基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关的制作方法

1.本实用新型涉及一种中低压配电技术领域的10kv一二次融合开关的设计，尤其是涉及一种基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关。


背景技术：

2.自2016年国家电网公司启动一二次融合的工作以来，至今众多企业都进行了大量的新技术开发。但目前一二次融合的难点依然聚集在以下2点：(1)设备取电功率和开关机构动作功率的矛盾；(2)手动合闸和安全性、简易性的矛盾。
3.磁控机构是一种新型稳定的开关动作机构，可解决上述的矛盾，其核心是利用半硬磁的磁控原理。在分闸操作后，该磁铁基本处于无磁状态，此时进行合闸操作，必须确保其相应的驱动控制器中储能正常并通过激磁才能完成合闸操作。
4.考虑到安全性和操作便利性，特别是柱上开关，使用便携式驱动控制器过程比较复杂，而使用ftu备用电池，可以解决这个问题。但是普通的磷酸铁锂电池、三元锂电池、钛酸锂电池等电池，都缺乏良好的温度特性和寿命，成为整套柱上开关设备寿命的瓶颈。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关，解决了新型取电设备功率和开关机构动作功率的矛盾；手动合闸与安全性、简易性的矛盾；普通后备电源缺乏良好的温度特性和寿命，从而影响开关使用寿命问题。其技术方案如下所述：
6.一种基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关，包括依次连接的后备电源、ftu和磁控机构，所述ftu内设置有控制器，所述控制器通过h桥与磁控机构相连接，为磁控机构提供励磁和退磁电流，与ftu、后备电源配合对磁控机构的开关分合闸进行控制。
7.所述磁控机构是基于磁控材料的垂直运动型单稳态断路器，其动作机构与真空灭弧室之间通过绝缘拉杆相连接，动作机构包括静铁芯、激励线圈、动铁芯和分闸弹簧组成，驱动板采用电容储能方式。
8.所述后备电源设置有电容性电池。
9.所述后备电源包括取电装置、充电工作模块、电池、单刀双掷型开关，所述取电装置通过第一二极管与单刀双掷型开关相连接，通过第二二极管与充电工作模块相连接，所述充电工作模块与电池相连接，所述电池通过第三二极管与单刀双掷型开关相连接。
10.所述取电装置采用电压互感器取电装置或者电容取电装置。
11.所述控制器采用mcu，所述控制器设置有储能电容，所述mcu与h桥相连接。
12.本实用新型具有以下特点：
13.(1)深度融合开关的一次本体操作机构为低功率的磁控机构；
14.(2)深度融合开关的二次设备ftu(配电开关监控终端)融合了磁控机构的驱动控制器；
15.(3)深度融合开关的后备电源为长寿命，宽温幅的新型电容性电池；
16.(4)所述深度融合开关动作速度快、功耗低，体积小，寿命长。
附图说明
17.图1是所述基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关的结构示意图。
具体实施方式
18.下面，基于附图就本实用新型的基于磁控机构和新型电容性电池的深度融合开关进一步详细描述。
19.如图1所示，所述基于磁控机构和新型电池电容器的深度融合开关，包括依次连接的后备电源、ftu部件4和磁控机构7，所述ftu部件4内设置有控制器，所述控制器通过h桥6与磁控机构7相连接，为磁控机构7提供励磁和退磁电流，与ftu部件4、后备电源配合对磁控机构7的开关分合闸进行控制。
20.所述磁控机构7是基于磁控材料的垂直运动型单稳态断路器，其动作机构与真空灭弧室之间通过绝缘拉杆相连接，动作机构包括静铁芯、激励线圈、动铁芯和分闸弹簧组成，所述静铁芯、动铁芯都安装在磁控机构内，所述静铁芯固定不动，所述静铁芯的内部设置有励磁线圈，所述动铁芯上靠近所述静铁芯的面设置为平面，所述静铁芯上靠近所述动铁芯的面设置为平面，所述动铁芯和所述静铁芯相对设置，所述动铁芯可选择性地和所述静铁芯贴合。所述动铁芯和绝缘拉杆相连接，且动铁芯和磁控机构的内壁之间安装有分闸弹簧。
21.励磁线圈在外置h桥的正反向电流控制下，可分别励磁和退磁，励磁后，静铁芯吸引动铁芯向静铁芯运动，动铁芯克服分闸弹簧的作用力，动铁芯与静铁芯接触，本断路器合闸，退磁后，静铁芯的吸引力消失，在分闸弹簧的推动下，动铁芯远离静铁芯，断路器分闸。
22.所述磁控机构7的驱动板采用电容储能方式，所述驱动板安装在励磁线圈和h桥之间，通过h桥对励磁线圈进行充能。磁控机构7的动作功耗低、充电功率可控，对外电源所需最大实时功耗低于18w，待机功耗低于3w。
23.所述后备电源设置有电容性电池，所述后备电源包括取电装置1、充电工作模块2、电池3、单刀双掷型开关9，所述取电装置1通过第一二极管8与单刀双掷型开关相连接，通过第二二极管10与充电工作模块2相连接，所述充电工作模块2与电池3相连接，所述电池3通过第三二极管11与单刀双掷型开关9相连接。
24.上述的二极管用于确定电流单向并隔离故障，所述单刀双掷型开关9可用拨码形式的外置开关实现，当需要手动合闸时，单刀双掷开关9通过第一二极管8，使磁控机构7的储能，完成手动合闸。在安装过程和检修过程中，都不会因为过程漫长而无电可用，更无需担心投运后的电池寿命问题。
25.所述电池3采用电容性电池，是一种介于超级电容器(edlc)和锂离子电池(lib)之间的新型储能器件，通过双电层储能和电化学储能两种不同储能机制的技术融合和创新设计，具备长寿命，宽温幅的特点。电池3的电容器在比能量与比功率、充放电性能与安全性能、高温与低温性能、循环寿命与日历寿命等方面进行了完美的平衡设计，体现出兼具edlc和lib两者优点、克服两者固有缺点的综合优势，具有宽温幅应用(－40～+85℃、可以在－40℃低温充电)、长寿命(10年以上)、超低自放电(＜3％/年)、高功率输出(支持极端温度条
件下的大电流脉冲放电)、高安全可靠性、全密封结构(采用激光焊接全密封结构)、无钝化和电压滞后等优异的特性，特别适合要求宽温幅工作、高脉冲输出、安全可靠、长寿命免维护的应用工况。
26.所述取电装置1采用小型电压互感器取电装置(pt取电)或者电容取电装置。所述后备电源为单刀双掷型开关9提供分合闸电源，尤其在设备安装时、尚未供电时提供手动合闸的电源。在分闸操作后，磁控机构7的磁铁基本处于无磁状态，此时进行合闸操作，须确保其相应的驱动控制器中储能正常并通过激磁才能完成合闸操作。考虑到安全性和操作便利性，由电容性电池3临时供电，电容性电池3对磁控机构7里的电容充电，从而完成磁控机构7的储能，即可完成合闸。
27.所述控制器融合在ftu内，其采用mcu部件5，所述mcu部件5设置有储能电容，所述mcu部件5与h桥6相连接，通过以h桥6为核心，为磁控机构7提供励磁和退磁电流。所述mcu部件5和h桥6属于磁控驱动机构。所述ftu部件4符合一二次融合技术，这样将磁控驱动机构整体设计进入ftu内，即ftu部件4、mcu部件5和h桥6融入成为一个整体机构。
28.所述电容性电池容量大，可外置。也可选择小容量的电容性电池，满足几次～几十次的分合动作的储能即可，此时体积小，可以用电池包的形式与磁控驱动机构一起设计进ftu内置。
29.本实用新型具有以下特点：
30.(1)深度融合开关的操作机构为低功率的磁控机构；(2)深度融合开关的二次设备ftu融合了磁控机构的驱动控制器；(3)深度融合开关的后备电源为长寿命，宽温幅的新型电容性电池；(4)所述深度融合开关动作动作快、功耗低，体积小，寿命长。