一种直流负荷开关的制作方法

1.本发明涉及真空开关技术领域，具体涉及直流负荷开关。


背景技术：

2.在中压直流开断设备中，作为承载、开断和关合中压直流运行回路额定电流以及短时过载电流的开关设备——中压直流负荷开关，是提高直流配电系统稳定性、可靠性与灵活性的重要手段。按照直流负荷开关的工作原理，可将其分为机械式、全固态式和混合式直流负荷开关三种。
3.由于直流电流不像交流电流具备自然过零点这一特性，现阶段的直流负荷开关开断短路电流大多通过人为制造过零点的方式，如授权公告号为cn212210276u的专利文件公开的一种磁耦合型配网机械式负荷开关柜，其快速开关包括极柱，极柱内具有断口，极柱上设有一对触指，一对触指与柜体内的一对触头盒插接，但是这种直流负荷开关存在机械开关打开之后断口电压快速增加，导致断口重击穿，从而造成直流开断失败的情况。因此快速开关手车的设计将直接影响负荷开关开断短路电流的速度和开断可靠性。同时，现有主流的中压直流开断设备存在成本高、体积庞大等等瓶颈，无法满足直流配电网建设的大规模应用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种直流负荷开关，以解决现有的直流负荷开关容易出现断口重击穿导致直流开断失败的问题。
5.本发明的直流负荷开关的技术方案是：
6.一种直流负荷开关，包括机架，机架上设有主回路模块，主回路模块包括第一固封极柱和第二固封极柱，第一固封极柱与第二固封极柱串联，第一固封极柱和第二固封极柱均包括绝缘体和设置在绝缘体中的断口组件，断口组件包括动触头和静触头，动触头连接有绝缘拉杆，绝缘拉杆连接有驱动断口组件分合闸的操动机构；第一固封极柱的出线端与第二固封极柱的进线端导电连接；直流负荷开关还包括转移电容器，第一固封极柱和第二固封极柱串联后整体与转移电容器并联。
7.有益效果：通过在主回路上串联第一固封极柱和第二固封极柱，形成双断口结构，降低了单个断口上承载的电压，同时通过并联转移电容器，确保确保故障电流快速转移过零，在满足开断直流系统短路电流的情况下，可避免断口发生弧后重燃击穿造成开断失败的情况；而且可实现双向开断，开断前无需判断电流方向，控制简单。
8.进一步地，第一固封极柱与第二固封极柱均上下延伸，第一固封极柱与第二固封极柱左右布置，第一固封极柱的进线端处于出线端的上侧，第二固封极柱的出线端处于进线端的上侧，第一固封极柱的进线端设置有向前延伸的进线触臂，第二固封极柱的出线端设置有向前延伸的出线触臂，转移电容器处于进线触臂的后侧。
9.有益效果：通过将两固封极柱左右布置以及将进线触臂、出线触臂与转移电容器
布分别布置在前后两侧，使得结构布置紧凑，有利于降低设备占用空间；而且，通过向前的进线触臂、出线触臂的设置能够方便在触臂上设置触头，从而方便将主回路模块与直流系统连接。
10.进一步地，操动机构处于主回路模块的下侧。
11.有益效果：使操动机构处于两固封极柱的下方，能够方便在操动机构与上下延伸的固封极柱之间设置传动机构，有利于传力机构使用稳定可靠。
12.进一步地，操动机构为斥力操动机构，直流负荷开关包括为斥力操动机构供电的操动机构供电模块，操动机构供电模块包括与斥力操动机构的线圈连接的晶闸管组件、与晶闸管组件连接的操动机构供电电容器、用于与外部电路连接以对操动机构供电电容器充电的供电电源。
13.有益效果：采用斥力操动机构实现驱动断口组件分合闸，结构简单、分闸速度快。
14.进一步地，操动机构供电电容器处于斥力操动机构的后侧，主回路模块的后侧设置有晶闸管隔室，晶闸管隔室处于操动机构供电电容器的上侧，晶闸管组件处于晶闸管隔室内。
15.有益效果：将操动机构供电电容器布置在斥力操动机构的后侧，方便布线，同时，由于晶闸管组件的电压不高，而斥力操动机构和操动机构供电电容器需要承受主回路上电压，电流和电压比较大，从而通过将晶闸管组件放置在操动机构供电电容器的上侧且位于主回路模块的后侧，并单独设置在晶闸管隔室中，从而降低晶闸管组件受到斥力操动机构和操动机构供电电容器上高电压的影响。
16.进一步地，晶闸管隔室的上侧设置有电源隔室，供电电源设置在电源隔室内，转移电容器设置在电源隔室的上方。
17.有益效果：将供电电源单独设置在电源隔室内，降低转移电容器上的高电压对供电电源产生影响。
18.进一步地，机架底部设置有滚轮，直流负荷开关为可移开式手车结构。
19.有益效果：通过形成可移开式手车结构，将主回路模块与转移电容器集成在同一手车，简化接线方式，减小体积，便于检修。
20.进一步地，固封极柱为磁吹弧固封极柱，磁吹弧固封极柱包括与断口组件浇注在一起的磁吹弧模块，磁吹弧模块包括磁场发生器，磁场发生器用于在断口间产生横向磁场，以引起电流振荡过零。
21.有益效果：磁吹弧固封极柱在保证绝缘的前提下，可以使电流快速转移过零，实现对系统短路故障的切除。
22.进一步地，动触头、静触头均为横磁结构。
23.有益效果：真空灭弧室内部的动触头、静触头采用横磁结构，保证了开断可靠性，延长了固封极柱的使用寿命。
24.进一步地，转移电容器的一个电极与第一固封极柱的进线端导电连接，另一个电极与第二固封极柱的出线端导电连接。
25.有益效果：转移电容器的两个电极通过直接与第一固封极柱的进线端、第二固封极柱的出线端导电连接，实现转移电容器与主回路模块的并联，有利于布置紧凑。
附图说明
26.图1为本发明直流负荷开关的实施例1的立体示意图一；
27.图2为图1的的主视图；
28.图3为本发明直流负荷开关的实施例1的立体示意图二；
29.图4为图1中的滚轮与步进电机的传动结构示意图。
30.图中：1、供电电源；2、放电电阻；3、合闸电容器；4、带电显示器；5、紧急放电装置；6、分闸电容器；7、电压传感器；8、放电接触器；9、转移电容器；10、晶闸管组件；12、机架；13、斥力操动机构；14、第一固封极柱；15、进线触臂；16、出线触臂；17、连接排；18、进线触头；19、出线触头；21、第二固封极柱；22、步进电机；23、主动轮；24、传动轴；25、滚轮。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语如“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，可能出现的术语如“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，由可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，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。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
37.本发明的直流负荷开关的实施例1：
38.如图1、图2、图3所示，直流负荷开关为可移开式手车结构，包括机架12，机架12上设有用于连接直流系统设备柜体内主通流电路的主回路模块，主回路模块包括第一固封极
柱14和第二固封极柱21，机架12上还集成设置有转移电容器9、操动机构、操动机构供电模块。
39.机架12具有方形的底座，底座的四角设有四个滚轮25，底座的中部设有有竖向隔板，竖向隔板的后侧板面上设有多个横向隔板，主回路模块以及操动机构设置在竖向隔板前侧。
40.第一固封极柱14和第二固封极柱21均上下延伸，且第一固封极柱14与第二固封极柱21左右布置。第一固封极柱14与第二固封极柱21均为磁吹弧固封极柱，磁吹弧固封极柱包括绝缘体和设置在绝缘体中的断口组件、磁吹弧模块，断口组件与磁吹弧模块一体浇注固定在一起，断口组件为真空灭弧室，真空灭弧室包括动触头和静触头，动触头和静触头之间形成断口，且动触头、静触头为横磁结构，磁吹弧模块包括两个串联的磁场发生器，磁场发生器用于在断口间产生横向加强磁场，以引起开断电流时使断口间的电流快速振荡过零。磁吹弧模块具体结构为现有技术，本实施例中不再详细展开说明。
41.第一固封极柱14、第二固封极柱21均具有进线端和出线端，第一固封极柱14的进线端处于出线端的上侧，第二固封极柱21的出线端处于进线端的上侧，第一固封极柱14的出线端与第二固封极柱21的进线端通过连接排17导电连接，以实现第一固封极柱14与第二固封极柱21串联。第一固封极柱14的进线端设置有向前延伸的进线触臂15，第二固封极柱21的出线端设置有向前延伸的出线触臂16，进线触臂15的端部设有进线触头18，出线触臂16的端部设有出线触头19，进线触头18、出线触头19用于与直流系统主通流电路上的适配导体实现回路导通，直流系统主通流电路上的电流从进线触头18流入，从出线触头19流出。
42.第一固封极柱14、第二固封极柱21的动触头连接有绝缘拉杆，绝缘拉杆与操动机构连接，操动机构用于驱动断口组件分合闸。操动机构为斥力操动机构13，斥力操动机构13固定在底座上方，第一固封极柱14、第二固封极柱21位于斥力操动机构13上方。
43.转移电容器9设置在机架12顶部，且转移电容器9处于进线触臂15的后侧，转移电容器9的两个接线端分别位于第一固封极柱14、第二固封极柱21的上方，以便于使转移电容器9的一个电极通过导电排与第一固封极柱14的进线端导电连接，另一个电极通过导电排与第二固封极柱21的出线端导电连接，以实现第一固封极柱14和第二固封极柱21串联后整体与转移电容器9并联。而且，转移电容器9与断口之间间的距离不超过2m。
44.在斥力操动机构13及主回路模块的后方通过机架12的竖向隔板和横向隔板从下到上依次形成有供电电容器隔室、放电模块隔室、晶闸管隔室、电源隔室，转移电容器9位于电源隔室的上方。
45.操动机构供电模块用于为斥力操动机构13供电，操动机构供电模块包括与斥力操动机构13的线圈连接的晶闸管组件10、与晶闸管组件10连接的操动机构供电电容器、用于与外部电路连接以对操动机构供电电容器充电的供电电源1。晶闸管组件10包括合闸晶闸管组件和分闸晶闸管组件，操动机构供电电容器包括合闸电容器3和分闸电容器6。
46.操动机构供电电容器位于供电电容器隔室内，晶闸管组件10位于晶闸管隔室内，供电电源1设置在电源隔室内，从而实现操动机构供电电容器处于斥力操动机构13的后侧，晶闸管隔室处于操动机构供电电容器的上侧，供电电源1设置在电源隔室内，降低高压器件对低压器件的影响。
47.直流负荷开关还包括放电模块，放电模块包括放电接触器8、放电电阻2、电压传感
器7、带电显示器4，还包括紧急放电装置5。其中，放电接触器8、放电电阻2、电压传感器7设置在放电模块隔室内，带电显示器4、紧急放电装置5设置在供电电容器隔室内。
48.供电电源1的正极通过线缆连接紧急放电装置5的一端、放电接触器8的一端以及合闸电容器3的正极，放电接触器8的另一端通过线缆连接到放电电阻2上，供电电源1的负极通过线缆连接紧急放电装置5的另一端、放电电阻2的另一端以及合闸电容器3的负极。合闸晶闸管组件通过线缆与合闸电容器3的正极连接，另一端通过线缆连接斥力操动机构13的合闸线圈的正极，斥力操动机构13的合闸线圈的负极通过线缆和合闸电容器3的负极连接。
49.供电电源1的正极还通过线缆连接分闸电容器6的正极，供电电源1的负极还通过线缆连接分闸电容器6的负极。分闸晶闸管组件通过线缆与分闸电容器6的正极连接，另一端通过线缆连接斥力操动机构13分闸线圈的正极，分闸线圈的负极通过线缆和分闸电容器6的负极连接。
50.电压传感器7用于实时检测合闸电容器3和分闸电容器6两端电压。带电显示器4用于显示合闸电容器3和分闸电容器6的带电状态。
51.分闸电容器6的负极通过线缆连接到磁场发生器的正极，磁场发生器的负极通过线缆连接到分闸电容器6的正极。
52.如图4所示，机架12的底座上还设有步进电机22，步进电机22带动主动轮23转动，主动轮23带动从动轮转动，从动轮带动传动轴24转动，传动轴24带动滚轮25转动，实现小车行走。
53.在使用时，先通过控制面板的按钮设置步进电机22的推进速度，设置完成后点击控制面板的启动按钮，通过控制面板指控步进电机22带动主动轮23转动，主动轮23带动从动轮和传动轴24，进而带动滚轮25将直流负荷开关自动推进到工作位置。进线触头18上安装有压力传感器，当直流负荷开关移动到工作位置时压力传感器会发出信号，切断步进电机22的电源使直流负荷开关停止运动。
54.在中压直流系统正常运行时，需要通过负荷开关切断额定电流和短时过载电流，具体过程如下：当直流负荷开关合闸并处于工作位置时，第一固封极柱14和第二固封极柱21承担主回路电流，供电电源1给分闸电容器6和合闸电容器3充电，分闸电容器6和合闸电容器3上带有电压传感器7，当检测到分闸电容器6和合闸电容器3的电容电压达到设定值时将发出信号，断开供电电源1，停止充电。且分闸电容器6和合闸电容器3装有无源传感器，直流负荷开关掉电时将触发信号使分闸电容器6和合闸电容器3放电。
55.当直流系统要求开断直流电流时，通过触发分闸晶闸管组件使分闸电容器6开始对斥力操动机构13中的线圈放电，斥力操动机构13带动第一固封极柱14和第二固封极柱21进行分闸操作。当第一固封极柱14和第二固封极柱21中的断口拉开一定间距后，导通磁场发生器，将分闸电容器6上的反向能量转移到磁场发生器中产生高频磁场，完成直流电流开断。
56.当需要检修设备时，放电接触器8动作导通放电回路，分闸电容器6和合闸电容器3上的能量将通过放电接触器8在放电电阻2上消耗，放电完成后，通过切断放电接触器8可以切断放电回路，此时电压传感器7上的电压显示为“0”，带电显示器4上的指示灯熄灭，此时可以对小车进行检修，如果遇到紧急情况可以通过控制紧急放电装置5对分闸电容器6和合
闸电容器3进行放电，避免发生安全事故。当对小车进行检修时，可通过控制面板上的按键指控/远控步进电机22带动主动轮23，主动轮23驱动从动轮和传动轴24，带动滚轮25将快速开关小车自动推进到试验位置，完成自动出柜检修。
57.通过双断口的设计可以极大改善真空灭弧室的弧后耐压特性，降低了单个断口上承载的电压，防止断口处发生弧后击穿，在满足开断系统短路电流的情况下，可避免断口发生弧后重燃击穿造成开断失败的情况，而且可实现双向开断，开断前无需判断电流方向，控制简单；真空灭弧室内部的动静触头采用横磁结构，保证了开断可靠性，延长了固封极柱的使用寿命；磁吹弧模块在断口间产生横向加强磁场，实现电流快速振荡过零；转移电容器9无需预充电，确保故障电流快速转移的同时也可避免长期带电引发安全事故发生；同时，采用机械式开断方案，开关本体不使用电力电子器件，不含iegt、igct等价格较高的全控型电力电子器件，成本大幅度降低的同时可实现小型化设计；通态损耗低、结构设计紧凑，满足中压直流配电系统用负荷开关设备的易操作、经济性好的要求；可移开式手车结构采用模块化、小型化设计，成本和体积较市面上现有负荷开关方案减小50％左右。
58.本发明中的直流负荷开关的实施例2：
59.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的第一固封极柱的出线端与第二固封极柱的进线端通过连接排导电连接。而本实施例中，第一固封极柱的出线端与第二固封极柱的进线端通过导线导电连接。
60.本发明中的直流负荷开关的实施例3：
61.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的第一固封极柱与第二固封极柱左右布置。而本实施例中，第一固封极柱与第二固封极柱一上一下布置。
62.本发明中的直流负荷开关的实施例4：
63.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的第一固封极柱的出线端与第二固封极柱的进线端导电连接。而本实施例中，第一固封极柱的进线端与第二固封极柱的出线端导电连接，直流系统主通流电路上的电流从第二固封极柱的进线端流入，从第一固封极柱的出线端流出。
64.本发明中的直流负荷开关的实施例5：
65.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的操动机构位于主回路模块下方。而本实施例中，操动机构位于主回路模块的后侧，晶闸管组件、供电电源及供电电容器设置在操动机构的上方。
66.本发明中的直流负荷开关的实施例6：
67.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的晶闸管隔室、电源隔室由机架上横向隔板和竖向隔板形成。而本实施例中，机架为框架结构，晶闸管隔室、电源隔室由框架结构的横梁和纵梁形成。
68.本发明中的直流负荷开关的实施例7：
69.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的直流负荷开关为可移开式手车结构。而本实施例中，直流负荷开关固定在直流系统设备中。
70.本发明中的直流负荷开关的实施例8：
71.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的转移电容器的一个电极与第一固封极柱的进线端通过导电排实现导电连接，另一个电极与第二固封极柱的出线端通过导
电排实现导电连接。而本实施例中，转移电容器的一个电极与第一固封极柱的进线端通过线缆实现导电连接，另一个电极与第二固封极柱的出线端通过线缆导电连接。
72.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。