氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力高壓大容量斷路器領(lǐng)域，涉及一種基于直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的新型0)2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。
技術(shù)背景
[0002]近年來(lái)，我國(guó)的交直流輸電電壓等級(jí)不斷提高，發(fā)展耐壓水平更高、開斷容量更大的高壓斷路器勢(shì)在必行。目前高壓斷路器領(lǐng)域主要有兩種斷路器，一種是真空斷路器，一種是5^斷路器。SF6斷路器采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，其具有優(yōu)異的滅弧性能與良好的電氣絕緣特性，在IlOkV及以上電壓等級(jí)電力系統(tǒng)中3?6斷路器占據(jù)主導(dǎo)地位。研宄發(fā)現(xiàn)，大電流開斷時(shí)較大的開斷電流下降率(di/dt)和弧后恢復(fù)電壓上升率(RRRV)對(duì)5匕斷路器的開斷能力產(chǎn)生很大影響。另外，SF6氣體是一種溫室氣體，具有很高的全球變暖潛能值(GWP)且分解物為有毒氣體，其廢氣一旦泄露會(huì)對(duì)人和環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，減少SF6氣體的使用已成為人們的共識(shí)，尋找替代3^斷路器的環(huán)保型斷路器是當(dāng)今高壓斷路器領(lǐng)域研宄的一個(gè)熱點(diǎn)。
[0003]CO2氣體、C-C 4F8氣體、CF 31-C(V混合氣體等替代氣體都有相對(duì)優(yōu)異的滅弧性能，且其GWP都遠(yuǎn)小于SF6氣體，ABB公司已研制出72.5kV CO2氣體斷路器。真空斷路器以真空為絕緣和滅弧介質(zhì)，真空介質(zhì)具有優(yōu)異的承受開斷電流下降率(di/dt)和弧后電壓上升率(RRRV)的能力，在配電領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用。但真空間隙耐壓強(qiáng)度與間隙長(zhǎng)度的非線性增長(zhǎng)關(guān)系使長(zhǎng)真空間隙絕緣難以實(shí)現(xiàn)，制約了單斷口真空斷路器向更高電壓等級(jí)發(fā)展；多斷口真空斷路器雖然可實(shí)現(xiàn)高電壓等級(jí)的開斷，但其斷口間的同步控制、動(dòng)靜態(tài)均壓技術(shù)復(fù)雜，且制造成本較高，在很大程度上限制了多斷口真空斷路器的發(fā)展。
[0004]若利用氣體間隙和真空間隙的優(yōu)點(diǎn)，串聯(lián)兩種間隙在電弧電流過(guò)零后首先由真空間隙承擔(dān)瞬態(tài)起始恢復(fù)電壓，在氣體間隙介質(zhì)絕緣強(qiáng)度恢復(fù)后再由其承擔(dān)主要的恢復(fù)電壓，可在最大限度上克服兩種介質(zhì)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)性能互補(bǔ)?；凇疤疾蹲健奔夹g(shù)收集0)2氣體作為斷路器的一種滅弧介質(zhì)可以避免3匕氣體使用，并減少大氣中CO2氣體的排放量；將真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)可以有效幫助0)2氣體介質(zhì)強(qiáng)度快速恢復(fù)，提高斷路器整體開斷能力。為達(dá)到斷路器最大開斷能力，需精確控制氣體間隙與真空間隙協(xié)同動(dòng)作精度，盡可能減小操動(dòng)機(jī)構(gòu)分散性。國(guó)外現(xiàn)有的間隙串聯(lián)混合斷路器操動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難易實(shí)現(xiàn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的低分散性，實(shí)用性差難以推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的新型0)2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器；設(shè)計(jì)一包含直線電機(jī)恒軌跡測(cè)控單元和兩間隙協(xié)同動(dòng)作測(cè)控單元的斷路器控制器，通過(guò)光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)設(shè)值精確吻合和兩間隙動(dòng)觸頭協(xié)同動(dòng)作關(guān)系的實(shí)時(shí)調(diào)整，降低斷路器觸頭動(dòng)作分散性；通過(guò)并聯(lián)接入LC轉(zhuǎn)移支路和避雷器能量吸收支路斷路器可進(jìn)行直流電路開斷。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
該斷路器由CO2氣體間隙和真空間隙串聯(lián)組成，CO2氣體間隙部分包括CO 2氣體滅弧室端蓋法蘭、CO2氣體滅弧室、CO 2氣體滅弧室動(dòng)觸頭及導(dǎo)電拉桿、感應(yīng)線圈、氣罐、充氣閥、放氣閥、帶行程補(bǔ)償氣室拉桿、絕緣拉桿、直線電機(jī)動(dòng)子端、直線電機(jī)、復(fù)合材料絕緣套管(上)。真空間隙部分包括真空滅弧室端蓋法蘭、真空滅弧室、真空滅弧室動(dòng)觸頭及其拉桿、感應(yīng)線圈、蝶形彈簧、真空滅弧室外拉桿、拐臂連桿、復(fù)合材料絕緣套管(右)O此外還包括連接室、絕緣支柱、控制箱、控制器(含直線電機(jī)恒軌跡測(cè)控單元和兩間隙協(xié)同測(cè)控單元)、直線電機(jī)、支座。
[0007]0)2氣體間隙部分豎直放置，復(fù)合絕緣材料套管(上)頂端與0)2氣體滅弧室端蓋法蘭連接，復(fù)合材料絕緣套管(上)內(nèi)部為CO2氣體滅弧室，感應(yīng)線圈嵌入復(fù)合材料絕緣套管(上)內(nèi)部位于滅弧室下方；0)2氣體滅弧室底端與連接室相連，連接室等電位連接豎直放置的0)2氣體滅弧室底端和右側(cè)水平放置的真空滅弧室左端；連接室內(nèi)，CO 2氣體滅弧室動(dòng)觸頭及導(dǎo)電拉桿與帶行程補(bǔ)償氣室拉桿上端的氣室部分直連，帶行程補(bǔ)償氣室拉桿下端與絕緣拉桿相連，行程補(bǔ)償氣室通過(guò)由斷路器控制器控制的充氣閥和放氣閥與氣罐連接；絕緣拉桿與直線電機(jī)動(dòng)子端相連。
[0008]真空間隙部分水平放置，復(fù)合材料絕緣套管(右)左端與連接室右端連接，真空滅弧室在復(fù)合材料絕緣套管(右)內(nèi)部；連接室內(nèi)，真空間隙部分的拐臂連桿通過(guò)滑槽與CO2氣體間隙部分的帶補(bǔ)償氣室拉桿連接，拐臂連桿長(zhǎng)短臂長(zhǎng)度比例一定且拐點(diǎn)的位置固定，連桿短臂端與真空滅弧室外拉桿通過(guò)短滑槽連接；真空滅弧室外拉桿經(jīng)碟形彈簧與真空滅弧室動(dòng)觸頭及其拉桿相連；復(fù)合材料絕緣套管(右)右端與真空滅弧室端蓋法蘭連接。
[0009]連接室底部與絕緣支柱頂部相連，絕緣支柱底部和處于低電位的控制箱頂部連接；控制箱內(nèi)裝有斷路器控制器和直線電機(jī)，斷路器控制器包含直線電機(jī)恒軌跡測(cè)控單元和兩間隙協(xié)同動(dòng)作測(cè)控單元；控制箱底部與斷路器支座相連；co2氣體滅弧室端蓋法蘭和真空滅弧室端蓋法蘭分別與電力系統(tǒng)母線連接。
[0010]該斷路器控制器負(fù)責(zé)接收電力系統(tǒng)的分、合閘信號(hào)，控制器直線電機(jī)恒軌跡測(cè)控單元經(jīng)分析計(jì)算后對(duì)直線電機(jī)發(fā)出操動(dòng)指令并實(shí)時(shí)調(diào)控其動(dòng)子運(yùn)動(dòng)軌跡，使其與設(shè)定曲線吻合，完成分、合閘操作；同時(shí)控制器兩間隙協(xié)同測(cè)控單元監(jiān)測(cè)兩間隙觸頭的協(xié)同動(dòng)作關(guān)系控制充氣閥或放氣閥動(dòng)作，改變氣室氣壓微調(diào)CO2氣體間隙動(dòng)觸頭拉桿行程，調(diào)節(jié)兩間隙協(xié)同動(dòng)作關(guān)系，若需增大動(dòng)觸頭及其拉桿運(yùn)動(dòng)行程時(shí)控制放氣閥放氣，若需減少動(dòng)觸頭及其拉桿行程則控制充氣閥充氣；處于低電位的直線電機(jī)由低電位供電，電磁閥由感應(yīng)線圈及儲(chǔ)能延時(shí)電路供電。
[0011]該斷路器并聯(lián)接入LC轉(zhuǎn)移支路和避雷器能量吸收支路可組成直流斷路器，斷路器斷開時(shí)轉(zhuǎn)移支路開關(guān)閉合，斷路器與LC轉(zhuǎn)移支路相互作用并在人工過(guò)零點(diǎn)開斷電弧，最終在能量吸收支路避雷器的配合下完成直流電流開斷。
[0012]該斷路器設(shè)計(jì)基于現(xiàn)有的氣體滅弧室、真空滅弧室、直線電機(jī)及光電測(cè)控等技術(shù)。處于低電位的斷路器控制器接收來(lái)自電力系統(tǒng)的分、合閘信號(hào)實(shí)現(xiàn)斷路器動(dòng)作響應(yīng)。0)2氣體間隙與真空間隙采用串聯(lián)方式，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)間隙的動(dòng)作，由真空間隙承擔(dān)上升率較大的瞬態(tài)起始恢復(fù)電壓，0)2氣體間隙承擔(dān)之后主要的恢復(fù)電壓和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓；直線電機(jī)拉動(dòng)絕緣拉桿帶動(dòng)0)2氣體滅弧室動(dòng)作并同時(shí)通過(guò)滑槽聯(lián)動(dòng)拐臂連桿帶動(dòng)真空滅弧室動(dòng)作；斷路器控制器根據(jù)直線電機(jī)動(dòng)子行程、兩滅弧室觸頭協(xié)同狀態(tài)通過(guò)光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)設(shè)值精確吻合及兩間隙動(dòng)觸頭協(xié)同動(dòng)作關(guān)系的實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)0)2氣體間隙與真空間隙協(xié)同動(dòng)作的控制策略。
[0013]本發(fā)明的有益效果是在高電壓等級(jí)斷路器中采用CO2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)技術(shù)，使用“碳捕捉”技術(shù)收集的0)2氣體替代傳統(tǒng)的SF 6氣體，避免SF 6氣體使用減小其對(duì)環(huán)境的影響；采用運(yùn)動(dòng)行程較大的直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足更高電壓等級(jí)斷路器對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)行程和力矩的要求，通過(guò)斷路器控制器的直線電機(jī)行程測(cè)控單元使電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)軌跡與預(yù)設(shè)值精確吻合，通過(guò)兩間隙協(xié)同動(dòng)作測(cè)控單元實(shí)時(shí)測(cè)控調(diào)整兩間隙動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，降低操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作分散性實(shí)現(xiàn)開斷過(guò)程兩串聯(lián)間隙協(xié)同動(dòng)作策略；通過(guò)并聯(lián)接入LC轉(zhuǎn)移支路和避雷器能量吸收支路可組成直流斷路器，斷路器斷開時(shí)轉(zhuǎn)移支路開關(guān)閉合，斷路器與LC轉(zhuǎn)移支路相互作用并在人工過(guò)零點(diǎn)開斷電弧，最終在能量吸收支路避雷器的配合下完成直流電流開斷。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是斷路器結(jié)構(gòu)圖示意圖圖2是斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖3是斷路器控制系統(tǒng)示意圖
圖4是斷路器開斷直流電路示意圖圖中:
I 0)2氣體滅弧室端蓋法蘭；2復(fù)合材料絕緣套管(上)；
3 CO2氣體滅弧室靜觸頭；4 CO2氣體滅弧室；5 CO2氣體滅弧室