本实用新型中的互锁真空开关属于高压真空开关领域，具体涉及一种采用单台真空开关同时实现两种不同功能的互锁真空开关；其应用的串联补偿型限流装置属于牵引系统(或电力系统)串联补偿和限流技术的综合领域，具体涉及一种基于互锁真空开关的串联补偿型限流装置。
背景技术：
电气化铁路的供电是在铁路沿线建立若干个牵引变电所，牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV(或220kV)三相交流电，经牵引变压器降为27.5kV(或2×27.5kV)单相电，然后经馈电线将单相供电送至接触网上，由接触网向电力机车供电。然而在长大坡道、重载线路以及供电臂末端时，接触网电压损失较严重，出现电压水平偏低的现象，当网压低于牵引规程所要求的最低值(19kV)时，将使电力机车无法正常牵引。在工程实践中，串联电容补偿是一种有效的改善措施，将串联电容补偿装置应用于线路中能够有效提高牵引网的电压水平，改善牵引网的功率因数，提高牵引变电所供电的质量。
此外，短路是牵引供电系统中最常见，也是最严重的一种故障。以一臂接地短路发生几率最高，当系统发生短路时，电流急剧增加，系统电压降低，短路时电流值达额定值的几倍至几十倍，为了限制短路电流，降低短路故障电流对沿线电力设备动稳定和热稳定的冲击，短路故障发生时可在故障线路引入电抗以降低短路电流水平。
串联补偿型故障限流器可以很好的同时解决牵引网压降大和短路多的两大问题，目前所提出的拓扑多为电容组件两侧并联开关，限流电抗组件两侧无并联开关，这种情况下电抗组件始终在线路中运行，产生巨大的无功损耗。有鉴于此，确有必要提供一种即具有串联补偿功能且“零”损耗的限流装置。
如若实现这种具有串联补偿功能且“零”损耗的限流装置,则需要串联补偿电容器与限流电抗器分别与快速开关并联之后串联而成。线路中串联补偿电容和限流电抗二者的配合关系为：线路正常运行时，与补偿电容并联的开关保持分闸状态，此时电容组件接入线路中，装置工作于串联补偿状态，与限流电抗并联的开关合闸，限流电抗被旁路，进而实现电抗运行“零”损耗。当线路发生短路故障时，与补偿电容并联的开关合闸，与限流电抗并联的开关分闸，将限流电抗投入系统中，装置工作于限流状态，对线路短路电流起到限制作用。
目前的真空开关灭弧室只能对一组元件进行控制，实现该组件的投切。如要同时实现上述串联补偿与短路故障电流限制功能的切换，需配备2台真空开关、两组独立的操动机构，在这种情况下，大大增加了材料、造价与体积，加剧开关控制系统的复杂性，降低线路保护的可靠性。
技术实现要素：
本实用新型目的在于提供一种互锁真空开关及其应用的串联补偿型限流装置，采用单个灭弧室同时实现装置串联补偿与短路电流限制两种功能转换，可降低装置体积、成本，减少用于装置的真空灭弧室数量，简化操动机构和传动部件设计，提高装置可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种互锁真空开关，主要包括互锁真空灭弧室和快速斥力机构两部分；
所述的互锁真空灭弧室，包括静端侧部分、动端侧部分和壳体结构；静端侧部分包含静导电杆1、静主触头2、静副触头7和金属法兰8；静导电杆1的上端与绝缘外壳10的上侧焊接并穿出，静导电杆1的下端焊接有静主触头2，金属法兰8固定于绝缘外壳10中部，金属法兰8的上端焊接有静副触头7；动端侧部分包含动导电杆4、动主触头3、动导电环5和动副触头6；动导电杆4的上端焊接有动主触头3，在动导电杆4上端和动主触头3下端的连接处焊接有筒状的动导电环5，动导电环5的下端焊接有动副触头6；在同一真空灭弧室的内部，静主触头(2)和动主触头(3)构成第一触头组，静副触头 (7)和动副触头(6)构成第二触头组；动导电杆4与绝缘外壳10下侧之间通过波纹管11连接；绝缘外壳10内设有屏蔽罩9，能够全程包裹着两组触头；
所述的快速斥力机构，包括运动部分、电路部分、双稳保持结构和框架；运动部分包括绝缘拉杆15和斥力盘18，绝缘拉杆15的下端与斥力盘18相连；电路部分包括充电电源，合闸电路和分闸电路，分闸电路由第一驱动线圈19、线圈1控制21和第一储能电容22依次串联组成，合闸电路由第二驱动线圈20、线圈2控制23和第二储能电容24依次串联组成；第一驱动线圈19和第二驱动线圈20位于斥力盘18两侧并置于框架26内；充电电源25同时并联于第一储能电容22和第二储能电容24两侧，对第一储能电容22和第二储能电容24进行储能；双稳保持结构包括双稳弹簧16和连接杆17，双稳弹簧16一端固定于框架26，另一端通过连接杆17与绝缘拉杆15相连；与绝缘拉杆15相连的连接杆17一端能够在绝缘拉杆15的带动下上下运动；双稳弹簧16始终处于压缩状态，当绝缘拉杆15向上运动时，双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15向上的保持力，当绝缘拉杆15向下运动时，双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15向下的保持力，进而实现触头合闸和分闸的双稳保持作用；
选择互锁真空灭弧室与具有双稳保持结构的快速斥力机构进行配合，灭弧室内部的动导电杆4与快速斥力机构的绝缘拉杆15和斥力盘18相连，由斥力盘18的运动带动灭弧室中两对触头组的合分闸，在双稳保持结构的作用下使触头组分别保持在两个位置，从而实现在真空灭弧室内的“单刀双掷”功能。
所述静主触头2和动主触头3为杯状纵磁触头或槽形横磁触头，材料采用铜铬合金。
所述动副触头6和静副触头7根据具体的需要设计开槽，材料采用铜钨合金。
一种基于互锁真空开关的串联补偿型限流装置，包括装置进线端 1’、装置出线端2’、限流电抗器3’、串联补偿电容器4’、氧化锌限压吸能组件5’、阻尼器6’和权利要求1所述互锁真空开关7’；
由限流电抗器3’和串联补偿电容器4’串联组成装置主支路，限流电抗器3’的出线端与串联补偿电容器4’的进线端相连，同时互锁真空开关7’的静导电杆接线端12与限流电抗器3’的进线端相连，动导电杆接线端14与限流电抗器3’和串联补偿电容器4’间的公共点相连，金属法兰接线端13经阻尼器6’与串联补偿电容器4’的出线端相连；氧化锌限压吸能组件5’并联于串联补偿电容器4’的两侧；
串联补偿电容器4’用于补偿装置进线端1’和装置出线端2’所相连的系统外电路中感抗，限流电抗器3’用于限制外电路短路时刻电路中的电流，氧化锌限压吸能组件5’用于防止刚发生短路时刻电容器产生过电压；阻尼器6’由电感和电阻并联组成用于串联补偿电容器4’短接后释放其电能，互锁真空开关7’用于实现串联补偿和限流两功能的转换。
在同一灭弧室中，静主触头(2)和动主触头(3)构成第一触头组实现限流电抗器3’的投入和切除，静副触头(7)和动副触头(6)构成第二触头组实现串联补偿电容器4’的投入和切除。
所述的串联补偿型限流装置的工作过程，当并联于限流电抗器3’两侧的互锁真空开关中的静主触头2和动主触头3闭合，同时动副触头6和静副触头7打开时，此时限流电抗器3’被旁路，串联补偿电容器4’接入线路中，外部系统中电流经装置进线端1’流入，通过互锁真空开关的静导电杆接线端12、静导电杆1、静主触头2、动主触头3、动导电杆4、动导电杆接线端14和串联补偿电容器4’，从装置出线端2’流出，装置工作于串联补偿状态；当并联于串联补偿电容器4’两侧的互锁真空开关中的动副触头6和静副触头7闭合，同时静主触头2和动主触头3打开时，此时限流电抗器3’接入线路中，串联补偿电容器4’被旁路，外部系统中电流经装置进线端1’流入，经限流电抗器3’、动导电杆出线端14、动导电杆4、动导电环5、动副触头6、静副触头7、金属法兰8、金属法兰出线端13和阻尼器6’，从装置出线端2’流出，装置工作于限流状态。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：
1.利用互锁真空灭弧室两对触头组的特性与具有双稳保持结构的快速斥力机构进行配合，从而实现在真空灭弧室内的“单刀双掷”功能，用以控制电源向两个不同的方向输出或同时控制两台设备。
2.互锁真空灭弧室将动副触头通过动导电环从导电杆单独引出，增大了副触头的接触面积，提高了电流的承载能力，同时由于动主触头和副动触头独立，可更方便的加入杯状纵磁，槽形横磁或其他的触头磁场结构设计，主触头可具备短路电流开断能力。
3.该开关的两对触头组具有互锁联动特性，一组触头打开时，另一组触头必然闭合，减轻了开关控制系统的复杂性。
4.开关中快速斥力机构的使用使得串联补偿限流装置中的限流电抗可以快速的投入，降低故障电流对线路的热冲击和大电流冲击，提高了线路的安全性。同时快速斥力机构适合选相分闸的特点，能够实现对开关实际燃弧时间的控制，使开关触头在最有利于熄弧的相位分离，大大提高开关的实际开断能力和电寿命，提高了系统可靠性和电能质量。
5.采用一个开关即可实现装置中串联补偿电容和限流电抗两不同组件的投入和切除，减少了一个开关的使用，使得装置体积大大减小，占地面积也大大减小，极大地减少了所需的成本费用和维护费用。
附图说明
图1为本实用新型互锁真空开关主触头合闸，副触头分闸时的结构示意图。
图2为本实用新型互锁真空开关主触头分闸，副触头合闸时的结构示意图。
图1和图2中：1、静导电杆；2、静主触头；3、动主触头；4、动导电杆；5、动导电环；6、动副触头；7、静副触头；8、金属法兰；9、屏蔽罩；10、绝缘外壳；11、波纹管；12、静导电杆接线端； 13、金属法兰接线端；14、动导电杆接线端；15、绝缘拉杆；16、双稳弹簧；17、连接杆18、斥力盘；19、第一驱动线圈；20、第二驱动线圈；21、线圈1控制；22、第一储能电容；23、线圈2控制； 24、第二储能电容；25、充电电源；26、框架。
图3为本实用新型所述互锁真空开关及其应用的串联补偿型限流装置工作于串补状态时的结构示意图。
图4为本实用新型所述互锁真空开关及其应用的串联补偿型限流装置工作于限流状态时的结构示意图。
图3和图4中：1’、装置进线端；2’、装置出线端；3’、限流电抗器；4’、串联补偿电容器；5’氧化锌限压吸能组件；6’、阻尼器； 7’、互锁真空开关(斥力机构部分未画出)。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本实用新型所述互锁真空开关及其所应用的串联补偿型限流装置作进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型所述的互锁真空开关，主要由互锁真空灭弧室和快速斥力机构组成。所述的互锁真空灭弧室，包括静端侧部分、动端侧部分和壳体结构。静端侧部分包含静导电杆1、静主触头 2、金属法兰8和静副触头7。静导电杆1的上端与绝缘外壳10的上侧焊接并穿出，静导电杆1的下端焊接有静主触头2，金属法兰8固定于绝缘外壳10中部，金属法兰8的上端焊接有静副触头7。动端侧部分包含动导电杆4、动主触头3、动导电环5和动副触头6。动导电杆4的上端焊接有动主触头3，在动导电杆4上端和动主触头3 下端的连接处焊接有筒状的动导电环5，动导电环5的下端焊接有动副触头6。动端侧部分就是单刀双掷开关中所谓的“刀”，动导电杆 4与绝缘外壳10下侧之间通过波纹管11连接。绝缘外壳10内设有屏蔽罩9，能够全程包裹着两组触头。这样在同一真空灭弧室的内部，静主触头2和动主触头3构成第一触头组，静副触头7和动副触头6 构成第二触头组。两触头组一侧打开时则另一侧关合，具有互锁联动的关系。动导电杆4穿过静副触头7，中间间隙能承受足够的电压要求。
所述的快速斥力机构，包括运动部分、电路部分、双稳保持结构和框架。运动部分包括绝缘拉杆15和斥力盘18，绝缘拉杆15的下端与斥力盘18相连。电路部分包括充电电源，合闸电路和分闸电路，分闸电路由第一驱动线圈19、线圈1控制21和第一储能电容22依次串联组成，合闸电路由第二驱动线圈20、线圈2控制23和第二储能电容24依次串联组成。充电电源25同时并联于第一储能电容22 和第二储能电容24两侧，可对第一储能电容22和第二储能电容24 进行储能。
双稳保持结构包括双稳弹簧16和连接杆17，双稳弹簧16一端固定于框架26，另一端通过连接杆17与绝缘拉杆15相连。与绝缘拉杆15相连的连接杆17一端可以在绝缘拉杆15的带动下上下运动。双稳弹簧16始终处于压缩状态，当绝缘拉杆15带动连接杆17向上运动经过连接杆17水平点时，双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15向上的保持力，当绝缘拉杆15带动连接杆向下运动经过连接杆17的水平点时，双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15 向下的保持力，进而实现触头合闸和分闸的双稳保持作用。
灭弧室内部的动导电杆4与快速斥力机构的绝缘拉杆15和斥力盘18相连，由斥力盘18的运动带动灭弧室中两对触头组的合分闸，在双稳保持结构的作用下使触头组分别保持在两个位置，从而实现在真空灭弧室内的“单刀双掷”功能。
如图1所示，本实用新型所述互锁真空开关的静主触头2和动主触头3处于合闸状态，动副触头6和静副触头7处于分闸状态。下面详细描述本实用新型所述互锁真空开关的静主触头2和动主触头3进行分闸、动副触头6和静副触头7进行合闸的运动过程。
充电电源25对第一储能电容22和第二储能电容24进行储能，当系统受到主触头分闸，副触头合闸的动作指令后，线圈1控制21 接通，第一储能电容22对第一驱动线圈19进行放电，产生持续几个毫秒的脉冲电流，在此脉冲电流的作用下，线圈周围产生了瞬态磁场，同时金属斥力盘18中感应出与线圈电流方向相反的涡流，涡流产生的磁场与第一驱动线圈19的磁场产生斥力，驱动斥力盘18带动绝缘拉杆15、动导电杆4、动主触头3和动副触头6一起向下直线运动，使第一触头组静主触头2和动主触头3打开，第二触头组静副触头7 和动副触头6可靠接触。连接杆17在绝缘拉杆15的向下的带动下一端向下运动，一直处于压缩状态的双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15向下的保持力，进而保持静主触头2和动主触头3分闸，静副触头7和动副触头6合闸的状态。
如图2所示，本实用新型所述互锁真空开关的静主触头2和动主触头3处于分闸状态，静副触头7和动副触头6处于合闸状态。下面详细描述本实用新型所述互锁真空开关的主触头进行合闸、副触头进行分闸的运动过程。
充电电源25对第一储能电容22和第二储能电容24进行储能，当系统受到主触头合闸，副触头分闸的动作指令后，线圈2控制23 接通，第二储能电容24对第二驱动线圈20进行放电，产生持续几个毫秒的脉冲电流，在此脉冲电流的作用下，第二驱动线圈周围产生了瞬态磁场，同时金属斥力盘18中感应出与线圈电流方向相反的涡流，涡流产生的磁场与第二驱动线圈的磁场产生斥力，驱动斥力盘18带动绝缘拉杆15、动导电杆4、动主触头3和动副触头6一起向上直线运动，使第一触头组静主触头2和动主触头3可靠接触，第二触头组静副触头7和动副触头6可靠打开。连接杆17在绝缘拉杆15向上的带动下一端向上运动，一直处于压缩状态的双稳弹簧16通过连接杆17施加给绝缘拉杆15向上的保持力，进而保持静主触头2和动主触头3合闸，静副触头7和动副触头6分闸的状态。
如图3所示，本实用新型所述的采用互锁真空开关的串联补偿型限流装置，包括装置进线端1’、装置出线端2’、限流电抗器3’、串联补偿电容器4’、氧化锌限压吸能组件5’、阻尼器6’和互锁真空开关7’。
装置主支路由限流电抗器3’和串联补偿电容器4’串联而成，限流电抗器3’的出线端与串联补偿电容器4’的进线端相连，同时互锁真空开关的静导电杆接线端12与限流电抗器3’的进线端相连，动导电杆接线端14与限流电抗器3’和串联补偿电容器4’间的公共点相连。金属法兰接线端13经阻尼器6’与串联补偿电容器4’的出线端相连。氧化锌限压吸能组件5’并联于串联补偿电容器4’的两侧。
图3所示的本实用新型所述的串联补偿型限流装置串联补偿电容器两侧动副触头6和静副触头7打开，电容接进通路中，工作于串联补偿状态，下面详细描述本实用新型所述串联补偿型限流装置从串补状态到限流状态的转换过程图3到图4，当装置进线端1’和装置出线端2’所接的系统外电路发生短路故障时，装置中的互锁真空开关开始动作，并联于串联补偿电容器4’两侧的互锁真空开关中动副触头6和静副触头7闭合，同时静主触头2和动主触头3打开时，此时限流电抗器3’接入线路中，串联补偿电容器4’被旁路，串联补偿电容器中的电能通过阻尼器释放掉，氧化锌限压吸能组件5’用于防止刚发生短路时刻电容器产生过电压，防止电容器被烧坏。外部系统中电流经装置的进线端1’流入，经限流电抗器3’、动导电杆出线端14、动导电杆4、动导电环5、动副触头6、静副触头7、金属法兰8、金属法兰出线端13和阻尼器6’，从装置出线端2’流出，装置工作于限流状态，对外部系统电路起到短路故障限流的作用。
如图4所示，本实用新型所述的采用互锁真空开关的串联补偿型限流装置工作于限流状态。下面详细描述本实用新型所述串联补偿型限流装置从限流状态到串补状态的转换过程，当装置进线端1’和装置出线端2’所接的系统外电路短路故障切除后，装置中的互锁真空开关开始动作，并联于串联补偿电容器4’两侧的互锁真空开关中动副触头6和静副触头7打开，同时两侧的互锁真空开关中的静主触头2和动主触头3闭合时，限流电抗器3’被旁路，串联补偿电容器接入线路中。外部系统中电流经装置的进线端1’流入，通过互锁真空开关的静导电杆接线端12、静导电杆1、静主触头2、动主触头3、动导电杆4、动导电杆接线端14和串联补偿电容器4’，从装置出线端2’流出，装置工作于串联补偿状态，对装置所接的外电路起到线路补偿感抗的作用。
本实用新型所述互锁真空开关及其应用的串联补偿型限流装置，在同一个灭弧室中即可完成对串联补偿和限流两个功能的转换，减少了零件数量和体积。同时快速斥力机构的使用使得开关可迅速完成从串补到限流的转换，降低故障电流对线路的热冲击和大电流冲击，快速斥力机构其适合选相分闸的特点，实现对开关实际燃弧时间的控制，提高开关的实际开断能力和电寿命。该装置结构简单、价格低廉，可靠性高。