本實用新型涉及開關設備技術領域，具體涉及一種自適應智能同步高速開關裝置。

背景技術：

目前，傳統(tǒng)的真空開關的分閘時間在30～50ms，合閘時間在40～60ms，而要使開關能夠在線路發(fā)生故障時能夠準確動作，還要配備專用的微機綜合保護裝置(簡稱綜保)，通過綜保采樣電流、電壓信號并做出判斷發(fā)出動作信號，使真空開關完成分閘或合閘命令及過程。這個過程的完成時間在70～100ms左右，在此期間系統(tǒng)電壓會出現(xiàn)一個時期的“電壓暫降”，使系統(tǒng)內(nèi)部設備的低電壓保護動作而引起大面積的設備停電事故，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。

另外，傳統(tǒng)真空開關的操作機構(gòu)三相動作是聯(lián)動的，當要完成動作時，三相機構(gòu)在同一時間完成分閘和合閘動作，但三相動作時間的分散度較大，這就導致在對電氣設備進行投入運行操作時，會因三相電壓的電角度不同而產(chǎn)生非常大的沖擊涌流，使保護配合困難，而在完成分閘時，也會因三相的電壓電角度不同，而給開關開斷帶來了困難，并可能引起較高幅值得操作過電壓。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種自適應型智能同步高速開關裝置，它通過采樣系統(tǒng)短路時的電流和電壓參數(shù)，計算出短路時的幅值、相位角和過零點，對線圈驅(qū)動磁通在運動的暫態(tài)過程進行均衡動態(tài)控制，自動根據(jù)短路狀態(tài)調(diào)節(jié)開關的分閘速度，來滿足不同短路狀態(tài)對分閘時間的要求。同時，通過固定于真空斷路器滅弧室固定座上洛克線圈對電流回路的采樣和監(jiān)測、控制，實現(xiàn)開關的智能監(jiān)控和分相控制，同步投切的功能。

一種自適應智能同步高速開關裝置，包括真空滅弧室、緩沖器、吸板、上磁軛、下磁軛、分閘線圈、合閘線圈、中軸桿、渦流盤、控制模塊、快速充電開關電源模塊、分閘電容器組、合閘電容器組、可控硅、自適應變阻抗器；

所述真空滅弧室上的動觸頭桿與緩沖器相連接，所述緩沖器與中軸桿相連接，所述中軸桿上分別與鋼制吸板和鋁制渦流盤在相關位置進行固定緊固后，再分別穿過上磁軛、下磁軛、分閘線圈、合閘線圈，最后固定在中軸桿的軸套上，在上磁軛和下磁軛上分別固定有不銹鋼的骨架，所述骨架內(nèi)部對稱放置有對等極數(shù)的永磁體，所述永磁體被骨架固定在上下磁軛之上，在上下磁軛上分別對稱安裝有光電傳感器，用于測量機構(gòu)的分、合閘位置信號；

所采用的分、合閘位置信號采用光電傳感器進行快速測量，保證了測量信號的抗干擾能力和準確性、快速性。

所述分閘電容器組與合閘電容器組的負極相連后，再連接到快速充電開關電源模塊的負極，所述分閘電容器組和合閘電容器組的正極分別經(jīng)一個二極管連接到快速充電開關電源模塊的正極后，又再分別并聯(lián)一根導線，接到分、合閘可控硅的陽極，而分、合閘可控硅的陰極經(jīng)自適應變阻抗器則分別接到分閘線圈和合閘線圈的進線端口，分閘線圈與合閘線圈的出線端口相并聯(lián)后接到分閘電容器組、合閘電容器組的負極；所述快速充電開關電源模塊的脈沖輸出分別接分閘可控硅、合閘可控硅的控制極；

所述分合閘自適應變阻抗器控制端連接到控制模塊的輸出端，便于控制模塊根據(jù)計算得幅值和相位角發(fā)出一個可控的觸發(fā)脈沖改變回路的阻抗值，從而實現(xiàn)分閘速度根據(jù)短路狀態(tài)自適應調(diào)節(jié)，分相動作、首半波過零點開斷的功能；

所述控制模塊的輸入端分別接真空滅弧室上的洛克線圈的輸出端、分合閘位置光電傳感器的輸出端、系統(tǒng)三相電壓信號端；所述控制模塊的輸出端分別接快速充電開關電源模塊的分、合閘脈沖觸發(fā)的輸入端，便于控制模塊對快速充電開關電源模塊內(nèi)部電路輸出分、合閘信號后，再由快速充電開關電源模塊發(fā)出分、合閘觸發(fā)脈沖，觸發(fā)可控硅導通，來實現(xiàn)對開關的分、合閘操作。

所述骨架內(nèi)部對稱放置有至少三對對等極數(shù)的永磁體，通過設置三對及以上的永磁體對稱的放于分、合閘不銹鋼骨架之間，并固定于鐵軛之上，形成磁回路，在降低回路磁阻同時，不降低總的吸力。當中軸桿帶動吸板做分閘或合閘運動時，由于多極磁場的對稱，保證了吸板在運動過程中所受上、下永磁體的磁場作用的對稱和均衡，各部分磁力線通過鋼制吸板表面上形成磁回路也保持對稱和均衡，使整個吸板表面總受力比較平衡，不發(fā)生運動過程中的變形而導致摩擦力增加、中軸桿變形、機構(gòu)不能分、合到位的問題。

與分閘保持線圈相接觸的上磁軛，在機構(gòu)的分閘線圈通電產(chǎn)生強磁場時，能夠有效屏蔽強脈沖磁場對永磁體的影響，又由于磁軛中的磁阻大，使磁軛中的渦流不太高，也不會對永磁體的磁場帶來影響。

控制模塊安裝在開關裝置內(nèi)部，通過采樣三相洛克線圈來進行電流瞬時值的快速判斷，故障識別的時間小于2ms。并且控制模塊設置有對系統(tǒng)三相電壓過零點自動采樣計算、電流過零點時間自動計算功能，并通過自動延時程序發(fā)出分相觸發(fā)信號，實現(xiàn)對電壓過零點的分相投入控制，和對電流過零點的分相切除控制，以實現(xiàn)對開關裝置的智能判斷和同步投切功能。

所采用的開關電源是快速充電電源，其對分合閘電容器組的充電時間小于0.5S，并且能夠適應交、直流220V電源的場所。

本實用新型的工作原理如下：

1、當執(zhí)行正常合閘操作時，通過按合閘按鈕給控制模塊輸入一個信號，控制模塊ZK接收到合閘信號命令后，分別采樣系統(tǒng)三相電壓信號并測算出過零點的時間，經(jīng)過延時程序后，分別發(fā)出三相機構(gòu)的合閘命令脈沖給三相的開關電源模塊，由三個開關電源模塊發(fā)出合閘觸發(fā)脈沖給可控硅的控制極，使可控硅觸發(fā)導通，則合閘電容器組經(jīng)可控硅對合閘線圈放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤，在渦流盤中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，由于線圈和渦流盤兩個磁場能量反向，產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤帶動中軸連桿和吸板向上運動，當推斥力大于分閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿帶動吸板向上運動到使滅弧室的動觸頭與靜觸頭接觸，并在緩沖器作用下降低反彈和彈跳，并最終被合閘保持磁鐵吸住，而最終保持在合閘位置完成裝置合閘動作，從而實現(xiàn)分相動作、過零點投入無 沖擊合閘的功能。

2、當執(zhí)行正常分閘操作時，通過按分閘按鈕給控制模塊輸入一個信號，控制模塊接收到分閘信號命令后，分別采樣洛克線圈三相電流信號并測算出過零點的時間，經(jīng)過延時程序后，分別發(fā)出三相機構(gòu)的分閘命令脈沖給三相的開關電源模塊，由三個開關電源模塊發(fā)出分閘觸發(fā)脈沖給可控硅的控制極，使可控硅觸發(fā)導通，則分閘電容器組經(jīng)可控硅對分閘線圈放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤，在渦流盤中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，而產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤帶動中軸連桿和吸板向下運動，當推斥力大于合閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿帶動吸板向下運動到使滅弧室的動觸頭與靜觸頭分離，并在緩沖器作用下加速向下運動，并最終被分閘保持磁鐵吸住，而保持在分閘位置完成裝置分閘動作，從而實現(xiàn)分相動作、過零點切除的功能。

3、當通過滅弧室的電流發(fā)展為短路電流，并超過控制模塊設定的整定值時，控制模塊通過獨特的算法程序，在2ms內(nèi)分別計算出三相短路電流的過零點時間和幅值、短路相位角后，控制模塊根據(jù)計算得幅值和相位角先發(fā)出一個可控的觸發(fā)脈沖改變回路的阻抗值，緊接著發(fā)出分閘命令給開關電源模塊，由三個開關電源模塊發(fā)出分閘觸發(fā)脈沖給可控硅的控制極，使可控硅觸發(fā)導通，則分閘電容器組經(jīng)可控硅對已經(jīng)阻抗變化了的分閘線圈放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤，在渦流盤中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，由于線圈和渦流盤兩個磁場能量反向，產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤帶動中軸連桿和吸板向下運動，當推斥力大于合閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿帶動吸板向下運動并使滅弧室的動觸頭與靜觸頭分離，并在緩沖器作用下加速向下運動，并最終被分閘保持磁鐵吸住，而保持在分閘位置完成裝置分閘動作，從而實現(xiàn)分閘速度根據(jù)短路狀態(tài)自適應調(diào)節(jié)，分相動作、首半波過零點開斷功能。

本實用新型的有益效果是：本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，設計合理，通過采樣系統(tǒng)短路時的電流和電壓參數(shù)，計算出短路時的幅值、相位角和過零點，對線圈驅(qū)動磁通在運動的暫態(tài)過程進行均衡動態(tài)控制，自動根據(jù)短路狀態(tài)調(diào)節(jié)開關的分閘速度，來滿足不同短路狀態(tài)對分閘時間的要求。同時，通過固定 于真空斷路器滅弧室固定座上洛克線圈對電流回路的采樣和監(jiān)測、控制，實現(xiàn)開關的智能監(jiān)控和分相控制，同步投切的功能。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。

如圖1所示，一種自適應智能同步高速開關裝置，包括真空滅弧室1、緩沖器2、吸板3、上磁軛4、下磁軛5、分閘線圈6、合閘線圈7、中軸桿8、渦流盤9、控制模塊10、快速充電開關電源模塊11、分閘電容器組12、合閘電容器組13、分閘可控硅14、合閘可控硅15、分閘自適應變阻抗器16、合閘自適應變阻抗器17；

真空滅弧室1上的動觸頭桿18與緩沖器2相連接，緩沖器2與中軸桿8相連接，中軸桿8上分別與鋼制吸板3和鋁制渦流盤9在相關位置進行固定緊固后，再分別穿過上磁軛4、下磁軛5、分閘線圈6、合閘線圈7，最后固定在中軸桿8的軸套19上，在上磁軛4和下磁軛5上分別固定有不銹鋼的骨架，骨架內(nèi)部對稱放置有對等極數(shù)的永磁體20，永磁體20被骨架固定在上磁軛4和下磁軛5之上，在上磁軛4和下磁軛5上分別對稱安裝有光電傳感器21，用于測量機構(gòu)的分、合閘位置信號；所采用的分、合閘位置信號采用光電傳感器21進行快速測量，保證了測量信號的抗干擾能力和準確性、快速性。

分閘電容器組12與合閘電容器組13的負極相連后，再連接到快速充電開關電源模塊11的負極，分閘電容器組12和合閘電容器組13的正極分別經(jīng)一個二極管22連接到快速充電開關電源模塊11的正極后，又再分別并聯(lián)一根導線，接到分、合閘可控硅14、15的陽極，而分、合閘可控硅14、15的陰極經(jīng)分閘自適應變阻抗器16、合閘自適應變阻抗器17則分別接到分閘線圈6和合閘線圈7的進線端口，分閘線圈6與合閘線圈7的出線端口相并聯(lián)后接到分閘電容器組12、合閘電容器組13的負極；快速充電開關電源模塊11的脈沖輸出分別接分 閘可控硅14、合閘可控硅15的控制極；分合閘自適應變阻抗器16、17控制端連接到控制模塊10的輸出端，便于控制模塊10根據(jù)計算得幅值和相位角發(fā)出一個可控的觸發(fā)脈沖改變回路的阻抗值，從而實現(xiàn)分閘速度根據(jù)短路狀態(tài)自適應調(diào)節(jié)，分相動作、首半波過零點開斷的功能；

控制模塊10的輸入端分別接真空滅弧室1上的洛克線圈23的輸出端、分合閘位置光電傳感器21的輸出端、系統(tǒng)三相電壓信號端；控制模塊10的輸出端分別接快速充電開關電源模塊11的分、合閘脈沖觸發(fā)的輸入端，便于控制模塊10對快速充電開關電源模塊11內(nèi)部電路輸出分、合閘信號后，再由快速充電開關電源模塊11發(fā)出分、合閘觸發(fā)脈沖，觸發(fā)可控硅導通，來實現(xiàn)對開關的分、合閘操作。

骨架內(nèi)部對稱放置有至少三對對等極數(shù)的永磁體20，通過設置三對及以上的永磁體對稱的放于分、合閘不銹鋼骨架之間，并固定于鐵軛之上，形成磁回路，在降低回路磁阻同時，不降低總的吸力。當中軸桿8帶動吸板3做分閘或合閘運動時，由于多極磁場的對稱，保證了吸板3在運動過程中所受上、下永磁體的磁場作用的對稱和均衡，各部分磁力線通過鋼制吸板表面上形成磁回路也保持對稱和均衡，使整個吸板表面總受力比較平衡，不發(fā)生運動過程中的變形而導致摩擦力增加、中軸桿變形、機構(gòu)不能分、合到位的問題。

與分閘線圈6相接觸的上磁軛4，在機構(gòu)的分閘線圈6通電產(chǎn)生強磁場時，能夠有效屏蔽強脈沖磁場對永磁體的影響，又由于磁軛中的磁阻大，使磁軛中的渦流不太高，也不會對永磁體的磁場帶來影響。

控制模塊10安裝在開關裝置內(nèi)部，通過采樣三相洛克線圈23來進行電流瞬時值的快速判斷，故障識別的時間小于2ms。并且控制模塊10設置有對系統(tǒng)三相電壓過零點自動采樣計算、電流過零點時間自動計算功能，并通過自動延時程序發(fā)出分相觸發(fā)信號，實現(xiàn)對電壓過零點的分相投入控制，和對電流過零點的分相切除控制，以實現(xiàn)對開關裝置的智能判斷和同步投切功能。所采用的開關電源是快速充電電源，其對分合閘電容器組的充電時間小于0.5S，并且能夠適應交、直流220V電源的場所。

本實用新型的工作原理如下：

1、當執(zhí)行正常合閘操作時，通過按合閘按鈕24給控制模塊輸入一個信號， 控制模塊10接收到合閘信號命令后，分別采樣系統(tǒng)三相電壓信號并測算出過零點的時間，經(jīng)過延時程序后，分別發(fā)出三相機構(gòu)的合閘命令脈沖給三相的快速充電開關電源模塊11，由三個快速充電開關電源模塊11發(fā)出合閘觸發(fā)脈沖給合閘可控硅15的控制極，使合閘可控硅15觸發(fā)導通，則合閘電容器組13經(jīng)合閘可控硅15對合閘線圈7放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤9，在渦流盤9中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，由于線圈和渦流盤9兩個磁場能量反向，產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤9帶動中軸桿8和吸板3向上運動，當推斥力大于分閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿8帶動吸板3向上運動到使真空滅弧室1的動觸頭18與靜觸頭(圖中未標示)接觸，并在緩沖器2作用下降低反彈和彈跳，并最終被合閘保持磁鐵吸住，而最終保持在合閘位置完成裝置合閘動作，從而實現(xiàn)分相動作、過零點投入無沖擊合閘的功能。

2、當執(zhí)行正常分閘操作時，通過按分閘按鈕25給控制模塊10輸入一個信號，控制模塊10接收到分閘信號命令后，分別采樣洛克線圈23三相電流信號并測算出過零點的時間，經(jīng)過延時程序后，分別發(fā)出三相機構(gòu)的分閘命令脈沖給三相的快速充電開關電源模塊11，由三個快速充電開關電源模塊11發(fā)出分閘觸發(fā)脈沖給分閘可控硅14的控制極，使可控硅觸發(fā)導通，則分閘電容器組12經(jīng)可控硅對分閘線圈6放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤9，在渦流盤9中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，而產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤9帶動中軸桿8和吸板3向下運動，當推斥力大于合閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿8帶動吸板3向下運動到使真空滅弧室1的動觸頭18與靜觸頭分離，并在緩沖器2作用下加速向下運動，并最終被分閘保持磁鐵吸住，而保持在分閘位置完成裝置分閘動作，從而實現(xiàn)分相動作、過零點切除的功能。

3、當通過真空滅弧室1的電流發(fā)展為短路電流，并超過控制模塊10設定的整定值時，控制模塊10通過獨特的算法程序，在2ms內(nèi)分別計算出三相短路電流的過零點時間和幅值、短路相位角后，控制模塊10根據(jù)計算得幅值和相位角先發(fā)出一個可控的觸發(fā)脈沖改變回路的阻抗值，緊接著發(fā)出分閘命令給快速充電開關電源模塊11，由三個快速充電開關電源模塊11發(fā)出分閘觸發(fā)脈 沖給可控硅的控制極，使可控硅觸發(fā)導通，則分閘電容器組12經(jīng)可控硅對已經(jīng)阻抗變化了的分閘線圈放電，將電場能量轉(zhuǎn)化為線圈的交變磁場能量，該磁通穿過渦流盤9，在渦流盤9中產(chǎn)生渦流，并同時產(chǎn)生一個去磁磁通，由于線圈和渦流盤9兩個磁場能量反向，產(chǎn)生一個較大的推斥力，推動渦流盤9帶動中軸桿8和吸板3向下運動，當推斥力大于合閘保持磁鐵的吸力時，中軸桿8帶動吸板3向下運動并使滅弧室的動觸頭18與靜觸頭分離，并在緩沖器2作用下加速向下運動，并最終被分閘保持磁鐵吸住，而保持在分閘位置完成裝置分閘動作，從而實現(xiàn)分閘速度根據(jù)短路狀態(tài)自適應調(diào)節(jié)，分相動作、首半波過零點開斷功能。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。