无电弧型桥强控式高压电力断路器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉主要涉及电力领域的高压开关装置，特别是涉及3KV以上电压级别的高压断路器。
【背景技术】
[0002]有史以来，安装在电力系统的供配电设备内的各类大功率断路器之所以可按照人的意志接通或断开各类负载电路，特别是能可靠地断开短路类故障电路，关键在于断路器灭弧系统的灭弧功能。
[0003]众所周知，在操控非空载电路时，断路器的动触点和静触点在接通前或断开后的瞬间，因间距很小而在额定电压下形成强电场、造成介质或空气电离击穿，从而产生动、静触点之间的电弧。电路中工作电流越大、额定电压越高则电弧越严重。在ικν(ιοοον)及以下系统中，防电弧的技术相对容易，成本相对偏低。但3KV(3000V)及以上高压系统的防电弧技术和成本则不容忽视。对1KV少油断路器而言，仅在开断20ΚΑ级别的短路电流时，其所产生的电弧功率就可达10兆瓦(10000KW)以上，断路器动、静触头之间的电弧柱温度可达6000-7000摄氏度，甚至超过10000摄氏度，电弧可以导致所在电路发生相间短路故障，而短路电弧会造成电力系统的巨大恶性事故。因此，没有灭弧技术则大功率负载电路的接通和断开是无法实现的，故障电路的切除更是不可能的。只有保证安全灭弧才能保证断路器接通或断开负载电路的动作成功，特别是断路器主触点在断开短路故障电流的瞬间，若不能可靠灭弧必然会引发毁灭性的灾难。
[0004]迄今为止，电力系统普遍在线运行的3KV以上的高压断路器主要和常见的分为三大类:即“油断路器”(分“多油开关”与“少油开关”)、真空断路器和SF6(六氟化硫)断路器。其中油断路器的密闭灭弧室内装有绝缘油，断路器主触头是浸泡在油里工作的，靠油的绝缘作用和与空气的隔绝作用加速熄灭通断电路瞬间产生的强烈电弧；真空断路器的密闭灭弧室内是高度真空的，利用真空的绝缘作用来抑制电弧；而SF6断路器的灭弧室内则装有用于灭弧的六氟化硫液体。油断路器存在着故障情况下随时可能引起爆炸、喷溅、燃烧等扩大事故范围的危险，因此正在逐步被真空断路器和SF6断路器替代；而真空断路器结构复杂、维修复杂、且分断大电流能力有限；SF6断路器断流和灭弧效果比较理想但复杂程度和成本超过真空断路器；也有一些其他方式灭弧的断路器但由于技术或安全等原因而应用不够普及。以灭弧为前沿课题的中高压断路器产品自问世以来，不断地演绎、变化和推陈出新，其寿命已超过一个世纪，但基本原理一直没有革新，所面临的前沿课题一直没有改变，任何一代产品的设计首先必须解决好灭弧功能，任何种类的高压断路器的主触头的开或闭都必须同时具备“密闭空间、灭弧介质、吹弧气流和触点耐高温”四个条件。为此，要考虑灭弧室工艺的高度可靠，要保证弧吹系统的科学合理，开关触点要采用耐高温的贵重合金材料，要考虑灭弧介质的质量和纯度，为了灭弧，断路器的结构无法简化，成本居高不下。
[0005]油断路器诞生于1895年，推广于1930年之前，目前主要应用于3、6、10KV及以上的高压系统中。真空断路器始见于50年代(我国独立研制真空断路器始于70年代)，最初常见于?380/220V系统和?690V系统，后来逐步进入3、6、10KV系统。而SF6断路器是近年来发展起来的新型断路器，最常见于1KV配电系统。这些断路器的成本、使用寿命、结构形式和电气性能主要决定于灭弧功能和主触头合金的质量，如何保证主触点在接通和断开有载电路(特别是断开短路故障电路)瞬间所产生的强大电弧不造成事故，始终是产品研发和设计的最关键点。虽然灭弧要求使断路器结构异常复杂，成本增加数倍，但一直在实践中延续；虽然国内外的灭弧技术一直在提高和创新，但始终没有找到最廉价的科学方法，灭弧的主题始终无法避免。
[0006]传统断路器结构与分型复杂，外部形状各异，控制保护繁复，灭弧室内的构造却大同小异，载流动触头与静触头之间或分或合的物理动作及其简单，却危机重重，图4-图7分别为传统断路器灭弧室内的结构及四种灭弧方案示意图。
[0007]电力电子技术的发展推动了大功率电力电子开关和模块的诞生，由于电力电子模块的导通或截止状态的改变是靠半导体材料内部的自由电子的扩散和停止扩散的结果，其过程无电弧发生，由此启发了人们用电力电子开关(即无触点开关)替代机械开关(有触点开关)的思路。无触点开关产品曾经在上世纪90年代如火如荼地发展和进步，业内人士均认为各类大功率断路器都将走进“无触点”时代。然而，实践中发现:大功率电力电子模块长时间承载负荷电流产生较大的功耗，其无法回避的热隐患给系统安全带来更大风险和隐患，故无法替代机械开关，更无法代替中、高压电力断路器。
[0008]电力断路器诞生一百多年来，产品研发的专家们始终锁定灭弧课题苦苦攻关；而电力电子技术诞生几十年来，产品研发的专家们始终以高效、高速和低热为课题苦苦攻关，无人问津断路器基本结构和基本模式的改变，无人推出既可以规避开关电弧、又可以规避在线热损耗风险的大功率断路器方案。
【发明内容】
[0009]本实用新型为解决传统高压断路器灭弧技术难题提供一种无电弧型桥强控式高压电力断路器，基本组成特征是:由机械开关K、桥式电力电子开关(简称“桥开关”)、控制器P、输入及输出监测仪表Vl与V2构成，其桥开关由电力二极管D1、D2、D3、D4和无触点开关T及其强控电路组成，强控电路由电压源E、电容C、电阻R及开关管D组成，Dl负极为桥开关入端与K触点入端共点连接电源输入(IR)端，D3负极为桥开关出端与K触点出端共点连接电源输出(OUT)端，T与D的控制极接P，断路器分闸时K触点先断而T后断，合闸时T先通而K触点后通，T和D的控制极接P，K的线圈或驱动装置受P控制。
[0010]本实用新型一种无电弧型桥强控式高压电力断路器，将无触点开关具有的可无电弧导通和截止的优良特性及机械开关在线承载电流无热隐患的特性有力结合，规避两者弊端，保证K触点的断开或闭合不产生电弧，用这种无电弧型高压断路器替代前述各类传统的高压断路器，可以广泛使用在3KV、6KV、10KV、33KV、66KV等高压电力系统中，推而广之，如果研发成功超高电压型大功率电力电子开关，此类断路器还可以广泛使用在超高电压电力系统中。
[0011]实施本专利，可彻底改变已有百年历史的传统型高压断路器的结构，引发高压断路器在基本结构、控制保护电路等方面的重大进步和变革，能快速刺激电力电子器件研发商及生产商把电力电子器件的研发兴趣和目标指向超高电压领域，从而促进超高电压领域新型电力开关产品的诞生，并促进超高电压领域无电弧型断路器的研发和生产，从而推动电力开关领域的技术变革和飞跃。
[0012]本专利的突出优点是彻底规避了高压断路器所面临的电弧防控难题，省去了专为灭弧设计的所有附加机构，大大简化了高压断路器的基本结构和控制保护电路，不但能节省断路器的大量成本(人力的、技术的、材料的)，成倍提高其安全性、可靠性和使用寿命，还特别适用于实现智能控制，有利于未来智能电网的构建。
【附图说明】
[0013]图1为本专利产品的单相触点结构示意图
[0014]图2为本专利产品的三相主接线原理示意图
[0015]图3为传统断路器灭弧室内基本结构示意图
[0016]图4为传统断路器灭弧室内纵吹式系统方案示意图
[0017]图5为传统断路器灭弧室内横吹式系统方案示意图
[0018]图6为传统断路器灭弧室内纵横吹式系统方案示意图
[0019]图7为传统断路器灭弧室内环吹式系统方案示意图
[0020]图1和图2仅为单相和三相之分，其工作原理完全相同，但三相断路器中的机械开关K可以是能够同步联动三相触点的一体化机械开关，也可以是三个独立的单相机械开关。
【具体实施方式】
[0021]如图1，2所示，无电弧型桥强控式高压断路器由机械开关K、桥开关及其强控电路、控制器P、及输入输出监测仪表Vl和V2构成，其桥开关与K的主触点并联后组成无电弧型高压断路器的双开关通道，接于电源输入(IR)和电源输出(OUT)之间。
[0022]根据桥开关中无触点开关的连接方式和数量的不同，无电弧型桥式高压电力断路器的无触点通道分为桥式、扩容桥式、增压桥式、扩增桥式、桥强控式、扩容桥强控式、增压桥强控式和扩增桥强控式等八种类型，统称为“桥开关”，本专利所述为桥强控式，其特征是以二极管Dl、D2、D3、D4为桥臂，以无触点开关T为桥，并对T增加用于快速关断和抗干扰的强控电路，原理说明如下:
[0023]分闸过程(即跳闸过程):分闸之前K的触点是闭合状态，桥开关中的T可以是截止状态，也可以是导通状态(K触点的闭合使桥开关的入端和出端之间电压接近0，其流过的电流也接近于O)，当监测到电路故障并判定需要分闸或收到人工手动分闸命令后，P首先控制T可靠导通，然后控制K触点分断，流经K触点的负载电流或故障电流会随着K主触点的断开而自动转移至桥开关通道，K触点与桥开关通道之间实现负载电流的无电弧交接后等待K触点断开信号，接收到K触点已可靠开断的信号后桥开关立刻关闭(T截止)、而T在截止过程中毫无电弧发生，断路器在整个关断过程中没有电弧产生，全过程在1ms-1OOms (可调)内可