無(wú)電弧型并聯(lián)智能橋強(qiáng)控式高壓斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉主要涉及高壓電力領(lǐng)域，特別是涉及3KV以上電壓級(jí)別的高壓斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]有史以來(lái)，安裝在電力系統(tǒng)的供配電設(shè)備內(nèi)的各類大功率斷路器之所以可按照人的意志接通或斷開(kāi)各類負(fù)載電路，特別是能可靠地?cái)嚅_(kāi)短路類故障電路，關(guān)鍵在于斷路器滅弧系統(tǒng)的滅弧功能。
[0003]眾所周知，在操控非空載電路時(shí)，斷路器的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)在接通前或斷開(kāi)后的瞬間，因間距很小而在額定電壓下形成強(qiáng)電場(chǎng)、造成介質(zhì)或空氣電離擊穿，從而產(chǎn)生動(dòng)、靜觸點(diǎn)之間的電弧。電路中工作電流越大、額定電壓越高則電弧越嚴(yán)重。在ικν(ιοοον)及以下系統(tǒng)中，防電弧的技術(shù)相對(duì)容易，成本相對(duì)偏低。但3KV(3000V)及以上高壓系統(tǒng)的防電弧技術(shù)和成本則不容忽視。對(duì)1KV少油斷路器而言，僅在開(kāi)斷20ΚΑ級(jí)別的短路電流時(shí)，其所產(chǎn)生的電弧功率就可達(dá)10兆瓦(10000KW)以上，斷路器動(dòng)、靜觸頭之間的電弧柱溫度可達(dá)6000-7000攝氏度，甚至超過(guò)10000攝氏度，電弧可以導(dǎo)致所在電路發(fā)生相間短路故障，而短路電弧會(huì)造成電力系統(tǒng)的巨大惡性事故。因此，沒(méi)有滅弧技術(shù)則大功率負(fù)載電路的接通和斷開(kāi)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，故障電路的切除更是不可能的。只有保證安全滅弧才能保證斷路器接通或斷開(kāi)負(fù)載電路的動(dòng)作成功，特別是斷路器主觸點(diǎn)在斷開(kāi)短路故障電流的瞬間，若不能可靠滅弧必然會(huì)引發(fā)毀滅性的災(zāi)難。
[0004]迄今為止，電力系統(tǒng)普遍在線運(yùn)行的3KV以上的高壓斷路器主要和常見(jiàn)的分為三大類:即“油斷路器”(分“多油開(kāi)關(guān)”與“少油開(kāi)關(guān)”)、真空斷路器和SF6(六氟化硫)斷路器。其中油斷路器的密閉滅弧室內(nèi)裝有絕緣油，斷路器主觸頭是浸泡在油里工作的，靠油的絕緣作用和與空氣的隔絕作用加速熄滅通斷電路瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)烈電??；真空斷路器的密閉滅弧室內(nèi)是高度真空的，利用真空的絕緣作用來(lái)抑制電?。欢鳶F6斷路器的滅弧室內(nèi)則裝有用于滅弧的六氟化硫液體。油斷路器存在著故障情況下隨時(shí)可能引起爆炸、噴濺、燃燒等擴(kuò)大事故范圍的危險(xiǎn)，因此正在逐步被真空斷路器和SF6斷路器替代；而真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修復(fù)雜、且分?jǐn)啻箅娏髂芰τ邢?；SF6斷路器斷流和滅弧效果比較理想但復(fù)雜程度和成本超過(guò)真空斷路器；也有一些其他方式滅弧的斷路器但由于技術(shù)或安全等原因而應(yīng)用不夠普及。以滅弧為前沿課題的中高壓斷路器產(chǎn)品自問(wèn)世以來(lái)，不斷地演繹、變化和推陳出新，其壽命已超過(guò)一個(gè)世紀(jì)，但基本原理一直沒(méi)有革新，所面臨的前沿課題一直沒(méi)有改變，任何一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)首先必須解決好滅弧功能，任何種類的高壓斷路器的主觸頭的開(kāi)或閉都必須同時(shí)具備“密閉空間、滅弧介質(zhì)、吹弧氣流和觸點(diǎn)耐高溫”四個(gè)條件。為此，要考慮滅弧室工藝的高度可靠，要保證弧吹系統(tǒng)的科學(xué)合理，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)要采用耐高溫的貴重合金材料，要考慮滅弧介質(zhì)的質(zhì)量和純度......為了滅弧，斷路器的結(jié)構(gòu)無(wú)法簡(jiǎn)化，成本居高不下。
[0005]油斷路器誕生于1895年，推廣于1930年之前，目前主要應(yīng)用于3、6、10KV及以上的高壓系統(tǒng)中。真空斷路器始見(jiàn)于50年代(我國(guó)獨(dú)立研制真空斷路器始于70年代)，最初常見(jiàn)于?380/220V系統(tǒng)和?690V系統(tǒng)，后來(lái)逐步進(jìn)入3、6、10KV系統(tǒng)。而SF6斷路器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型斷路器，最常見(jiàn)于1KV配電系統(tǒng)。這些斷路器的成本、使用壽命、結(jié)構(gòu)形式和電氣性能主要決定于滅弧功能和主觸頭合金的質(zhì)量，如何保證主觸點(diǎn)在接通和斷開(kāi)有載電路(特別是斷開(kāi)短路故障電路)瞬間所產(chǎn)生的強(qiáng)大電弧不造成事故，始終是產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵點(diǎn)。雖然滅弧要求使斷路器結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，成本增加數(shù)倍，但一直在實(shí)踐中延續(xù)；雖然國(guó)內(nèi)外的滅弧技術(shù)一直在提高和創(chuàng)新，但始終沒(méi)有找到最廉價(jià)的科學(xué)方法，滅弧的主題始終無(wú)法避免。
[0006]電力電子技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了大功率電力電子開(kāi)關(guān)和模塊的誕生，由于電力電子模塊的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)的改變是靠半導(dǎo)體材料內(nèi)部的自由電子的擴(kuò)散和停止擴(kuò)散的結(jié)果，其過(guò)程無(wú)電弧發(fā)生，由此啟發(fā)了人們用電力電子開(kāi)關(guān)(即無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān))替代機(jī)械開(kāi)關(guān)(有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān))的思路。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)產(chǎn)品曾經(jīng)在上世紀(jì)90年代如火如荼地發(fā)展和進(jìn)步，業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為各類大功率斷路器都將走進(jìn)“無(wú)觸點(diǎn)”時(shí)代。然而，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn):大功率電力電子模塊長(zhǎng)時(shí)間承載負(fù)荷電流產(chǎn)生較大的功耗，其無(wú)法回避的熱隱患給系統(tǒng)安全帶來(lái)更大風(fēng)險(xiǎn)和隱患，故無(wú)法替代機(jī)械開(kāi)關(guān)，更無(wú)法代替中、高壓電力斷路器。
[0007]電力斷路器誕生一百多年來(lái)，產(chǎn)品研發(fā)的專家們始終鎖定滅弧課題苦苦攻關(guān)；而電力電子技術(shù)誕生幾十年來(lái)，產(chǎn)品研發(fā)的專家們始終以高效、高速和低熱為課題苦苦攻關(guān)，無(wú)人問(wèn)津斷路器基本結(jié)構(gòu)和基本模式的改變，無(wú)人推出既可以規(guī)避開(kāi)關(guān)電弧、又可以規(guī)避在線熱損耗風(fēng)險(xiǎn)的大功率斷路器方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種無(wú)電弧型并聯(lián)智能橋強(qiáng)控式高壓斷路器，由機(jī)械開(kāi)關(guān)K、無(wú)觸點(diǎn)橋開(kāi)關(guān)(以下簡(jiǎn)稱“橋開(kāi)關(guān)”或“橋”)及強(qiáng)控電路、控制器P、輸入輸出監(jiān)測(cè)儀表Vl和V2構(gòu)成，將無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)具有的可無(wú)電弧導(dǎo)通和截止的優(yōu)良特性及機(jī)械開(kāi)關(guān)在線承載電流無(wú)熱隱患的特性有力結(jié)合，并規(guī)避兩者弊端，合閘時(shí)橋開(kāi)關(guān)先導(dǎo)通、K觸點(diǎn)后閉合，跳閘時(shí)K觸點(diǎn)先斷開(kāi)而橋開(kāi)關(guān)后斷；長(zhǎng)期承載負(fù)荷電流靠K觸點(diǎn)，合閘前或跳閘后的瞬間靠橋開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)消除K觸點(diǎn)入端和出端之間的電壓，從而保證K觸點(diǎn)的斷開(kāi)或閉合不產(chǎn)生電弧。用這種無(wú)電弧型高壓斷路器替代前述各類現(xiàn)有的高壓斷路器，可以廣泛使用在3KV、6KV、10KV、22KV、33KV和66KV等高壓電力系統(tǒng)中，推而廣之，如果研發(fā)成功超高電壓型大功率電力電子開(kāi)關(guān)，此類斷路器還可以廣泛使用在超高電壓電力系統(tǒng)中。
[0009]實(shí)施本專利，可徹底改變已有百年歷史的傳統(tǒng)型高壓斷路器的結(jié)構(gòu)，引發(fā)高壓斷路器在基本結(jié)構(gòu)、控制保護(hù)電路等方面的重大進(jìn)步和變革，能快速刺激電力電子器件研發(fā)商及生產(chǎn)商把電力電子器件的研發(fā)興趣和目標(biāo)指向超高電壓領(lǐng)域，從而促進(jìn)超高電壓領(lǐng)域新型電力開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的誕生，并促進(jìn)超高電壓領(lǐng)域無(wú)電弧型斷路器的研發(fā)和生產(chǎn)，從而推動(dòng)電力開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)變革和飛躍。
[0010]傳統(tǒng)斷路器結(jié)構(gòu)與分型復(fù)雜，外部形狀各異，控制保護(hù)繁復(fù)，滅弧室內(nèi)內(nèi)的秘密卻大同小異，載流動(dòng)觸頭與靜觸頭之間或分或合的物理動(dòng)作及其簡(jiǎn)單，卻危機(jī)重重！近百年來(lái)，業(yè)內(nèi)人士對(duì)高壓斷路器電弧事故的高度恐懼心里和防范意識(shí)一直難以解脫……而在無(wú)電弧型電力斷路器中則不存在電弧的困擾，能使載流觸點(diǎn)或分或合的簡(jiǎn)單動(dòng)作回歸自然。
[0011]本專利的突出優(yōu)點(diǎn)是徹底規(guī)避了高壓斷路器所面臨的電弧防控難題，省去了專為滅弧設(shè)計(jì)的所有附加機(jī)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)和控制保護(hù)電路，不但能節(jié)省斷路器的大量成本(人力的、技術(shù)的、材料的)，成倍提高其安全性、可靠性和使用壽命，還特別適用于實(shí)現(xiàn)智能控制，有利于未來(lái)智能電網(wǎng)的構(gòu)建。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本專利產(chǎn)品的單相主接線原理示意圖
[0013]圖2為本專利產(chǎn)品的三相主接線原理示意圖
[0014]圖3為傳統(tǒng)斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖
[0015]圖4為滅弧室內(nèi)4種弧吹系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖
[0016]圖1和圖2僅為單相和三相之分，其工作原理完全相同，但三相斷路器中機(jī)械開(kāi)關(guān)K的三相觸點(diǎn)或分或合的同步動(dòng)作應(yīng)由同一個(gè)線圈或驅(qū)動(dòng)裝置同步聯(lián)動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1，2所示，無(wú)電弧型并聯(lián)智能橋強(qiáng)控式高壓斷路器由橋開(kāi)關(guān)、機(jī)械開(kāi)關(guān)K、控制器P及監(jiān)測(cè)儀表Vl和V2構(gòu)成，橋入端與K主觸點(diǎn)入端共點(diǎn)連接電源輸入(IR)端，橋出端與K觸點(diǎn)出端共點(diǎn)連接電源輸出(OUT)端，橋控制極接P，P的控制線還連接K的線圈或驅(qū)動(dòng)裝置、P的信號(hào)線連接Vl和V2。
[0018]根據(jù)橋開(kāi)關(guān)中無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)管的連接方式和數(shù)量的不同，無(wú)電弧型智能橋式高壓電力斷路器的無(wú)觸點(diǎn)通道分為智能橋式、并聯(lián)智能橋式、串聯(lián)智能橋式、矩陣智能橋式、智能橋強(qiáng)控式、并聯(lián)智能橋強(qiáng)控式、串聯(lián)智能橋強(qiáng)控式和矩陣智能橋強(qiáng)控式等八種類型，統(tǒng)稱之為“橋開(kāi)關(guān)”。本專利所述為并聯(lián)智能橋強(qiáng)控式，其特征是以二極管Dl、D2、D3、D4為橋臂，以η個(gè)(η多2)互相并聯(lián)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及強(qiáng)控電路為橋，原理說(shuō)明如下:
[0019]分閘過(guò)程(即跳閘過(guò)程):分閘之前K觸點(diǎn)承載電流，橋開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)組(Tl、Τ2...Tn)可以是截止?fàn)顟B(tài)，也可以是導(dǎo)通狀態(tài)(K觸點(diǎn)的閉合使橋開(kāi)關(guān)的入端和出端之間電壓接近0，其流過(guò)的電流也接近于O)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電路故障并判定需要分閘或收到人工手動(dòng)分閘命令后，P首先控制T1、T2...Tn可靠導(dǎo)通，然后控制K觸點(diǎn)分?jǐn)?，流?jīng)K觸點(diǎn)的負(fù)載電流或故障電流會(huì)隨著K主觸點(diǎn)的斷開(kāi)而自動(dòng)轉(zhuǎn)移至橋開(kāi)關(guān)通道，K觸點(diǎn)與橋開(kāi)關(guān)通道之間實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的無(wú)電弧交接后等待K觸點(diǎn)斷開(kāi)信號(hào)，接收到K觸點(diǎn)已可靠開(kāi)斷的信號(hào)后橋開(kāi)關(guān)立刻關(guān)閉(Tl、Τ2...Tn截止)、而Tl、Τ2...Tn在截止過(guò)程中毫無(wú)電弧發(fā)生，斷路器在整個(gè)斷路過(guò)程中沒(méi)有電弧產(chǎn)生，全過(guò)程在lOms-lOOms (可調(diào))內(nèi)可完成。電路開(kāi)斷(即斷路器分閘)后P保證K觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)而橋開(kāi)關(guān)始終處于關(guān)閉(截Tl、T2...Tn止)狀態(tài)，確保不會(huì)發(fā)生合閘誤動(dòng)作。
[0020]合閘過(guò)程(即接通過(guò)程):在橋開(kāi)關(guān)和K的主觸點(diǎn)均處于斷路狀態(tài)的情況下，當(dāng)監(jiān)測(cè)到合閘需求信號(hào)(備自投信號(hào))或人工手動(dòng)合閘指令后，P首先控制橋開(kāi)關(guān)導(dǎo)通(Tl、T2...Tn導(dǎo)通)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到橋開(kāi)關(guān)可靠導(dǎo)通的信號(hào)后立即控制K觸點(diǎn)閉合，由于K觸點(diǎn)閉合前橋開(kāi)關(guān)已經(jīng)導(dǎo)通并承載全部負(fù)荷電流，因此K觸點(diǎn)的入端和出端是在接近O電壓的情況下完成閉合，故不產(chǎn)生電弧，K觸點(diǎn)閉合后便自動(dòng)接替橋開(kāi)關(guān)承載負(fù)載電流(橋開(kāi)關(guān)的入端和出端處于接近被K的主觸點(diǎn)短接的狀態(tài))，此后的橋開(kāi)關(guān)通道可以繼續(xù)開(kāi)通(不影響K工作，也不會(huì)產(chǎn)生熱量)，也可以自動(dòng)關(guān)閉(T1、T2...Tn截止)，控制器P則進(jìn)入對(duì)電