一种强迫换流的低损耗10kV电源快速切换开关装置的制作方法

本申请涉及电源快速切换技术领域，具体涉及一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置。

背景技术：

随着现代科学技术的发展，生产力水平提高的同时也给电力系统带来了电能质量问题，各种非线性和冲击性负荷的增加，对供电系统造成了严重的污染，而随着各种高新技术的推广，对供电质量的要求也日益增高。尤其是电压跌落故障，在造成用户无法正常作业的同时，更带来了直接或间接的不可预计的经济损失，因此改善供电质量问题迫在眉睫。电源快速切换开关是一种能够为提高供电可靠性提供经济有效的解决方案，实现敏感负荷工作电源的快速切换，当整个切换时间在10ms以内时，就可以实现敏感负荷的正常运行。

传统技术中，10kv电源快速切换开关有已下几种技术方案：第一种方案是快速切换开关采用传统的机械开关，这种方案优点是运行时机械开关损耗很低，但是缺点是机械的开关导致分合闸时间很慢，并且需要等待电流过零时才可以开断电流，然后再完成电源切换，整个切换过程时间最快也得需要25ms以上，已经满足不了电源快速切换的要求。第二种方案是快速切换开关采用电子开关，这种方案优点是电子开关开断速度和关合速度都很快，不需要等待交流电流过零就可以开断，但缺点是电子器件正常运行时损耗很大，需要专门的风冷或水冷设备，极大降低了设备的效率和可靠性。第三种方案是快速切换开关采用机械开关+电子开关的方案，该方案综合前两种方案的优势，虽然正常运行时损耗很低，但是开断时电流首先由机械开关转移到晶闸管电子开关，但是电子开关的晶闸管不可以主动开断，只能等待电流过零时才可以开断。因此该种方案虽然损耗低，但是切换时间还是会大于10ms。

因此如何实现电源快速切换开关损耗低，切换时间短是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置，包括第一快速切换开关和第二快速切换开关，快速切换开关包括两个并联支路，一个支路中设置机械开关，另一个支路中设置电子开关和强迫换流组件，所述强迫换流组件用于实现开关中机械开关和电子开关的快速切换。

采用上述实现方式，采用机械开关和电子开关的同时使用的方案，将机械开关的低损耗优势和电子开关的快速导通和开断电流优势充分发挥出来。同时在电子开关支路中加入强迫换流组件，可以使整个快速切换开关不需要等待交流电流过零，就可以实现开断，这样就大大缩短了开断时间，也就缩短了整个切换时间。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述第一快速切换开关包括第一机械开关、第一电子开关和第一强迫换流组件，所述第一机械开关两端分别与主电源和敏感负荷电连接，所述第一电子开关的第一端与所述主电源电连接，所述强迫换流组件的两端分别与所述第一电子开关的第二端和所述敏感负荷电连接。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第二快速切换开关包括第二机械开关、第二电子开关和第二强迫换流组件，所述第二机械开关两端分别与备用电源和敏感负荷电连接，所述第二电子开关的第一端与所述备用电源电连接，所述强迫换流组件的两端分别与所述第二电子开关的第二端和所述敏感负荷电连接。

结合第一方面第一或第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述第一快速切换开关和第二快速切换开关与所述敏感负荷之间均设置有电流互感器。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述强迫换流组件包括：晶闸管、原边电容和电抗，所述晶闸管的第一端与所述原边电容的第一端电连接，所述电抗的两端分别与所述晶闸管的第二端和所述原边电容的第二端电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述第一快速切换开关与所述主电源之间设置有第一电压传感器。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第二快速切换开关与所述备用电源之间设置有第二电压传感器。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述第一电压传感器与所述第一快速切换开关之间设置有第一隔离开关。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述第二电压传感器与所述第二快速切换开关之间设置有第二隔离开关。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述电流传感器与所述敏感负荷之间分别设置有第三隔离开关和第四隔离开关。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置的框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置的结构示意图；

图1-2中，符号表示为：

1-主电源，2-备用电源，k1-第一机械开关，k2-第一电子开关，k3-第二机械开关，k4-第二电子开关，ct-电流互感器,pt1-第一电压传感器,pt2-第二电压传感器,g1-第一隔离开关,g2-第二隔离开关,g3-第三隔离开关,g4-第四隔离开关,d-晶闸管,c-原边电容,l-电抗。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置的框架示意图，参见图1，本申请实施例提供的快速切换开关装置包括：第一快速切换开关和第二快速切换开关，其中快速切换开关包括两个并联支路，一个支路中设置机械开关，另一个支路中设置电子开关和强迫换流组件，所述强迫换流组件用于实现开关中机械开关和电子开关的快速切换。

进一步地，参见图2，所述第一快速切换开关包括第一机械开关k1、第一电子开关k2和第一强迫换流组件，所述第一机械开关k1两端分别与主电源1和敏感负荷电连接，所述第一电子开关k2的第一端与所述主电源1电连接，所述强迫换流组件的两端分别与所述第一电子开关k2的第二端和所述敏感负荷电连接。

所述第二快速切换开关包括第二机械开关k3、第二电子开关k4和第二强迫换流组件，所述第二机械开关k3两端分别与备用电源2和敏感负荷电连接，所述第二电子开关k4的第一端与所述备用电源2电连接，所述强迫换流组件的两端分别与所述第二电子开关k4的第二端和所述敏感负荷电连接。

本实施例中电子开关采用igbt、iegt或igct等具有开断能力的电子器件，机械开关是采用电磁斥力开关。

所述第一快速切换开关和第二快速切换开关与所述敏感负荷之间均设置有电流互感器ct。所述第一快速切换开关与所述主电源1之间设置有第一电压传感器pt1。所述第二快速切换开关与所述备用电源2之间设置有第二电压传感器pt2。电流互感器ct的作用是为了判断通过快速切换开关进行切断时，确认是否完全切断。第一电压传感器pt1和第二电压传感器pt2分别对主电源和备用电源进行检测，判断是否故障。

所述第一电压传感器pt1与所述第一快速切换开关之间设置有第一隔离开关g1，所述第二电压传感器pt2与所述第二快速切换开关之间设置有第二隔离开关g2。所述电流传感器与所述敏感负荷之间分别设置有第三隔离开关g3和第四隔离开关g4。第一快速切换开关和第二快速切换开关的两端配置了隔离开关，方便后期的运维和检修工作。

所述强迫换流组件包括：晶闸管d、原边电容c和电抗l，所述晶闸管d的第一端与所述原边电容c的第一端电连接，所述电抗l的两端分别与所述晶闸管d的第二端和所述原边电容c的第二端电连接。采用强迫换流组件，可以自主创造电流过零点，实现交流电流的快速开断。

当系统正常运行时，由主电源1给敏感负荷供电，此时第一快速切换开关、第一隔离开关g1和第三隔离开关g3均为导通状态，第二快速切换开关、第二隔离开和第四隔离开关g4均为断开状态。

第一快速切换开关导通状态下具体为：第一机械开关k1导通、第一电子开关k2断开，电流都是通过机械开关，因此通流损耗极低，运行可靠性高。当主电源1发生电压暂降故障时，第一快速切换开关中的第一机械开关k1开始断开，电子开关开始导通，经过短暂时间(约1.5ms)后，第一强迫换流组件投入，强迫换流组件中晶闸管d开通，使原边电容c中电流释放，与电抗l形成振荡电流，副边中感应出电流与主支路电流相反，将第一机械开关k1中电流全部转移到第一电子开关k2支路中。此时第一机械开关k1支路出现过零点，机械开关过零熄弧开断。最后通过第一电子开关k2将电流开断，第一电子开关k2的开断可以瞬时(约几百微秒)完成，此时第一快速切换开关在2ms内完成了主电源1的切断任务。

当主电源1通过电流互感器ct被确认完全切断后，备用电源2中的第二快速切换开关需要投入运行，此时第二快速切换开关中的第二电子开关k4首先导通，备用电源2电流通过第二电子开关k4给敏感负荷在1ms内实现了快速供电，然后短暂时间(约2ms)后第二机械开关k3导通，第二电子开关k4断开，电流全部通过第二机械开关k3，此时完成整个切换过程，整个切换过程在5ms内实现。当投入备用电源2时，先导通第二电子开关k4，可以实现备用电源2在微妙级时间内快速导通。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种强迫换流的低损耗10kv电源快速切换开关装置，采用机械开关和电子开关的同时使用的方案，将机械开关的低损耗优势和电子开关的快速导通和开断电流优势充分发挥出来。同时在电子开关支路中加入强迫换流组件，可以使整个快速切换开关不需要等待交流电流过零，就可以实现开断，这样就大大缩短了开断时间，也就缩短了整个切换时间。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。