擴容臂式無電弧型高壓電力斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉主要涉及高壓電力領(lǐng)域，特別是涉及3KV以上電壓級別的高壓斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]有史以來，安裝在電力系統(tǒng)的供配電設備內(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各類負載電路，特別是能可靠地斷開短路類故障電路，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，斷路器的動觸點和靜觸點在接通前或斷開后的瞬間，因間距很小而在額定電壓下形成強電場、造成介質(zhì)或空氣電離擊穿，從而產(chǎn)生動、靜觸點之間的電弧。電路中工作電流越大、額定電壓越高則電弧越嚴重。在ικν(ιοοον)及以下系統(tǒng)中，防電弧的技術(shù)相對容易，成本相對偏低。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1KV少油斷路器而言，僅在開斷20ΚΑ級別的短路電流時，其所產(chǎn)生的電弧功率就可達10兆瓦(10000KW)以上，斷路器動、靜觸頭之間的電弧柱溫度可達6000-7000攝氏度，甚至超過10000攝氏度，電弧可以導致所在電路發(fā)生相間短路故障，而短路電弧會造成電力系統(tǒng)的巨大惡性事故。因此，沒有滅弧技術(shù)則大功率負載電路的接通和斷開是無法實現(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負載電路的動作成功，特別是斷路器主觸點在斷開短路故障電流的瞬間，若不能可靠滅弧必然會引發(fā)毀滅性的災難。
[0004]迄今為止，電力系統(tǒng)普遍在線運行的3KV以上的高壓斷路器主要和常見的分為三大類:即“油斷路器”(分“多油開關(guān)”與“少油開關(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)生的強烈電弧；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抑制電??；而SF6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可能引起爆炸、噴濺、燃燒等擴大事故范圍的危險，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)復雜、維修復雜、且分斷大電流能力有限；SF6斷路器斷流和滅弧效果比較理想但復雜程度和成本超過真空斷路器；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)品自問世以來，不斷地演繹、變化和推陳出新，其壽命已超過一個世紀，但基本原理一直沒有革新，所面臨的前沿課題一直沒有改變，任何一代產(chǎn)品的設計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或閉都必須同時具備“密閉空間、滅弧介質(zhì)、吹弧氣流和觸點耐高溫”四個條件。為此，要考慮滅弧室工藝的高度可靠，要保證弧吹系統(tǒng)的科學合理，開關(guān)觸點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)無法簡化，成本居高不下，圖5-圖9分別為傳統(tǒng)高壓斷路器滅弧室內(nèi)結(jié)構(gòu)圖及滅弧方案示意圖。
[0005]油斷路器誕生于1895年，推廣于1930年之前，目前主要應用于3、6、10KV及以上的高壓系統(tǒng)中。真空斷路器始見于50年代(我國獨立研制真空斷路器始于70年代)，最初常見于?380/220V系統(tǒng)和?690V系統(tǒng)，后來逐步進入3、6、10KV系統(tǒng)。而SF6斷路器是近年來發(fā)展起來的新型斷路器，最常見于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，如何保證主觸點在接通和斷開有載電路(特別是斷開短路故障電路)瞬間所產(chǎn)生的強大電弧不造成事故，始終是產(chǎn)品研發(fā)和設計的最關(guān)鍵點。雖然滅弧要求使斷路器結(jié)構(gòu)異常復雜，成本增加數(shù)倍，但一直在實踐中延續(xù)；雖然國內(nèi)外的滅弧技術(shù)一直在提高和創(chuàng)新，但始終沒有找到最廉價的科學方法，滅弧的主題始終無法避免。
[0006]電力電子技術(shù)的發(fā)展推動了大功率電力電子開關(guān)和模塊的誕生，由于電力電子模塊的導通或截止狀態(tài)的改變是靠半導體材料內(nèi)部的自由電子的擴散和停止擴散的結(jié)果，其過程無電弧發(fā)生，由此啟發(fā)了人們用電力電子開關(guān)(即無觸點開關(guān))替代機械開關(guān)(有觸點開關(guān))的思路。無觸點開關(guān)產(chǎn)品曾經(jīng)在上世紀90年代如火如荼地發(fā)展和進步，業(yè)內(nèi)人士均認為各類大功率斷路器都將走進“無觸點”時代。然而，實踐中發(fā)現(xiàn):大功率電力電子模塊長時間承載負荷電流產(chǎn)生較大的功耗，其無法回避的熱隱患給系統(tǒng)安全帶來更大風險和隱患，故無法替代機械開關(guān)，更無法代替中、高壓電力斷路器。
[0007]電力斷路器誕生一百多年來，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，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)，無人問津斷路器基本結(jié)構(gòu)和基本模式的改變，無人推出既可以規(guī)避開關(guān)電弧、又可以規(guī)避在線熱損耗風險的大功率斷路器方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型為解決傳統(tǒng)高壓斷路器電弧防控難的技術(shù)問題提供一種擴容臂式無電弧型高壓電力斷路器，由機械開關(guān)K、無觸點擴容臂式開關(guān)(以下簡稱“臂式開關(guān)”或“臂”)、控制器P、輸入輸出監(jiān)測儀表Vl和V2構(gòu)成，其無觸點臂式開關(guān)由二極管D1、D2和以η (η彡2)個互相并聯(lián)的無觸點開關(guān)Tl-Tn、T2_Tn分別組成單臂，其Dl負極與Τ2_Τη正極連接點為臂式開關(guān)入端，以D2負極與Tl-Tn正極連接點為臂式開關(guān)出端，臂式開關(guān)入端與K觸點入端同接高壓輸入IR端，臂式開關(guān)出端與K觸點出端同接高壓輸出OUT端，開關(guān)組控制極共同接P，斷路器分閘時K觸點先斷而無觸點開關(guān)組后斷，合閘時無觸點開關(guān)組先通而K觸點后通。將無觸點開關(guān)的無電弧導通和截止的優(yōu)良特性與機械開關(guān)在線承載電流高且無熱隱患的特性有力結(jié)合，根本上解決了機械觸點瞬間斷開和閉合的大電弧產(chǎn)生弊端。用這種無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)、控制保護電路等方面的重大進步和變革，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)興趣和目標指向超高電壓領(lǐng)域，從而促進超高電壓領(lǐng)域新型電力開關(guān)產(chǎn)品的誕生，并促進超高電壓領(lǐng)域無電弧型斷路器的研發(fā)和生產(chǎn)，從而推動電力開關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)變革和飛躍。
[0010]傳統(tǒng)斷路器結(jié)構(gòu)的分型復雜、外部形狀各異、控制和保護電路繁復、滅弧室內(nèi)內(nèi)的秘密卻大同小異，載流動觸頭與靜觸頭之間或分或合的物理動作及其簡單，但卻危機重重！近百年來，業(yè)內(nèi)人士對高壓斷路器電弧事故的高度恐懼心里和防范意識一直難以解脫，而在無電弧型電力斷路器中則不存在電弧的困擾，能使載流觸點或分或合的簡單動作回歸自然。
[0011]本專利的突出優(yōu)點是徹底規(guī)避了高壓斷路器所面臨的電弧防控難題，省去了專為滅弧設計的所有附加機構(gòu)，大大簡化了高壓斷路器的基本結(jié)構(gòu)和控制保護電路，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，還特別適用于實現(xiàn)智能控制，有利于未來智能電網(wǎng)的構(gòu)建。
【附圖說明】
[0012]圖1為本專利產(chǎn)品的單相觸點實施例結(jié)構(gòu)圖
[0013]圖2為本專利產(chǎn)品的單相觸點另一實施例結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖3為本專利產(chǎn)品的三相觸點實施例結(jié)構(gòu)圖
[0015]圖4為本專利產(chǎn)品的三相觸點另一實施例結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖5為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內(nèi)基本結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖6為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內(nèi)縱吹式系統(tǒng)方案圖
[0018]圖7為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內(nèi)橫吹式系統(tǒng)方案圖
[0019]圖8為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內(nèi)縱橫吹式系統(tǒng)方案圖
[0020]圖9為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內(nèi)環(huán)吹式系統(tǒng)方案圖
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，擴容臂式無電弧型高壓電力斷路器由機械開關(guān)K、擴容臂式開關(guān)(以下簡稱“臂式開關(guān)”)、控制器P及監(jiān)測儀表Vl和V2構(gòu)成，其擴容臂式開關(guān)以二極管Dl和n (n ^ 2)個互相并聯(lián)的無觸點開關(guān)(Tl...Tn)以及二極管D2和η (η多2)個互相并聯(lián)的無觸點開關(guān)(Τ2...Tn)組成，其臂式開關(guān)入端與K主觸點入端同接電源輸入(IR)端，其出端與K觸點出端同接電源輸出(OUT)端，T1/T2...Tn的控制極共同接P，P的控制線還連接K的線圈或驅(qū)動裝置、P的信號線連接Vl和V2。
[0022]圖2是本專利產(chǎn)品的另一實施例結(jié)構(gòu)圖，圖3和圖4分別本專利產(chǎn)品的三相觸點結(jié)構(gòu)圖，其工作原理與單相完全相同，但三相斷路器的機械開關(guān)K可以是能夠同步驅(qū)動三相觸點的一體化機械開關(guān)，也可以是三個互相獨立的單相開關(guān)。