專利名稱：一種基于真空斷路器與sf6斷路器串聯的光控模塊式混合型斷路器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力高壓大容量斷路器領域，涉及一種可實用化的光控模塊式混合型
斷路器，用于組成高壓和超高壓模塊式混合型斷路器，填補國內空白。
背景技術：
目前，高壓斷路器領域有兩種高參數斷路器， 一種是真空斷路器，另一種是SF6斷 路器。SFe斷路器采用SFe作為滅弧介質，具有優異的絕緣性能，在110kV及以上電壓等級 占主導地位，開斷電流在40 63kA之間。目前我國超高壓電力系統短路容量需要開斷能 力和相應動、熱穩定能力達到63kA的斷路器，隨著1000kV電壓等級電網的發展，必將需要 更高容量的斷路器。目前國外產品的最高技術水平達到額定電壓800kV，開斷電流為63kA。 制約SFe斷路器開斷電流提高的主要阻礙為一是開斷電流下降率(di/dt)，二是弧后恢復 電壓上升率(RRRV)的影響。另外，為了保證足夠的大電流開斷能力，SFe斷路器要求足夠的
SFe來滿足所需的充氣壓力，由于SFe有溫室效應，其廢氣一旦泄露對人體有害，并帶來比較 高的工藝成本。以上原因使單純發展SFe斷路器邁向更高容量的斷路器領域阻力重重。為 此要在超高壓大容量領域尋求環境友好的SF6斷路器替代產品，真空斷路器被認為是極具
發展潛力的。真空斷路器利用真空作為主觸頭間的絕緣介質和滅弧介質，真空介質極為優
異的承受開斷電流下降率(di/dt)和弧后恢復電壓上升率(RRRV)的能力，使之在配電領域 得到了廣泛的發展和應用，并在故障電流超過50kA的電力系統中可以表現出比SF6斷路器 更為卓越的開斷能力和可靠性。目前的真空斷路器最高開斷電流可以達到200kA。但由于 長真空間隙的絕緣有難以克服的困難，真空斷路器的耐壓水平無法與SF6斷路器相媲美，目 前真空斷路器尚只能應用于110kV及以下電壓等級。研究發現，如果能夠巧妙綜合利用SF6 斷路器和真空斷路器各自的優異特性，采用SFe滅弧室和真空滅弧室進行串聯組成混合式 斷路器就能使其在最大程度上克服各自的缺點，發揮兩者的優勢并開發出經濟實用的超高 壓大容量斷路器。這樣可以最大限度的減少SF6使用，降低SF6介質充氣壓力，可在無需加 熱前提下將其工作溫度范圍擴大到-50癍，同時降低斷路器體積與成本，顯示出在高電壓 和大電流領域的誘人應用前景。但是，由于受技術條件制約，為了保證混合型斷路器各斷口 的動作精度，國外現有的混合型斷路器總體結構復雜，難于由電子計算機系統直接控制，造 價昂貴，無法在電力系統中大面積推廣應用，而國內的混合型斷路器尚為空白。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種光電控制的、具有高電位操動機構的基于真 空斷路器與SF6斷路器串聯的光控模塊式混合型斷路器，以實現一種可與電子控制系統直 接接口的模塊化110kV以上的高電壓大容量混合型斷路器。
本發明的技術方案是 該光控模塊式混合型斷路器由光控真空斷路器模塊與SF6斷路器模塊串聯組成。光控真空斷路器模塊包括真空滅弧室端蓋法蘭、真空滅弧室、電源感應線圈、動導電桿、蝶形彈簧、滾動連接部件、操動機構電源管理板、電容器、光電開關、蓄電池、控制信號傳輸光纜、真空斷路器模塊控制段鋁箱、環氧絕緣桶和硅橡膠絕緣外套。SF6斷路器模塊包括SF6滅弧室端蓋法蘭、SF6滅弧室、滅弧室動端接線板、絕緣拉桿、拐臂連接部件、SF6滅弧室操動機構、低電位控制器、SF6斷路器模塊控制段鋁箱和絕緣瓷套。 光控真空斷路器模塊的操動機構經蝶形彈簧與真空滅弧室的動導電桿等電位直接相連；滾動連接部件與真空滅弧室的動導電桿相連；光控真空斷路器模塊采用自具型電源，從負荷電流中獲取電能的感應電源線圈與操動機構電源管理板相連；操動機構電源管理板控制蓄電池為電容器充電，由光電開關控制電容器為操動機構勵磁；硅橡膠絕緣外套包裹環氧絕緣筒，環氧絕緣筒與光控真空斷路器模塊的端蓋法蘭、控制段鋁箱相連。
SF6斷路器模塊的SF6滅弧室斷路器操動機構經拐臂連接部件和絕緣拉桿與SF6滅弧室動觸頭相連；上絕緣瓷套與SF6滅弧室端蓋法蘭、SF6電流互感器上端相連，SF6電流互感器下端與滅弧室動端接線板相連，下絕緣瓷套與滅弧室動端接線板、SF6模塊控制段鋁箱相連。 該光控模塊式混合型斷路器的低電位控制器負責接收電力系統的分、合閘信號，在低電位端進行同步協調計算后直接控制六氟化硫斷路器操動機構完成分、合閘操作，并通過光纖向光控真空斷路器模塊的電源管理板發送分、合閘信號。光控真空斷路器模塊的電源管理板接收低電位控制器的分、合閘信號后，通過光電開關控制電容器為光控真空斷路器模塊操動機構勵磁完成分、合閘操作。混合型斷路器通過光控真空斷路器模塊的端蓋法蘭和SF6模塊滅弧室動端連接板與電力系統母線連接；光控真空斷路器模塊的控制段鋁箱與SF6模塊的端蓋法蘭直接連接。 該光控模塊式混合型斷路器是在現有的真空斷路器、SF6斷路器和光電控制技術基礎上組成的。光控真空斷路器模塊的永磁操動機構與滅弧室等電位直接相連，取消了真空滅弧室與操動機構之間的絕緣拉桿；感應電源線圈直接從負荷電流中獲取電能補充蓄電池，蓄電池通過電源管理板為電容器充電。低電位控制器接收電力系統的分、合閘信號，在低電位端進行同步協調計算后分別控制真空斷路器和SF6斷路器的操動機構使操動機構動作，使混合型斷路器中的真空滅弧室和SF6滅弧室協同動作完成系統電流的接通與分斷。低電位控制器接收的分、合閘信號可直接由電力系統的計算機控制。可以根據電壓等級選配不同參數的真空斷路器模塊和SF6斷路器模塊組成高電壓大容量的混合型斷路器。
本發明的有益效果是在高電壓等級中應用先進的混合型斷路器技術取代現有的SF6斷路器，在相同的短路開斷容量下，相比單純的SF6斷路器可以減少25%以上的SF6氣體用量；在相同的SF6氣體用量下，可以顯著提高短路開斷容量；光控真空斷路器模塊的操動機構與滅弧室等電位直接相連簡化了高壓大容量斷路器的絕緣結構；由于光控真空斷路器模塊采用自具型電源，在模塊內部解決操動能源問題并由光信號控制，免除操動機構與斷路器本體的絕緣困難，并使傳輸的信號可直接連到計算機控制系統，解決了常規高壓斷路器在絕緣和控制方面的不足。該方法涉及的模塊結構簡單、工業實現方便，運行可靠、壽命長，并不受外界環境干擾，通過模塊的串聯和控制信號的同步觸發，可實現110kV以上電壓等級的大容量斷路器。
圖1是光控模塊式混合型斷路器的結構示意圖。 圖2是光控模塊式混合型斷路器的電路框圖。 圖3是光控真空斷路器模塊的典型結構示意圖。 圖4是SF6斷路器模塊的典型結構示意圖。 圖中 1真空滅弧室端蓋法蘭；2硅橡膠絕緣外套；3真空斷路器模塊控制段鋁； 4SF6滅弧室端蓋法蘭；5上絕緣瓷套；6 SF6斷路器互感器； 7滅弧室動端接線板；8下絕緣瓷套；9 SF6斷路器模塊控制段鋁箱； 10系統信號輸入光纜；11控制信號傳輸光纜；12感應電源線圈； 13電源管理板；14電容器；15蓄電池；16光電開關； 17真空斷路器操動機構；18低電位控制器；19 SF6斷路器操動機構； 20真空滅弧室；21環氧絕緣筒；22導桿滾動連接部件；23蝶形彈簧。 24SF6滅弧室；25絕緣拉桿；26拐臂連接部件。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實例。 混合型斷路器正常處于導通工作狀態時，光控真空斷路器模塊感應電源線圈12 感應出的二次電流送入電源管理板13，電源管理板13變換后為蓄電池15充電；蓄電池15 在儲能電容器14電壓不足時經電源管理板13控制為其充電。混合斷路器開斷過程中，低 電位控制器18接到經電力系統信號輸入光纜10傳輸的系統分、合閘信號后，在低電位端進 行同步協調計算后直接控制SF6斷路器操動機構19動作；并通過控制信號傳輸光纜11發 控制信號給真空斷路器電源管理板13控制光電開關16導通，使儲能電容器14中的電能釋 放為真空滅弧室操動機構17勵磁，使操動機構動作；兩滅弧室協同動作完成系統電流的接 通與分斷。 系統中高壓大電流流經真空滅弧室端蓋法蘭l，真空滅弧室20、導桿滾動連接部 件22、真空斷路器操動機構17到真空斷路器模塊控制段鋁箱3，真空斷路器模塊控制段鋁 箱3與SF6滅弧室端蓋法蘭4連接，經SF6滅弧室24、SF6滅弧室動端連接板7與系統母線 連接。SF6斷路器模塊中的絕緣拉桿25將拐臂連接部件26和SF6滅弧室操動機構19與高 壓部分隔離。環氧絕緣筒21和硅橡膠絕緣外套2用于保證真空滅弧室處于分斷狀態時的 斷口外絕緣。上絕緣瓷套5 用于保證SF6斷路器滅弧室24處于分斷狀態時的斷口外絕緣，下絕緣瓷套8用于 保證SF6斷路器高電位與低電位的絕緣。
權利要求
一種基于真空斷路器與SF6斷路器串聯的光控模塊式混合型斷路器，其特征在于由光控真空斷路器模塊與SF6斷路器模塊串聯組成，光控真空斷路器模塊包括真空滅弧室端蓋法蘭(1)、真空滅弧室(20)、電源感應線圈(12)、蝶形彈簧(23)、滾動連接部件(22)、操動機構(17)、操動機構電源管理板(13)、電容器(14)、光電開關(16)、蓄電池(15)、控制信號傳輸光纜(11)、真空斷路器模塊控制段鋁箱(3)、環氧絕緣桶(21)和硅橡膠絕緣外套(2)；SF6斷路器模塊包括SF6滅弧室端蓋法蘭(4)、SF6滅弧室(24)、滅弧室動端接線板(7)、絕緣拉桿(25)、拐臂連接部件(26)、SF6滅弧室操動機構(19)、低電位控制器(18)、SF6斷路器模塊控制段鋁箱(9)和上絕緣瓷套(5)、下絕緣瓷套(8)；光控真空斷路器模塊的操動機構(17)經蝶形彈簧(23)與真空滅弧室(20)的動導電桿等電位直接相連；滾動連接部件(22)與真空滅弧室(20)的動導電桿相連；從負荷電流中獲取電能的感應電源線圈(12)與電源管理板(13)相連；電源管理板(13)控制蓄電池(15)為電容器(14)充電，由光電開關(16)控制電容器(14)為操動機構(17)勵磁；硅橡膠絕緣外套(2)包裹環氧絕緣筒(21)，環氧絕緣筒(21)與光控真空斷路器模塊的端蓋法蘭(1)、控制段鋁箱(3)相連；SF6斷路器模塊的操動機構(19)經拐臂連接部件(26)和絕緣拉桿(25)與SF6滅弧室(24)相連；低電位控制器(18)直接控制SF6斷路器操動機構(19)動作；上絕緣瓷套(5)與SF6滅弧室端蓋法蘭(4)、SF6電流互感器(6)上端相連，SF6電流互感器(6)下端與滅弧室動端接線板(7)相連，絕緣瓷套(8)與滅弧室動端接線板(7)、SF6模塊控制段鋁箱(9)相連。
2. 根據權利要求1所述的一種基于真空斷路器與SF6斷路器串聯的光控模塊式混合型斷路器，其特征還在于光控模塊式混合型斷路器的低電位控制器負責接收電力系統的分、合閘信號，在低電位端進行同步協調計算后直接控制六氟化硫斷路器操動機構完成分、合閘操作，并通過光纖向光控真空斷路器模塊的電源管理板發送分、合閘信號。
3. 根據權利要求1或2所述的一種基于真空斷路器與SF6斷路器串聯的光控模塊式混合型斷路器，其特征還在于光控真空斷路器模塊采用自具型電源。
全文摘要
一種光控模塊式混合型斷路器，屬于電力高壓大容量斷路器領域。在現有的真空斷路器、SF6斷路器和光電控制基礎上組成光控模塊式混合型斷路器。光控真空斷路器模塊的永磁操動機構與滅弧室等電位直接相連，感應電源線圈直接從負荷電流中獲取電能補充蓄電池。低電位控制器接收電力系統的分合閘信號，在低電位端進行同步協調計算后控制真空斷路器和SF6斷路器的操動機構動作。低電位控制器接收的分、合閘信號可直接由電力系統的計算機控制。該方法可以根據電壓等級選配不同參數的真空斷路器模塊和SF6斷路器模塊組成高電壓大容量的混合型斷路器。涉及的模塊結構簡單，運行可靠、壽命長，不受外界干擾，實現110kV以上電壓等級的大容量斷路器。
文檔編號H01H33/666GK101783262SQ20101030011
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者叢吉遠, 廖敏夫, 段雄英, 王永興, 程顯, 董恩源, 鄒積巖 申請人:大連理工大學