专利名称：一种用于三分频输电系统的低频断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于三分频输电系统的断路器，特别涉及一种喷口处有长时间气吹，并且气吹强度可以调节的断路器。
背景技术：
当前能源危机的加深以及环境保护的迫切需要，可再生能源和清洁能源日益受到世界各国的重视。通常风力发电和水力发电等可再生能源的位置较偏远，其原动机转速很 低，适合低频发电，而低频输电具有降低电抗、提高输送能力等优势，因此，分频输电技术为新能源的并网运行提供了切实可行的途径。三分频输电与传统工频交流输电最大的区别在于电流周期的改变，半波周期由原来的IOms变为30ms。因此，三分频输电系统的断路器在开断过程中，电弧从产生到熄灭的时间变长，目前已有的工频输电系统的断路器，由于机构运动时间短，操动机构多采用弹簧机构和液压机构，两者的运动时间和调速范围均不能满足三分频输电系统长时间燃弧情况下的分断要求，在三分频输电系统电流过零时在喷口处已经没有足够强度的气吹，无法保证可靠开断。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种可以应用于三分频输电系统的低频断路器。断路器机构采用可调速电机，通过改变可调速电机的转速，和/或改变气室中活塞的行程实现断路器喷口处长时间气吹，在低频断路器压气室喷口处可产生时间至少达60ms的气体，同时可以通过传感器实时检测喷口处的气流速度并根据气流速度调节电机转速，使分断过程中喷口处气流速度大于15m/s。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是
一种用于三分频输电系统的低频断路器，包括断路器机构，所述断路器机构包括电机；气室，所述气室包括在所述气室中的压气室活塞以及推动所述压气室活塞运动的连杆；所述断路器机构和所述气室通过拐臂、绝缘拉杆连接，所述拐臂的一端固定于所述电机的主轴，一端与所述绝缘拉杆连接，所述电机的转轴以转动形式带动所述拐臂和所述绝缘动拉杆运动，所述绝缘拉杆连接所述连杆，推动所述压气室活塞运动；所述电机为可调速电机，在低频断路器压气室喷口处产生时间至少达60ms的长时间气吹，且气流速度大于等于15m/ s。通过改变可调速电机的转速，和/或改变气室中活塞的行程实现断路器喷口处长时间气吹，在低频断路器压气室喷口处可产生时间至少达60ms的气体，且气流速度大于等于15m/s。满足了在三分频输电系统中长的气吹时间，和高的气流强度，保证了可靠开断。
图1是断路器不意图，其中图1 (a)为工频断路器不意图，图1 (b)、图1 (C)、图1 (d)为低频断路器示意 图2是低频断路器控制流程 图3是低频断路器测速装置框图。1.断路器机构2.拐臂3.绝缘拉杆4.连杆5.压气室活塞6.压气室
具体实施例方式参见图1 (a)，工频断路器包括断路器机构I以及气室6，断路器机构I包括电机，气室6包括在气室中的压气室活塞5以及推动压气室活塞5运动的连杆(动弧触头)4。断 路器机构I和气室6通过拐臂2、绝缘拉杆3连接。其中断路器机构I包括电机，拐臂2 —端固定于电机主轴，一端与绝缘拉杆3连接，电机转轴以转动形式带动拐臂2和绝缘动拉杆3运动，绝缘拉杆3连接连杆(动弧触头)4，推动压气室活塞5运动。对于适用于工频条件下的工频断路器，只能保持30ms左右的气吹时间。本发明是一种适用于三分频输电系统的低频断路器，现结合图1中图1 (b)、图1(C)和图1 (d)的3种改进方案说明低频断路器机构。图1 (b)、图1 (C)和图1 (d)相同的元件具有相同的附图标记，所不同的是，为了适用于三分频的输电系统，在图1 (b)、图1(C)和图1 (d)断路器机构I的电机为可调速电机。并且通过改变可调速电机的转速，和/或改变气室中活塞的行程实现断路器喷口处长时间气吹，在低频断路器压气室喷口处可产生时间至少达60ms的气体。图1 (b)为本发明的实施例1，该方案使得电机低速运动，并增大压气室的直径。具体而言，在实施例1中，控制断路器I电机以相对于常用的工频断路器电机转速的低速而运动，增加气吹时间，从而使得喷口处有长时间气吹，使得气吹时间满足三分频输电系统要求，即至少60ms。由于电机运动速度较小，喷口处气流速度较低，为了保证喷口处气吹强度满足分断要求，可以增大压气室的直径，具体而言，包括增大压气室中压气缸的直径或者减少压气室的压气缸的气壁的厚度等，同时压气室活塞的直径做相应的调整以保证气吹的输出。实际上，对于相同的断路器的压气室活塞的运动速度，可以通过改变压气缸直径或高度调节喷口处气流速度。在三分频输电系统中，电流周期为60ms。当触头打开处于电流前半周期上升阶段时，由于第一个电流过零点时触头打开间距较小，触头间气吹强度不够，电弧继续维持，需等待半个周期在第二个电流过零点分断。工频下断路器运动时间约为34ms，而长燃弧情况下，机构运动时间应不小于60ms，则假设希望通过降低可调速电机转速来解决本发明的技术问题，那么如果可调速电机运行过程中的平均运动速度约为工频下的0. 57倍时，则只需将断路器压气室直径相应的增大至工频的1. 32倍。除了降低电机的转速，还能通过增大压气室中活塞的行程以增大气吹时间。图1 (C)为本发明的实施例2，在该实施例中采用长的拐臂和长高度的压气室。由于拐臂的长度和压气室的高度增加，使得压气室中活塞的行程增加从而增大气吹时间，达到至少60ms。同时，使得电机的平均运动速度与工频下平均运动运动速度基本一致，与工频下相比，单位时间内压气量基本不变，断路器喷口处气吹强度可以满足三分频输电系统分断要求。图1(d)为本发明的实施例3，在本实施例中调节电机转动范围，具体的来说，增大电机转动范围，同时设计长高度压气室，进而增大压气室活塞的行程。在本实施例中，拐臂的长度为常见的工频断路器中拐臂的长度。在实施例2和3中电机的转速均可以为常见的工频断路器中电机的转速。图2为本发明的实施例4。已有工程实践及仿真结果表明，断路器机构停止运动后约在几个毫秒内喷口处气流速度将迅速下降至0，无法可靠熄灭电弧。而，对于三分频输电系统，喷口处气吹速度要求大于等于15m/s。为保证长燃弧分断情况下喷口处依旧有足够的气吹强度，整个机构运动时间要满足大于等于三分频输电系统电流的一个周期，且在该周期内保证大于等于15m/s的气吹强度。因此，在实施例4中将监测喷口电机的气吹速度，并控制电机的转速以保证一定的气吹强度，且该气吹强度大于等于15m/s。如图2所示，首先根据喷口预设气流速度，例如大于等于15m/s，确定电机转速，通过拐臂2和绝缘拉杆3带动连杆4及压气室活塞5运动，测速装置实时测量喷口处的实际气流速度，如果实际气流速度 在系统设定范围内，则保持电机转速不变，如果实际气流速度偏大或者偏小，则测速装置将信息传递给电机控制系统，进而控制电机增大或者减小转速，使喷口处气流速度在整个分断过程中均满足分断要求，大于等于15m/s。图3为一种示例的测速装置，包括测量实时气流速度的传感器，传感器将数据传输至测速装置，测速装置包括调理模块，调理模块包括依次连接的放大电路和滤波电路，然后将数据传送给MCU，并对电机进行控制。实施例4可以适用于如上描述的实施例1-3。实施例的变型
以上公开了 4个不同的实施例，并且这4个实施例之间是可以相互结合的。例如，在降低电机的转速，增大压气室直径的同时，也能够利用实施例2、3的方法增大压气室活塞的行程。实施例2、3也是可以相互结合的，可以在增大拐臂的同时，增大电机的转动范围。总之，通过调节电机运动速度、断路器压气室的尺寸和拐臂的长度，使得在低频断路器压气室喷口处可产生时间至少达60ms的气体，并使分断过程中喷口处气流速度大于等于15m/s。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
权利要求
1.一种用于三分频输电系统的低频断路器，包括断路器机构，所述断路器机构包括电机；气室，所述气室包括在所述气室中的压气室活塞以及推动所述压气室活塞运动的连杆；所述断路器机构和所述气室通过拐臂、绝缘拉杆连接，所述拐臂的一端固定于所述电机的主轴，另一端与所述绝缘拉杆连接，所述电机的转轴以转动形式带动所述拐臂和所述绝缘动拉杆运动,所述绝缘拉杆连接所述连杆，推动所述压气室活塞运动；其特征在于所述电机为可调速电机，在低频断路器压气室喷口处产生时间至少达60ms的长时间气吹，且气流速度大于等于15m/s。
2.根据权利要求1所述的低频断路器，其特征在于通过改变所述可调速电机的转速，和 /或改变所述压气室活塞的行程实现所述长时间气吹和所述气流速度。
3.根据权利要求2所述的低频断路器，其特征在于所述可调速电机低速运动，并增大所述压气室的直径以实现所述长时间气吹和所述气流速度。
4.根据权利要求3所述的低频断路器，其特征在于所述可调速电机运动速度为工频下电机转速的O. 57倍时，所述压气室的直径增大至工频下压气室直径的1. 32倍。
5.根据权利要求2所述的低频断路器，其特征在于增长所述拐臂的长度以及增长所述压气室的高度以实现所述长时间气吹和所述气流速度。
6.根据权利要求2所述的低频断路器，其特征在于增大所述可调速电机的转动范围，以及增长所述压气室的高度以实现所述长时间气吹和所述气流速度。
7.根据权利要求3，5，6中任一项所述的低频断路器，其特征在于通过调节所述可调速电机的运动速度和所述压气室的尺寸，能够改变喷口处气吹时间，并且调节喷口处气吹速度。
8.根据权利要求3，5，6，7中任一项所述的低频断路器，还包括测速装置，所述测速装置测量喷口处的气流速度，并根据测量结果控制所述可调速电机。
9.根据权利要求8所述的低频断路器，其特征在于如果所测得的气流速度在系统设定范围内，则保持所述可调速电机转速不变，如果所测得的气流速度超出预定范围，则所述测速装置将信息传递给电机控制系统，进而控制所述可调速电机增大或者减小转速。
全文摘要
一种用于三分频输电系统的低频断路器，具有断路器机构，断路器机构包括可调速电机；气室，所述气室包括在所述气室中的压气室活塞以及推动所述压气室活塞运动的连杆；所述断路器机构和所述气室通过拐臂、绝缘拉杆连接，所述拐臂的一端固定于所述电机的主轴，一端与所述绝缘拉杆连接，所述电机的转轴以转动形式带动所述拐臂和所述绝缘动拉杆运动，所述绝缘拉杆连接所述连杆，推动所述压气室活塞运动；通过改变可调速电机的转速，和/或改变气室中活塞的行程实现断路器喷口处长时间气吹，在喷口处可产生时间至少达60ms，且气流速度大于等于15m/s的气体。从而满足了在三分频输电系统中长的气吹时间，和高的气流强度，保证了可靠开断。
文档编号H01H73/18GK103000467SQ20121049829
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者荣命哲, 孙昊, 吴益飞, 杨飞, 吴翊, 邵方静 申请人:西安交通大学