专利名称：相控永磁机构在有载分接开关中的应用及无弧切换有载分接开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相控永磁机构的应用以及由该应用而得到的一种设备，特别是相 控永磁机构在有载分接开关中的应用及相控无弧切换的有载分接开关，该应用通过寻找交 流波形零点，实现有载分接开关的无弧切换。
背景技术：
选相永磁机构最早提出于20世纪70年代，其技术核心就是通过控制开关分合闸 时电压或电流的初相角，以减小乃至消除相关的电磁暂态现象。随着现代电器制造水平和 微电子自动控制技术的进步，该项技术已应用到输配电系统的许多方面。如2003年7月出 版的《大连理工大学学报》第43卷第4期发表的《相控真空开关同步关合电容器组控制策 略及其实现》一文中，就公开了选相永磁机构在投入电力系统中的应用。还有1997年ABB 公司推出了配永磁操动机构的真空断路器，也是选相永磁机构应用的一种实例，这种配永 磁操动机构的真空断路器具有机械部减少、动作时间分散性小、电子操动便于实现各种控 制等优点。有载分接开关用于电力变压器或工业变压器中，在变压器不中断负载电流的情况 (即有载情况)下进行分接，改变变压器的匝数比，从而调整变压器的输出电压。有载分接开关通常由一个带电流转换的切换开关和一个在不带电流情况下进行 预选择抽头位置的分接选择器组合而成，其触头切换机构包括起长期通流作用的主触头部 分和起过渡导通作用的过渡触头部分，弹簧储能快速机构通过中心传动轴驱动起长期通流 作用的主触头部分和起过渡导通作用的过渡触头部分按照切换程序动作，完成切换。由于 过渡触头部分中的主通断触头和过渡触头断开时，产生电弧，造成过渡触头、主通断触头烧 损，使分接开关寿命短，容易发生供电事故。同时过渡触头、主通断触头与定触头之间产生 的电弧容易污染切换开关油室内的变压器油，缩短了开关油室内的变压器油的保养周期， 增加了维修工作量和维修产生的物质损耗。本申请人发明了一种替换现有有载分接开关铜钨触头组的真空泡组，使有载分接 开关实际变成了真空有载分接开关，解决了过渡触头部分中的主通断触头和过渡触头断开 时，产生电弧，造成过渡触头、主通断触头烧损，同时容易污染切换开关油室内的变压器油 等技术问题。但是由于真空泡不是在电压或电流过零点切换，仍然存在着电弧，只是电弧埋 设于真空泡内。由于有电弧的产生，使得真空泡寿命缩短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供相控永磁机构在有载分接开关中的应用， 通过该应用，实现有载分接开关的无弧切换。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种相控无弧切换的有载分接开关。作为本发明第一方面的相控永磁机构在有载分接开关中的应用，是利用一控制装置检测变压器的电流信号，在向该控制装置输入切换控制信号后，该控制装置在电流信号 接近于过零点时，向一驱动装置发出信号，该驱动装置通过执行单元，在电流过零点时驱动有载分接开关的过渡触头部分进行切换，从而实现有载分接开关的无弧切换。作为本发明第二方面的相控无弧切换的有载分接开关，由一个带电流转换的切换 开关和一个在不带电流情况下进行预选择抽头位置的分接选择器组合而成，所述带电流转 换的切换开关包括起长期通流作用的主触头部分和起过渡导通作用的过渡部分，其特征在 于，所述过渡部分包括一控制装置，该控制装置用以接受输入的切换控制信号并采集变压器的电流信 号，计算出变压器电流信号的过零点，输出一延迟驱动控制信号；一驱动装置，该驱动装置接受控制装置输送的延迟驱动控制信号，在变压器电流 过零点时，驱动执行单元动作；一执行单元，受驱动装置控制并带动过渡切换元件在变压器电流信号过零点时导 通与断开，实现切换。本发明的控制装置包括信号采集单元、处理单元和信号输出单元，信号采集单元 采集切换控制信号和变压器的电流信号，根据切换控制信号将采集的变压器的电流信号输 入处理单元；处理单元与信号采集单元连接，接收变压器的电流信号并处理，检测变压器电 流信号的过零点；信号输出单元与处理单元连接，根据检测出的变压器电流信号的过零点， 输出一延迟驱动控制信号。本发明的驱动装置包括相互连接的信号输入处理单元和驱动单元，信号输入处理 单元接收控制单元输送过来的延迟驱动控制信号并处理，在变压器电流信号过零点时，启 动驱动单元驱动执行单元动作。本发明的执行单元为一永磁驱动机构。优选为一双稳态永磁驱动机构。本发明的过渡切换元件为真空泡。由于采用了上述技术方案，本发明真正实现有载分接开关在变压器电流信号过零 点时，实现无弧过渡切换，使得过渡切换元件寿命延长，同时不会污染切换开关油室内的变 压器油。具有机械部件少，具有动作时间分散性小、电子操纵便于灵活实现等优点。
本发明的具体特征性由以下的实施例及其附图进一步描述，其中图1为本发明相控无弧切换的有载分接开关的过渡部分的原理框图。图2为本发明的控制装置的原理框图。图3为本发明驱动单元的原理框图。图4为本发明双稳态永磁驱动机构的结构示意图。图5为本发明双稳态永磁驱动机构与真空泡的连接关系示意图。图6为本发明相控无弧切换的有载分接开关的切换开关部分电原理示意图。图7为本发明相控无弧切换的有载分接开关切换顺序图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的相控无弧切换的有载分接开关，由一个带电流转换的切换开关和一个在 不带电流情况下进行预选择抽头位置的分接选择器组合而成，所述带电流转换的切换开关 包括起长期通流作用的主触头部分和起过渡导通作用的过渡部分。参看图1，过渡部分包括一控制装置100，一驱动装置200，若干个执行单元300以 及若干个过渡切换元件400。参见图2，控制装置100又包括信号采集单元110、处理单元 120和信号输出单元130，信号采集单元110采集切换控制信号和变压器的电流信号，在接 收到一个切换控制命令后，将采集的变压器的电流信号输入处理单元，处理单元与信号采 集单元连接，开始检测变压器电流信号的过零点；在检测到第一个过零点后，根据执行单元 的控制电压、环境温度、操作历史记录，自适应的预测执行单元的动作时间，实时计算触发 延迟时间，通过与之连接的信号输出单元输出一延迟驱动控制信号至驱动装置200。参见图3，驱动装置200又包括相互连接的信号输入处理单元210和驱动单元 220，信号输入处理单元接收控制单元输送过来的延迟驱动控制信号并处理，在变压器电流 信号过零点时，启动驱动单元220驱动不同的执行单元300动作。驱动单元220具有逻辑 控制和开关量I/O模块，以驱动不同的执行单元300按照切换顺序动作。参看图4，执行单元300为一双稳态永磁驱动机构，其包括壳体310和安装在壳体 310内的分闸线圈320、合闸线圈330、永磁铁340以及推杆350，推杆350安装在壳体310 的中心，两端伸出，其中一端具有与过渡切换元件400连接的螺纹。分闸线圈320、合闸线 圈330、永磁铁340位于推杆350的外围。在分闸时，分闸线圈320得电，分闸线圈320产 生的磁力克服永磁体340产生的磁力后，推动推杆350向上运动，进行分闸，分闸后，分闸线 圈320断电，推杆350依靠永磁铁340保持分闸状态。而在合闸时，合闸线圈330得电，合 闸线圈330产生的磁力克服永磁体340产生的磁力后，推动推杆350向下运动，进行合闸， 合闸后，合闸线圈320断电，推杆350依靠永磁铁340保持合闸状态。本发明的过渡切换元件400为真空泡，当然也可以为其它的可以起导通和断开作 用的各类开关元件。参见图5，6个双稳态永磁驱动机构形成的执行单元300安装一圆盘500上，而6 只真空泡形成的过渡切换元件400安装在另一块圆盘600上，图5中的下部可以有载分接 开关其它部件结合，形成本发明的相控无弧切换的有载分接开关。每只真空泡600通过连 杆700与双稳态永磁驱动机构中的推杆连接。当双稳态永磁驱动机构进行分合间动作时， 通过连杆700带动真空泡同步进行分合闸动作。参看图6和图7，变压器有载分接开关的一相切换开关由主载流开关S1、S2，3只真 空泡VI、V2、V3，一个过渡电阻R，电路连接与现有的有载分接开关的电路连接基本上相同。其切换程序是在原始状态时，主载流开关S1和真空泡VI处于合闸位置，主载流 开关S2和真空泡V2、V3处于分闸位置(见图7中a)，电流经主载流开关S1流过。当输 入切换指令后，控制装置检测变压器电流信号的过零点，通过驱动装置约20ms后，使主载 流开关S1分闸(见图7中b)，同时通过双稳态永磁驱动机构使真空泡V3合闸(见图7中 c)。确认后，在变压器电流信号第一个过零点时，通过双稳态永磁驱动机构使真空泡VI分 闸(见图7中d)，电流经真空泡V3和过渡电阻R流过。确认后，通过双稳态永磁驱动机构 使真空泡V2合闸(见图7中e)，电流经真空泡V3和过渡电阻R以及真空泡V2流过，形成回路；接着在变压器电流信号第二个过零点时，通过双稳态永磁驱动机构使真空泡V3分闸 (见图7中f)，确认后，主载流开关S2合间进入新的稳定状态。在新的稳定状态下主载流 开关S2和真空泡V2处于合闸位置，主载流开关Sl和真空泡V1、V2处于分闸位置(见图7 中g)。整个切换时间大约20ms。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
相控永磁机构在有载分接开关中的应用，其特征是利用一控制装置检测变压器的电流信号，在向该控制装置输入切换控制信号后，该控制装置在电流信号接近于过零点时，向一驱动装置发出信号，该驱动装置通过执行单元，在电流过零点时驱动真空泡的通断，完成有载分接开关的切换，从而实现有载分接开关的无弧切换。
2.相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，由一个带电流转换的切换开关和一个在不 带电流情况下进行预选择抽头位置的分接选择器组合而成，所述带电流转换的切换开关包 括起长期通流作用的主触头部分和起过渡导通作用的过渡部分，其特征在于，所述过渡部 分包括一控制装置，该控制装置用以接受输入的切换控制信号并采集变压器的电流信号，计 算出变压器电流信号的过零点，输出一延迟驱动控制信号；一驱动装置，该驱动装置接受控制装置输送的延迟驱动控制信号，在变压器电流过零 点时，驱动执行单元动作；一执行单元，受驱动装置控制并带动真空泡在变压器电流信号过零点时导通与断开， 实现切换。
3.如权利要求2所述的相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，其特征在于，所述的 控制装置包括信号采集单元、处理单元和信号输出单元，信号采集单元采集切换控制信号 和变压器的电流信号，根据切换控制信号将采集的变压器的电流信号输入处理单元；处理 单元与信号采集单元连接，接收变压器的电流信号并处理，检测变压器电流信号的过零点； 信号输出单元与处理单元连接，根据检测出的变压器电流信号的过零点，输出一延迟驱动 控制信号。
4.如权利要求2所述的相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，其特征在于，所述的 驱动装置包括相互连接的信号输入处理单元和驱动单元，信号输入处理单元接收控制单元 输送过来的延迟驱动控制信号并处理，在变压器电流信号过零点时，启动驱动单元驱动执 行单元动作。
5.如权利要求2所述的相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，其特征在于，所述的 执行单元为一永磁驱动机构。
6.如权利要求2所述的相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，其特征在于，所述的 执行单元为一双稳态永磁驱动机构。
7.如权利要求2所述的相控永磁机构无弧切换的有载分接开关，其特征在于，所述的 过渡切换元件为真空泡。
全文摘要
本发明公开的相控永磁机构在有载分接开关中的应用，其特征是利用一控制装置检测变压器的电流信号，在向该控制装置输入切换控制信号后，该控制装置在电流信号接近于过零点时，向一驱动装置发出信号，该驱动装置通过执行单元，在电流过零点时驱动起过渡作用真空泡的通断，从而实现有载分接开关的无弧切换。本发明还公开了相控无弧切换的有载分接开关，真正实现有载分接开关在变压器电流信号过零点时，实现无弧过渡切换，使得过渡切换元件寿命延长，同时不会污染切换开关油室内的变压器油。
文档编号H01H33/666GK101807471SQ20091004617
公开日2010年8月18日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者肖日明, 肖毅 申请人:上海华明电力设备制造有限公司;上海华明高压电气开关制造有限公司