7吸合面有效吸合面積，該種結(jié)構(gòu)可與超高壓 真空斷路器的反力特性曲線形成良好配合，實(shí)現(xiàn)斷路器良好的分合閘特性。所述控制方法結(jié)合圖2至圖4所示，觸點(diǎn)Kl、K2、K3、K4控制主回路的開關(guān)接點(diǎn)，接收并完成分合閘操作命令，對(duì)應(yīng)的接通或關(guān)斷分閘渦流線圈、合閘渦流線圈、合閘線圈和 分閘線圈的電流。當(dāng)接到合閘命令，第三觸點(diǎn)K3、第四觸點(diǎn)K4同時(shí)閉合，合閘線圈4和分閘線圈9由 變電站直流電源或電容供電，推動(dòng)動(dòng)鐵心5向上運(yùn)動(dòng)，分閘線圈9所加反向極性電壓，與此 同時(shí)，第一觸點(diǎn)Kl分?jǐn)?、第二觸點(diǎn)K2閉合，合閘渦流線圈3通瞬時(shí)脈沖電流，與渦流盤2產(chǎn) 生的磁場(chǎng)相斥，從而實(shí)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的快速合閘。當(dāng)接到分閘命令時(shí)，第三觸點(diǎn)K3、第四觸點(diǎn) K4同時(shí)閉合，合閘線圈4和分閘線圈9由變電站直流電源或電容供電，推動(dòng)動(dòng)鐵心5向下運(yùn) 動(dòng)，合閘線圈4加反向極性電壓與此同時(shí)，第一觸點(diǎn)Kl閉合、第二觸點(diǎn)K2分?jǐn)?，分閘渦流線 圈1通瞬時(shí)脈沖電流，與渦流盤2產(chǎn)生的磁場(chǎng)相斥，從而實(shí)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的快速分閘。本發(fā)明中所述具體實(shí)施案例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例而已，并非用來(lái)限定本發(fā) 明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā) 明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外磁軛、動(dòng)鐵心，外磁軛內(nèi)部在動(dòng)鐵心外上下兩端分別裝有合閘線圈和分閘線圈，在分閘線圈和合閘線圈之間裝有永磁體，動(dòng)鐵心中穿裝有下動(dòng)導(dǎo)桿，其特征在于，操動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)上方的渦流斥力機(jī)構(gòu)(I)，渦流斥力機(jī)構(gòu)(I)包括渦流盤(2)，渦流盤的上方裝有分閘渦流線圈(1)，下方裝有合閘渦流線圈(3)；渦流盤(2)上穿裝有上動(dòng)導(dǎo)桿(10)，上動(dòng)導(dǎo)桿(10)穿過(guò)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)的外磁軛(7)連接動(dòng)鐵心(5)中的下動(dòng)導(dǎo)桿(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，永磁操 動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)中，在永磁體(6)的內(nèi)側(cè)設(shè)有極靴(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于永磁 操動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)中，合閘線圈(4)與分閘線圈(9)高度不等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，動(dòng)鐵 心(5)在分合間動(dòng)作時(shí)可與外磁軛(7)接觸的上端部分厚度與下端厚度不等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于渦流 盤(2 )為高導(dǎo)電率材料，外磁軛(7 )、動(dòng)鐵心(5 )、極靴(8 )為高導(dǎo)磁材料，上動(dòng)導(dǎo)桿(10 )和 下動(dòng)導(dǎo)桿(11)為非導(dǎo)磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制 方法，其特征在于，該控制方法為合閘時(shí)，合閘線圈(4)通正向電流、分閘線圈(9)通反向電流，與此同時(shí)，合閘渦流線圈 (3)通脈沖電流；分閘時(shí)，分閘線圈(9)通正向電流，合閘線圈(4)通反向電流，分閘渦流線圈(1)通脈沖 電流。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超高壓真空斷路器快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制方法，操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦流斥力機(jī)構(gòu)，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式，可以很好地配合超高壓真空斷路器的反力特性要求；渦流斥力機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生瞬時(shí)的斥力，加速超高壓真空斷路器的分合閘操作。其控制方法為合閘時(shí)，合閘線圈通正向電流，分閘線圈通反向電流，與此同時(shí)，給合閘渦流線圈施加脈沖電流；分閘時(shí)，分閘線圈通正向電流，合閘線圈通反向電流，與此同時(shí)，給分閘渦流線圈施加脈沖電流。本發(fā)明通過(guò)采用非對(duì)稱永磁操動(dòng)和渦流斥力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的快速動(dòng)作，滿足超高壓真空斷路器的反力特性要求。
文檔編號(hào)H01H33/666GK101986407SQ20101057424
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者房淑華, 林鶴云, 汪先兵, 郭立家, 金平, 陳祥 申請(qǐng)人:東南大學(xué)