专利名称：一种超高压真空断路器快速操动机构及其控制方法
技术领域：
本发明属于供配电技术领域，特别是用于控制超高压真空断路器的分合闸操作的 一种超高压真空断路器快速操动机构及其控制方法。
背景技术：
随着我国工业化、城镇化快速发展，在较长时期内电力需求将持续增长，电网发展 任务繁重，发展坚强的智能电网显得尤为迫切，而智能电网也正朝着超高压、特高压等级迈 进，因此，研究开发与之相配套的高性能、高可靠性断路器可为智能电网供电的安全性和可 靠性提供强有力的技术保障。超高压断路器的开发最为关键的两个因素包括操动机构和灭弧介质，一般认为单 断口的断路器是分断性能较佳的断路器，在灭弧介质中，SF6和真空是较为理想的两种介 质，其中SF6是较容易实现单断口超高压断路器的灭弧介质，但SF6在电弧分解下产生剧毒， 1997年京都会议提出SF6气体属于地球温室效应气体之一，并且将于2030年后禁止使用， 因此开发以真空作为灭弧介质的单断口超高压断路器显得尤为迫切。目前，操动机构的分合闸速度问题成为限制超高压等级真空断路器发展的问题。
发明内容
本发明的目的是，提出一种超高压真空断路器快速操动机构，其分合闸动作的速 度可使其适用于超高压线路电网的真空断路器中。本发明的目的还要提供一种超高压真空 断路器快速操动机构的控制方法。为达到上述目的，本发明的方案为超高压真空断路器操动机构包括涡流斥力机 构、永磁操动机构，其中，永磁操动机构包括外磁轭、动铁心，在外磁轭内部、动铁心外部的 上下两端分别装有合闸线圈和分闸线圈，分闸线圈和合闸线圈之间装有永磁体，动铁心中 穿装有下动导杆，涡流斥力机构位于永磁操动机构的上方，涡流斥力机构包括涡流盘，涡流 盘的上方装有分闸涡流线圈，下方装有合闸涡流线圈；涡流盘上穿装有上动导杆，上动导杆 穿过永磁操动机构的外磁轭连接动铁心中的下动导杆。涡流斥力机构可以有效提供短气隙 的推力，永磁操动机构提供长气隙时的分合闸力。本发明的超高压正空断路器用快速操动机构中，永磁操动机构中，在永磁体的内 侧设有极靴，极靴的设置可使磁力线的分布更加理想化，优化分合间的效果。本发明的超高压真空断路器快速操动机构中，永磁操动机构采用非对称结构，即 合闸线圈与分闸线圈高度不等；动铁心在分合闸动作时可与外磁轭接触的上端部分厚度与 下端厚度不等。具体来说，永磁机构的永久磁铁回路通常是按吸力要求最大的一侧设计的， 而另一侧必须采取减小其吸力的措施，以减小动铁心与磁轭吸合面有效吸合面积，该种结 构可与超高压真空断路器的反力特性曲线形成良好配合，实现断路器良好的分合闸特性。本发明的超高压真空断路器快速操动机构中，涡流盘为高导电率材料，外磁轭、动 铁心、极靴为高导磁材料，可使导磁回路的消耗的磁动势较小，可以有效增加气隙的磁密，提高快速操动机构的出力功；上动导杆和下动导杆为非导磁材料，可避免磁路回路中出现 漏磁现象。本发明的超高压真空断路器快速操动机构的控制方法为
合闸时，合闸线圈通正向电流，形成向上吸力、分闸线圈通反向电流，对动铁心下端面 进行弱磁，使动铁心能加速向上运动，与此同时，合闸涡流线圈通脉冲电流，脉冲电流的变 化率大于零(di/dt>0)，在涡流盘中产生涡流，此涡流的极性方向与合闸涡流线圈产生的磁 场极性相反，在较短气隙内形成较大的向上推力。推斥涡流盘向上运动；
分闸时，分闸线圈通正向电流，形成向下吸力，合闸线圈通反向电流，对动铁心上端面 进行弱磁，使动铁心能加速向下运动，分间涡流线圈通脉冲电流，脉冲电流的变化率大于 零(di/dt>0)，在涡流盘中产生涡流，此涡流的极性方向与分闸涡流线圈产生的磁场极性相 反，在较短气隙内形成较大的向下推力。推斥涡流盘向下运动。操动机构中，上动导杆、下动导杆和动铁心构成一个整体运动部件，与动铁心同步 运动，保证动铁心在同心方向上运动。本发明的有益效果为超高压真空断路器快速操动机构及其控制方法，其涡流斥 力机构可以有效提供短气隙的推力，永磁操动机构提供长气隙时的分合闸力。将永磁操动 机构和涡流斥力机构两者优点结合起来应用于超高压断路器上，可以实现超高压断路器快 速分合闸，有益于电弧的快速熄灭，延长断路器的寿命。
图1为一种超高压真空断路器快速操动机构结构示意图； 图2为合闸操作时的触点电路原理图3为分闸操作时的触点电路原理图； 图4为操动机构在合闸操作时的触点状态。
具体实施例方式为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式
做进一步说明。所述一种超高压真空断路器快速操动机构，其具体实施方式
结合图1所示，包括 涡流斥力机构I和永磁操动机构II，永磁操动机构II包括外磁轭7、动铁心5，外磁轭内部 在动铁心外的上下两端分别装有合闸线圈和分闸线圈9，在分闸线圈9和合闸线圈4之间 装有永磁体6，永磁体6操动机构II中，在永磁体6的内侧设有极靴8。动铁心5中穿装有 下动导杆11，涡流斥力机构I位于永磁操动机构II的上方，涡流斥力机构I包括涡流盘2， 涡流盘的上方装有分闸涡流线圈1，下方装有合闸涡流线圈3 ；涡流盘2上穿装有上动导杆 10，上动导杆10穿过永磁操动机构II的外磁轭7连接动铁心5中的下动导杆11。结合图1，永磁操动机构II采用非对称结构，即合闸线圈3与分闸线圈1高度不 等；动铁心5在分合间动作时可与外磁轭7接触的上端部分厚度与下端厚度不等。具体来 说，永磁机构II的永久磁铁回路通常是按吸力要求最大的一侧设计的，而另一侧必须采取 减小其吸力的措施，以减小动铁心5与外磁轭7吸合面有效吸合面积，该种结构可与超高压 真空断路器的反力特性曲线形成良好配合，实现断路器良好的分合闸特性。所述控制方法结合图2至图4所示，触点Kl、K2、K3、K4控制主回路的开关接点，接收并完成分合闸操作命令，对应的接通或关断分闸涡流线圈、合闸涡流线圈、合闸线圈和 分闸线圈的电流。当接到合闸命令，第三触点K3、第四触点K4同时闭合，合闸线圈4和分闸线圈9由 变电站直流电源或电容供电，推动动铁心5向上运动，分闸线圈9所加反向极性电压，与此 同时，第一触点Kl分断、第二触点K2闭合，合闸涡流线圈3通瞬时脉冲电流，与涡流盘2产 生的磁场相斥，从而实现操动机构的快速合闸。当接到分闸命令时，第三触点K3、第四触点 K4同时闭合，合闸线圈4和分闸线圈9由变电站直流电源或电容供电，推动动铁心5向下运 动，合闸线圈4加反向极性电压与此同时，第一触点Kl闭合、第二触点K2分断，分闸涡流线 圈1通瞬时脉冲电流，与涡流盘2产生的磁场相斥，从而实现操动机构的快速分闸。本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发 明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发 明的技术范畴。
权利要求
一种超高压真空断路器快速操动机构，包括永磁操动机构，永磁操动机构包括外磁轭、动铁心，外磁轭内部在动铁心外上下两端分别装有合闸线圈和分闸线圈，在分闸线圈和合闸线圈之间装有永磁体，动铁心中穿装有下动导杆，其特征在于，操动机构还包括永磁操动机构(II)上方的涡流斥力机构(I)，涡流斥力机构(I)包括涡流盘(2)，涡流盘的上方装有分闸涡流线圈(1)，下方装有合闸涡流线圈(3)；涡流盘(2)上穿装有上动导杆(10)，上动导杆(10)穿过永磁操动机构(II)的外磁轭(7)连接动铁心(5)中的下动导杆(11)。
2.根据权利要求1所述的一种超高压真空断路器快速操动机构，其特征在于，永磁操 动机构(II)中，在永磁体(6)的内侧设有极靴(8)。
3.根据权利要求1或2所述的一种超高压真空断路器快速操动机构，其特征在于永磁 操动机构(II)中，合闸线圈(4)与分闸线圈(9)高度不等。
4.根据权利要求1或2所述的一种超高压真空断路器快速操动机构，其特征在于，动铁 心(5)在分合间动作时可与外磁轭(7)接触的上端部分厚度与下端厚度不等。
5.根据权利要求1或2所述的一种超高压真空断路器快速操动机构，其特征在于涡流 盘(2 )为高导电率材料，外磁轭(7 )、动铁心(5 )、极靴(8 )为高导磁材料，上动导杆(10 )和 下动导杆(11)为非导磁材料。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种超高压真空断路器快速操动机构的控制 方法，其特征在于，该控制方法为合闸时，合闸线圈(4)通正向电流、分闸线圈(9)通反向电流，与此同时，合闸涡流线圈 (3)通脉冲电流；分闸时，分闸线圈(9)通正向电流，合闸线圈(4)通反向电流，分闸涡流线圈(1)通脉冲 电流。
全文摘要
本发明公开一种超高压真空断路器快速操动机构及其控制方法，操动机构包括永磁操动机构和涡流斥力机构，永磁操动机构采用非对称结构形式，可以很好地配合超高压真空断路器的反力特性要求；涡流斥力机构可产生瞬时的斥力，加速超高压真空断路器的分合闸操作。其控制方法为合闸时，合闸线圈通正向电流，分闸线圈通反向电流，与此同时，给合闸涡流线圈施加脉冲电流；分闸时，分闸线圈通正向电流，合闸线圈通反向电流，与此同时，给分闸涡流线圈施加脉冲电流。本发明通过采用非对称永磁操动和涡流斥力机构，实现机构的快速动作，满足超高压真空断路器的反力特性要求。
文档编号H01H33/666GK101986407SQ20101057424
公开日2011年3月16日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者房淑华, 林鹤云, 汪先兵, 郭立家, 金平, 陈祥 申请人:东南大学