专利名称：智能快速箱式真空开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电器开关。具体说，是可快速接通和分断主电路的智能快速箱式真空开关。适用于额定工作电压为2 12KV、额定工作电流为250 1600A、分合闸时间(3.7ms的柔性特高压直流输电工程中。
背景技术：
当前，在环境污染和能源安全等问题日益严峻的形势下，国家不断加大投资西电东输、全国连网、柔性特高压直流输电工程的建设。为实现蒙电外送、疆电外送和西南水电外送的大煤电、大水电和清洁能源基地的建设，以及实现能源资源在全国大范围内的高效配置，我国已开始进行了柔性特高压直流输电示范性工程的建设，而满足柔性特高压直流输电用的快速保护开关目前国内还是空白，柔性特高压直流输电用保护开关要求箱式几十个串连安装、体积小、耐压高、电流大、速度快、合闸自保持、既要能电动又要能手动操作。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种可智能化操作、体积小、工作可靠、箱式结构、分合闸时间≤3.7m s、额定工作电流250 1600A的适用于柔性特高压直流输电工程专用智能快速箱式真空开关。当几十个上百个该开关串连安装后，可使用到电压±800KV的特高压直流输电工程中。为解决上述问题，本发明采取以下技术方案:
本发明的智能快速箱式真空开关包括绝缘箱体、真空开关管、绝缘子、永磁操动机构及智能控制模块，绝缘箱体的口部有绝缘箱盖。其结构特点是所述绝缘箱体内的同一水平面上有第一腔、第二腔、第三腔和第四腔，所述第一腔与第三腔间、第二腔与第四腔间均呈对角线布置，第一腔与第二腔的隔壁上有通孔，第二腔和第三腔邻近箱壁的同一侧间连通，第三腔与第四腔间的隔壁上有通孔。所述真空管开关、绝缘子、永磁操动机构和智能控制模块分别置于第一腔、第二腔、第三腔和第四腔内。真空开关管的静导电杆与进线导电排相连并固定在绝缘箱体的就近箱壁上，出线导电排从进线导电排同侧穿过箱壁后接在真空开关管的动导电杆上，使得进线导电排和出线导电排均处于同侧的箱壁上。所述绝缘子与所述动导电杆间连有拉杆，绝缘子与邻近第一腔的隔壁间的那段拉杆上套有分闸弹簧，绝缘子的另一头接有万向短螺杆。所述永磁操动机构含有万向长螺杆，所述万向长螺杆与所述拉杆平行，所述万向长螺杆的两端均伸出在永磁操动机构之外。邻近万向短螺杆的万向长螺杆一端与万向短螺杆外端间接有分合轴，分合轴中间有轴向孔，轴向孔内有转轴且二者间呈活动配合。所述第三腔内壁上固定有接线端子，接线端子借助导线分别与智能控制模块、永磁操动机构、辅助开关和外部外部控制电路相连。本发明的进一步改进方案是，所述永磁操动机构与智能控制模块间的第四腔箱底上有竖销。竖销下端固定在箱底上；所述竖销与万向长螺杆的另一端间有拨杆，万向长螺杆邻近竖销的一端上固定有连接套，拨杆的一端铰接在所述连接套上。拨杆中间有径向孔，所述竖销上端呈活动状伸入拨杆上的径向孔内，并使拨杆在非工作状态下与万向长螺杆垂直。永磁操动机构所在的那个箱壁上有杆孔，杆孔内配有推杆，所述推杆与所述万向长螺杆平行，所述推杆与所述拨杆对应，推杆外端有径向凸台，自径向凸台到箱壁间的那段推杆上套有压簧。
本发明的进一步改进方案是，所述万向短螺杆与绝缘子的连接端间固定有打板，打板一侧的第二腔内壁上固定有辅助开关，打板与辅助开关对应，通过打板打开辅助开关的触点来控制和反馈主开关的分合状态。第三腔邻近箱壁的一侧固定有接线端子，接线端子借助导线分别与智能控制模块、永磁操动机构、辅助开关和外部控制电路相连。
所述辅助开关为主动式瞬动型电器开关。
其中，所述真空开关管含有绝缘外壳，所述静导电杆和动导电杆的里端伸入所述绝缘外壳内，静导电杆的里端焊接有静触头，动导电杆的里端焊接有动触头，动触头与静触头间呈相对布置。
所述绝缘外壳用绝缘陶瓷制成，其外表面呈波纹状。
所述绝缘子邻近第一腔的一端中心有轴向凹腔，轴向凹腔内由里而外依次有触头弹簧和挡片，轴向凹腔口部固定有盖板，盖板中心有杆孔。所述挡片为圆形，其外侧面中心有凸头，所述凸头穿过杆孔后与所述拉杆相连。
所述永磁操动机构含有磁桶，磁桶的桶底一端邻近分合轴，磁桶口部邻近第四腔，且磁桶口部连有筒盖，筒盖中心有孔。磁桶内自桶底到筒盖间依次有永磁铁、静铁芯、动铁芯，所述永磁铁、静铁芯呈固定状连接在靠近桶底一侧的那段万向长螺杆上，所述动铁芯固定连接在靠近桶口一侧的那段万向长螺杆上且穿过筒盖中心的孔后伸出在筒盖之外，其中，静铁芯与动铁芯间有间隙。所述静铁芯和动铁芯的外面套有线圈。
本发明的更进一步改进方案是，所述智能控制模块处于远离第一腔与第四腔间的隔板一侧箱壁内，智能控制模块与第一、第四腔间的隔板间留有间距，间距内有绝缘中隔板，所述出线导电排通过所述间距并进入第一腔后与动导电杆的外伸端连接在一起。
采取上述方案，具有以下优点: 由于本发明采用箱式设计，将真空开关管、绝缘子、永磁操动机构及智能控制模块分别安装在同一绝缘框架下的第一腔、第二腔、第三腔和第四腔的四个腔室中，并用绝缘箱盖密封，确保了整机结构紧凑，绝缘性能高；真空开关管和永磁操动机构并行排列缩短了整个开关的长度；主开关采用特殊真空开关管，具有接通和分断能力强、电弧不外露、寿命长、安全可靠、体积小等特点。采用永磁操动机构来操作开关，达到了快速分合闸的要求，同时当主开关在合闸位置时，靠永磁力保持主开关处于合闸位置。增加了手动分合机构，实现了既可电动又可手动的无障碍操作。绝缘子结构巧妙独特，把触头弹簧固定在绝缘子的中间，一方面使得触头弹簧离主开关动触头距离近，在快速合闸时，极大地减少了合闸弹跳，另一方面使得动端对地的电绝缘安全距离拉大，满足了柔性特高压直流输电所要求的大爬电距离。采用了智能控制模块，使开关实现了远程控制、无线遥控通信及计算机连网等自动控制功能的智能化操作。采用了主动式瞬动型辅助触点，使得反馈出的主开关状态信号和主开关的实际所处的状态相同步。
本发明体积小、工作可靠、电气和绝缘性能高、响应速度快、合闸自保持、既能电动又能手动操作，特别适用于柔性特高压直流输电项目中快速保护电力电子设备的场合。
图1为本发明的智能快速箱式真空开关示意 图2为图1的左视 图3为图1的A-A剖视图，其中动触头与静触头处于接通状态；
图4为图1的A-A剖视图，其中动触头与静触头处于分离状态。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本发明的智能快速箱式真空开关包括绝缘箱体1、真空开关管2、绝缘子14、永磁操动机构26及智能控制模块40,绝缘箱体I的口部设置有绝缘箱盖45。所述绝缘箱体I为近似正方体，其内腔的被分隔成四个空腔，即在绝缘箱体I内的同一水平面上加工有第一腔8、第二腔20、第三腔34和第四腔35，所述第一腔8与第三腔34间、第二腔20与第四腔35间均呈对角线布置，第一腔8与第二腔20的隔壁上加工有通孔，第二腔20和第三腔34邻近箱壁的同一侧间即靠近右侧箱壁处的第二腔20和第三腔34间相连通，第三腔34与第四腔35间的隔壁上加工有通孔。所述真空开关管2、绝缘子14、永磁操动机构26和智能控制模块40分别安装在第一腔8、第二腔20、第三腔34和第四腔35内。所述真空开关管2含有绝缘外壳3，所述绝缘外壳3采用绝缘陶瓷制成，其外表面呈波纹状。所述静导电杆4和动导电杆7的里端伸入所述外壳3内，静导电杆4的里端焊接有静触头5，动导电杆7的里端焊接有动触头6，动触头6与静触头5间呈相对布置。所述真空开关管2的静导电杆4与进线导电排44相连并固定在绝缘箱体I的就近箱壁上，出线导电排43通过连板条9从进线导电排44同侧穿过箱壁后接在真空开关管2的动导电杆7上，使得进线导电排44和出线导电排43均处于同侧的箱壁上。所述绝缘子14与所述动导电杆7间连有拉杆10，绝缘子14与邻近第一腔8的隔壁间的那段拉杆10上套有分闸弹簧11，绝缘子14的另一头接有万向短螺杆21。所述永磁操动机构26含有万向长螺杆24，所述万向长螺杆24与所述拉杆10平行，所述万向长螺杆24的两端均伸出在永磁操动机构26之外。邻近万向短螺杆21的万向长螺杆24—端与万向短螺杆21外端间接有分合轴22，分合轴22中间加工有轴向孔，轴向孔内配有转轴23且二者间呈活动配合。所述第三腔34内壁上固定有接线端子25，接线端子25借助导线分别与智能控制模块40、永磁操动机构26、辅助开关19和外部外部控制电路相连。其中，所述永磁操动机构26与智能控制模块40间的箱底上设置有竖销37，竖销37下端固定在箱底上。所述竖销37与万向长螺杆24的另一端间设置有拨杆36，万向长螺杆邻近竖销的一端上固定有连接套38，拨杆36的一端铰接在所述连接套上，拨杆36中间加工有径向孔，所述竖销37上端呈活动状伸入拨杆36上的径向孔内，并使拨杆36在非工作状态下与万向长螺杆24垂直。永磁操动机构26所在的一个外侧箱壁上加工有杆孔，杆孔内配有推杆41，所述推杆41与所述万向长螺杆24平行，所述推杆41与所述拨杆36对应，推杆41外端加工有径向凸台，自径向凸台到箱壁间的那段推杆41上套有压簧42。在所述万向短螺杆21与绝缘子14的连接端间固定有打板18，打板18 —侧的第二腔20内壁上固定有辅助开关19，所述辅助开关19为主动式瞬动型电器开关。打板18与辅助开关19对应，通过打板18打开辅助开关19的触点来控制和反馈主开关的分合状态。第三腔34邻近箱壁的一侧固定有接线端子25，接线端子25借助导线分别与智能控制模块40、永磁操动机构26、辅助开关19和外部控制电路相连。
所述绝缘子14邻近第一腔的一端中心加工有轴向凹腔16，轴向凹腔16内由里而外依次有触头弹簧15和挡片13，轴向凹腔16 口部固定有盖板12，盖板12中心有杆孔。所述挡片13为圆形，其外侧面中心有凸头，所述凸头穿过杆孔后与所述拉杆10相连。
所述永磁操动机构26含有磁桶31，磁桶31的桶底固定有桶座27，桶座27 —端邻近分合轴22，磁桶31 口部邻近第四腔35，且磁桶31 口部连有筒盖33，筒盖33中心加工有孔。磁桶31内自桶座27到筒盖33间依次设置有永磁铁28、静铁芯29、动铁芯32，所述永磁铁28、静铁芯29呈固定状连接在靠近桶底一侧的那段万向长螺杆24上，所述动铁芯32固定连接在靠近桶口一侧的那段万向长螺杆24上且穿过筒盖33中心的孔后伸出在筒盖33之外，其中，静铁芯29与动铁芯32间有间隙。所述静铁芯29和动铁芯32的外面套有线圈30。
所述智能控制模块40处于远离第一腔8与第四腔35间的隔板一侧箱壁内，智能控制模块40与第一、第四腔间的隔板间留有间距，间距内设置有绝缘中隔板39，所述出线导电排43通过所述间距并进入第一腔8后与动导电杆7的外伸端连接在一起。
本发明的工作过程如下: 如图4所示，当需要智能快速箱式真空开关电动合闸时，即动触头6与静触头5需要闭合接通时，在线圈30中通上一个正向脉冲电流，在动铁芯32和静铁芯29中产生和永磁体28相同方向的磁通，两磁场叠加产生的磁场力克服分闸弹簧11的反力，使得动铁芯32快速吸合静铁芯29。同时动铁芯32带动万向长螺杆24向右推动分合轴22绕转轴23逆时针旋转，分合轴22推动万向短螺杆21、绝缘子14、触头弹簧15、拉杆10、动导电杆7、动触头6向左运动，从而使动触头6和静触头5闭合接通，实现主开关的合闸动作。同时，绝缘子14凹腔16中的内台阶17推动触头弹簧15，触头弹簧15推动拉杆10，拉杆10推动动导电杆7,使动触头6和静触头5接触时有较大的接触压力,可以减小合闸弹跳。
如图3所示，当需要智能快速箱式真空开关电动分闸时，在线圈30中通上一个反向脉冲电流，在动铁芯32和静铁芯29中产生和永磁体28相反方向的磁力，同时在分闸弹簧11的反力的共同作用下，使得动铁芯32快速与静铁芯29分开，同时动铁芯32带动万向长螺杆24向左拉动分合轴22绕转轴23顺时针旋转，分合轴22拉动万向短螺杆21、绝缘子14、触头弹簧15、拉杆10、动导电杆7、动触头6向右运动，从而使动触头6和静触头5分离，实现主开关的分闸动作。
在无操作电源需人力闭合主开关时，即动触头6与静触头5需要人力闭合接通时，仅需用人力向左手动扳动拨杆36，经过杠杆作用，手动力传递到万向长螺杆24上，长螺杆24带动动铁芯32向右运动吸合静铁芯29，同时万向长螺杆24向右推动分合轴22绕转轴23逆时针旋转，分合轴22推动万向短螺杆21、绝缘子14、触头弹簧15、拉杆10、动导电杆7、动触头6向左运动，从而使动触头6和静触头5闭合接通，实现主开关的手动合闸动作。
在无操作电源需人力分离主开关时，即动触头6与静触头5需要人力分离断开时，仅需用人力向右手动扳动拨杆36，经过杠杆作用，手动力传递到长螺杆24上，同时在分闸弹簧11的反力的共同作用下，使得动铁芯32快速与静铁芯29分开，同时万向长螺杆24向左拉动分合轴22绕转轴23顺时针旋转，分合轴22拉动万向短螺杆21、绝缘子14、触头弹簧15、拉杆10、动导电杆7、动触头6向右运动，从而使动触头6和静触头5分离，实现主开关的手动分闸动作。本发明采用箱式设计，将真空开关管2、绝缘子14、永磁操动机构26及智能控制模块39分别安装在绝缘箱体I的四个腔中，同时真空开关管2和永磁操动机构26并行排列缩短了整个开关的长度，使整台开关的电气和绝缘性能高、结构合理、工作可靠、开关参数一致、生产维修方便，在2 12KV的柔性特高压直流输电中的工作电流可达到1600A。其中的绝缘箱体I采用一体化压制而成，除进线导电排44、出线导电排43外的其余带电部件都封闭在绝缘箱体I内，可以使几十个、甚至上百个本发明紧密串连成一体，提高了使用电压到±800KV的特高压场合。主开关采用了真空开关管2，而真空开关管2的动触头6、静触头5是密封在以陶瓷为绝缘外壳3的真空灭弧室中，陶瓷绝缘外壳3的外表面做成波纹状增加了沿面爬电距离，灭弧室中的真空度可高达1.33X10_6Pa。使主开关具有接通和分断能力强、电弧不外露、寿命长、安全可靠、体积小等特点。本发明采用永磁操动机构26来操作开关，仅需一个脉冲电流即可实现主开关分合闸状态的改变，达到了快速分合闸的要求，本开关能在< 3.7ms的间隔内完成分合闸动作。同时当主开关在合闸位置时，靠永磁操动机构26中的永磁力保持主开关处于合闸位置。本发明设置了手动分合机构，在无操作电源的情况下也能对主开关进行就地手动合分闸操作，实现了既可电动又可手动的无障碍操作。绝缘子14结构巧妙独特，把触头弹簧15固定在绝缘子14的中间，一方面使得触头弹簧15离主开关动触头距离近，在快速合闸时，极大地减少了合闸弹跳，本开关的合闸弹跳< 2ms，另一方面使得出线端离地的电绝缘安全距离拉大，满足了柔性特高压直流输电大爬电距离的要求。采用了智能控制模块40，使本发明实现了远程控制、无线遥控通信及计算机连网等自动控制功能的智能化操作。采用了主动式瞬动型电器开关，使得反馈出的主开关状态信号和主开关的实际所处的状态相同步。本发明结构独创、体积小、工作可靠、电气和绝缘性能高、响应速度快(分合闸时间< 3.7ms)、合闸自保持、既能电动又能手动操作，确保几十个开关象抽屉一样层叠串联使用，特别适用于柔性特高压直流输电项目中快速保护电力电子设备的场合。
权利要求
1.智能快速箱式真空开关，包括绝缘箱体(I)、真空开关管(2)、绝缘子(14)、永磁操动机构(26)及智能控制模块(40)，绝缘箱体(I)的口部有绝缘箱盖(45);其特征在于所述绝缘箱体(I)内的同一水平上有第一腔(8)、第二腔(20)、第三腔(34)和第四腔(35)，所述第一腔(8)与第三腔(34)间、第二腔(20)与第四腔(35)间均呈对角线布置，第一腔(8)与第二腔(20)的隔壁上有通孔，第二腔(20)和第三腔(34)邻近箱壁的同一侧间连通，第三腔(34)与第四腔(35)间的隔壁上有通孔；所述真空管开关(2)、绝缘子(14)、永磁操动机构(26)和智能控制模块(40)分别置于第一腔(8)、第二腔(20)、第三腔(34)和第四腔(35)内；真空开关管(2)的静导电杆(4)与进线导电排(44)相连并固定在绝缘箱体(I)的就近箱壁上，出线导电排(43)从进线导电排(44)同侧穿过箱壁后接在真空开关管(2)的动导电杆(7)上，使得进线导电排(44)和出线导电排(43)均处于同侧的箱壁上；所述绝缘子(14)与所述动导电杆(7)间连有拉杆(10)，绝缘子(14)与邻近第一腔(8)的隔壁间的那段拉杆(10)上套有分闸弹簧(11)，绝缘子(14)的另一头接有万向短螺杆(21);所述永磁操动机构(26)含有万向长螺杆(24)，所述万向长螺杆(24)与所述拉杆(10)平行，所述万向长螺杆(24)的两端均伸出在永磁操动机构(26)之外；邻近万向短螺杆(21)的万向长螺杆(24) —端与万向短螺杆(21)外端间接有分合轴(22 )，分合轴(22 )中间有轴向孔，轴向孔内有(23 )转轴(23)且二者间呈活动配合；所述第三腔(34)内壁上固定有接线端子(25)，接线端子(25)借助导线分别与智能控制模块(40)、永磁操动机构(26)、辅助开关(19)和外部外部控制电路相连。
2.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述永磁操动机构(26)与智能控制模块(40)间的箱底上有竖销(37);竖销(37)下端固定在箱底上；所述竖销(37)上有拨杆(36)，拨杆(36)中间有径向孔，所述竖销(37)上端呈活动状伸入拨杆(36)上的径向孔内，并使拨杆(36)在非工作状态下与万向长螺杆(24)垂直；万向长螺杆邻近竖销的一端上固定有连接套(38 )，拨杆(36 )的一端铰接在所述连接套(38 )上，永磁操动机构(26 )所在的那个箱壁上有杆孔，杆孔内配有推杆(41)，所述推杆(41)与所述万向长螺杆(24)平行，所述推杆(41)与所述拨杆(36)对应，推杆(41)外端有径向凸台，自径向凸台到箱壁间的那段推杆(41)上套 有压簧(42)。
3.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述万向短螺杆(21)与绝缘子(14)的连接端间固定有打板(18)，打板(18) —侧的第二腔(20)内壁上固定有辅助开关(19)，打板(18)与辅助开关(19)对应，通过打板(18)打开辅助开关(19)的触点来控制和反馈主开关的分合状态；第三腔(34)邻近箱壁的一侧固定有接线端子(25)，接线端子(25)借助导线分别与智能控制模块(40)、永磁操动机构(26)、辅助开关(19)和外部控制电路相连。
4.按照权利要求3所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述辅助开关(19)为主动式瞬动型电器开关。
5.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述真空开关管(2)含有绝缘外壳(3),所述静导电杆(4)和动导电杆(7)的里端伸入所述外壳(3)内，静导电杆(4)的里端焊接有静触头(5)，动导电杆(7)的里端焊接有动触头(6)，动触头(6)与静触头(5)间呈相对布置。
6.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述绝缘外壳用绝缘陶瓷制成，其外表面呈波纹状。
7.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述绝缘子(14)邻近第一腔的一端中心有轴向凹腔(16)，轴向凹腔(16)内由里而外依次有触头弹簧15和挡片(13)，轴向凹腔(16) 口部固定有盖板(12)，盖板(12)中心有杆孔；所述挡片(13)为圆形，其外侧面中心有凸头，所述凸头穿过杆孔后与所述拉杆(10)相连。
8.按照权利要求1所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述永磁操动机构(26)含有磁桶(31 )，磁桶(31)的桶底固定有桶座(27)，桶座(27) 一端邻近分合轴(22)，磁桶(31)口部邻近第四腔(35)，且磁桶(31) 口部连有筒盖(33)，筒盖(33)中心有孔；磁桶(31)内自桶座(27)到筒盖(33)间依次有永磁铁(28)、静铁芯(29)、动铁芯(32)，所述永磁铁(28)、静铁芯(29)呈固定状连接在靠近桶底一侧的那段万向长螺杆(24)上，所述动铁芯(32)固定连接在靠近桶口一侧的那段万向长螺杆(24)上且穿过筒盖(33)中心的孔后伸出在筒盖(33)之外，其中，静铁芯(29)与动铁芯(32)间有间隙；所述静铁芯(29)和动铁芯(32)的外面套有线圈(30)。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的智能快速箱式真空开关，其特征在于所述智能控制模块(40)处于远离第一腔(8)与第四腔(35)间的隔板一侧箱壁内，智能控制模块(40)与第一、第四腔间的隔板间留有 间距，间距内有绝缘中隔板(39)，所述出线导电排(43)通过所述间距并进入第一腔(8)后与动导电杆(7)的外伸端连接在一起。
全文摘要
本发明涉及智能快速箱式真空开关。它包括绝缘箱体，其特点是绝缘箱体内有第一、二、三、四腔。第一腔至第四腔内分别有真空管开关、绝缘子、永磁操动机构和智能控制模块。真空开关管的两端分别与进线导电排和出线导电排相连。绝缘子与动导电杆间连有拉杆，绝缘子与邻近第一腔的隔壁间的那段拉杆上套有分闸弹簧，绝缘子的另一头接有万向短螺杆。永磁操动机构含有万向长螺杆。万向长螺杆一端与万向短螺杆外端间接有分合轴，分合轴中间有轴向孔，轴向孔内有转轴。第三腔内有接线端子，接线端子分别与智能控制模块、永磁操动机构、辅助开关和外部外部控制电路相连。本发明可智能化操作、体积小、工作可靠，几十个或上百个串联，用于特高压直流输电工程中。
文档编号H01H33/662GK103165339SQ20131010424
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者沈兴元 申请人:无锡市蓝虹电子有限公司