一种高压电容器投切开关及其控制方法与流程

1.本发明属于高压无功补偿装置技术领域，尤其涉及一种高压电容器投切开关及其控制方法。


背景技术：

2.随着经济飞速发展，各个行业快速成长，用电量也在猛增，电网系统的经济运行逐步受到重视，如何使得电网消耗最低，提高整体电力系统运行的经济性是现代电力部门最主要的研究方向。最主要的手段就是对电力系统进行无功功率优化和无功功率补偿，这也是电力系统施行经济运行最主要的两个组成部分，上述两个措施的实施到位，能够对无功电源进行合理的配置和补偿无功负荷，能够保持电压稳定和整个电力系统的稳定，也能够有效地降低电网损耗，使得电力系统实现安全经济的运行模式。
3.高压无功补偿就是将高压电力电容器安装在变电所6-10kv及以上的高压母线上，它能补偿安装点以前所有线路上的无功功率，这种补偿方式便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧无功功率进行有效的补偿，以满足工厂功率因数的要求。高压无功补偿一般只作提高功率因数和稳定系统电压之用，通过电力电容器输出的容性无功功率平衡系统感性负荷所需的容性无功功率，提高功率因数，消除力率电费；增加设备出力；降低功率损耗；改善电压质量，抑制电压闪变。
4.发明人发现，并联电容器是目前10kv电网最好的无功补偿方式，而现有用于投切10kv电力系统电容器组的开关多为真空开关，易出现操作过电压和开断重燃，引起系统绝缘事故。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种高压电容器投切开关及其控制方法，本发明的电容器投切开关是一种新型驱动方式的开关，采用直线式驱动方式，新型镂空式立柱绝缘结构，配合快速永磁机构，替代传统真空开关，将其用于投切电容器组，具有更优良的技术性能和市场前景。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种高压电容器投切开关，采用如下技术方案：
7.一种高压电容器投切开关，包括：
8.机箱，内壁上至少固定有一个拐臂导向支座；所述拐臂导向支座上固定有拐臂关节轴；所述机箱的一个侧壁上至少开设有一个通孔；
9.双稳态永磁机构，固定在所述机箱的内壁上，所述双稳态永磁机构的铁芯轴上同轴固定有驱动连接杆；
10.至少一个拐臂，中间开设有椭圆孔，所述拐臂关节轴插入所述椭圆孔内；所述拐臂的一端铰接在所述驱动连接杆上；
11.操作绝缘子，轴向与所述驱动连接杆的轴向垂直；所述操作绝缘子一端与所述拐
臂远离所述驱动连接杆的一端铰接，另一端穿过所述通孔后固定有动触头。
12.进一步的，所述机箱内壁上固定有固定导向板，所述固定导向板上设置有直线轴承；所述固定导向板通过所述直线轴承与所述驱动连接杆垂直连接。
13.进一步的，所述机箱外壁上至少固定有第一壳体，所述操作绝缘子位于所述第一壳体内。
14.进一步的，所述第一壳体远离所述机箱的一端固定有第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体之间设置有动触头连接线排。
15.进一步的，所述第二壳体通过立柱绝缘件构成；所述第二壳体内设置有真空灭弧室。
16.进一步的，所述第二壳体远离所述动触头连接线排的一端设置有静触头。
17.进一步的，所述机箱侧壁上设置有多个螺栓孔。
18.进一步的，所述拐臂关节轴活动连接在所述椭圆孔内。
19.为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种高压电容器投切开关控制方法，采用如下技术方案：
20.一种高压电容器投切开关控制方法，采用了如第一方面中所述的高压电容器投切开关；包括：
21.双稳态永磁机构工作，带动铁芯轴和驱动连接杆做水平运动；
22.做水平运动的驱动连接杆带动拐臂转动；
23.转动的拐臂带动操作绝缘子做垂直运动，操作绝缘子做垂直运动带动动触头的上下运动，实现投切开关的开启和闭合。
24.进一步的，拐臂相对于拐臂导向支座的运动轨迹由拐臂关节轴在椭圆孔内的运动轨迹决定。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.1、本发明通过在机箱内设置双稳态永磁机构，双稳态永磁机构的铁芯轴上同轴固定有驱动连接杆，驱动连接杆与操作绝缘子之间通过拐臂连接，当驱动连接杆在双稳态永磁机构驱动下做水平直线运动时，可以通过拐臂将水平直线运动传递给操作绝缘子，实现驱动操作绝缘子做垂直直线运动的目的，替代了传统真空开关的结构和驱动方式，将其用于投切电容器组，具有更优良的技术性能和市场前景；
27.2、本发明中通过驱动轴连杆直线式将永磁机构产生的电磁力传递，同时在固定导向板和直线轴承的辅助作用下无任何机械损耗；直线轴承是与轴作滚动接触，并以轴为轨道，在轴方向上能做无限直线运动的高精度轴承，由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小，钢球以极小的磨擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动；真正做到了动力传递过程的零损耗。
附图说明
28.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
29.图1为本发明实施例1的结构示意图；
30.图2为本发明实施例1的图1的侧视图；
31.图3为本发明实施例1的图1的俯视图；
32.图4为本发明实施例1的立柱绝缘件内部连接图；
33.图5为本发明实施例1的直线驱动机构安装示意图；
34.图6为本发明实施例1的包括机箱侧壁的图5的部分侧视图；
35.图7为本发明实施例1的拐臂正常状态示意图；
36.图8为本发明实施例1的拐臂旋转时的状态示意图；
37.图9为本发明实施例1的技术参数设置区域示意图；
38.其中，1、立柱绝缘件；2、操作绝缘子；3、技术参数设置区域；4、静触头；5、动触头接线排；6、机箱；7、外部接线端子排；8、固定安装孔；9、真空灭弧室；10、双头螺栓；11、拐臂导向支座；12、机箱上端盖；13、双稳态永磁机构；14、铁芯轴；15、拐臂；16、驱动轴连杆；17、固定导向板；18、直线轴承；19、拐臂关节轴；20、动触头。
具体实施方式：
39.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
40.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
41.实施例1：
42.如图1～图8所示，本实施例提供了一种高压电容器投切开关，包括立柱绝缘件1、操作绝缘子2、技术参数设置区3、静触头4、动触头接线排5、机箱6、外部接线端子排7、固定安装孔8、真空灭弧室9、双头螺栓10、拐臂导向支座11、机箱上端盖12、双稳态永磁机构13、铁芯轴14、拐臂15、驱动轴连杆16、固定导向板17、直线轴承18和拐臂关节轴19等。
43.所述机箱6内壁上至少固定有一个拐臂导向支座11，具体的，可以通过焊接或螺栓连接等方式固定在所述机箱上端盖12的内侧；所述拐臂导向支座11上固定有拐臂关节轴19；所述机箱6的一个侧壁上至少开设有一个通孔，所述通孔可以开设在所述机箱上端盖12上；
44.双稳态永磁机构13，固定在所述机箱6的内壁上，所述双稳态永磁机构13的铁芯轴14上同轴固定有驱动连接杆16，可以理解的，所述铁芯轴14和所述驱动连接杆16可以通过焊接或螺栓等连接方式进行固定；所述双稳态永磁机构13可以通过常规技术或现有机构实现；具体的，通过改变双稳态永磁体机构13的安装方式来实现开关的直线动作轨迹，利用所述拐臂导向支座11提前固定好的轨迹路线来锁定所述拐臂15的驱动轨迹，让永磁体铁芯产生的水平驱动动能有效的转化为垂直方向的动力；即由原来的永磁体摆线式运动轨迹改为现在的直线式驱动机构，去除原来的焊接拐臂轴，减少零部件的数量，同时也缩小了所述机箱6体积；同时，通过驱动轴连杆16将双稳态永磁机构13产生的电磁力传递，在固定导向板17和直线轴承18的辅助作用下无任何机械损耗。
45.至少一个拐臂15，中间开设有椭圆孔，所述拐臂关节轴插19入所述椭圆孔内；所述拐臂15的一端铰接在所述驱动连接杆16上；本实施例中，所述拐臂15可以设置为3个；
46.操作绝缘子2，轴向与所述驱动连接杆16的轴向垂直；所述操作绝缘子2一端与所述拐臂15远离所述驱动连接杆16的一端铰接，另一端穿过所述通孔后固定有动触头20。
47.具体的，所述驱动连接杆16在水平直线上的运动时，可以驱动所述拐臂15围绕所述拐臂关节轴插19转动，从而驱动所述操作绝缘子2做上下垂直的直线运动；所述操作绝缘子2在上下运动时，实现了动触头20的动作，从而可以实现动触头20与其他部件的连接，实现投切开关的开闭。采用直线驱动方式后，可以更加科学合理的布局其内部结构，提高了开关的整体装配工艺，使开关的整体装配和调整更加简洁。
48.投切开关的综合性能完全取决于真空灭弧室的动触头和静触头的闭合与断开的方式、速度和力量等等，而这些参数的保证只有通过科学合理的驱动方式和正确的安装方式。因此首先需要确定正确的驱动方式，其次要消除驱动过程中动力的损耗；再就是制作工艺过程简洁方便和利于实施；针对上述要求和问题，本实施例中设计了一种新型直线式驱动装置，完全满足了投切开关动能接近零损耗转换；其次优化立柱绝缘件的整体结构及安装方式；通过这一系列的设计和改进完全满足了上述投切开关的要求。具体的，本实施例中，首先，考虑双稳态永磁体机构13的安装和驱动方式，改变其运动轨迹，使其运动轨迹沿x轴水平运动的动力全部转化为沿y轴垂直方向的动力；其次，重新设计真空灭弧室9和操作绝缘子2等各零部件的安装及连接结构，使其装配工艺更加合理；再次，在其他实施例中，可以对其二次控制回路增加保障措施更加有力的保证其安全可靠的长期运行，增加一个辅助开关，通过并联辅助触点来消除因一个辅助开关故障造成的分合闸故障，同时还可以增加对外输出的开关状态接点，具体的，可以在投切开关二次分闸及合闸控制回路各并联增加一组辅助触点，来确保投切开关的正常分闸及合闸控制，减少故障的发生，更加有力的保证其安全可靠的长期运行；最后，对其整体安装固定方式的改进，增强了开关在柜内安装的灵活性，无论开关在柜内正装、倒装还是侧装，其一次和二次连线均能灵活施工且整体布局美观大方，同时提高劳动效率。
49.所述机箱6内壁上固定有固定导向板17，所述固定导向板17上设置有直线轴承18；所述固定导向板17通过所述直线轴承18与所述驱动连接杆16垂直连接；可以理解的，所述直线轴承18为现有部件。
50.所述机箱6外壁上至少固定有第一壳体，所述操作绝缘子位于所述第一壳体内。所述第一壳体远离所述机箱6的一端固定有第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体之间设置有动触头连接线排15。所述第二壳体通过立柱绝缘件1构成；所述第二壳体内设置有真空灭弧室9。所述第二壳体远离所述动触头连接线排5的一端设置有静触头4。立柱绝缘件1负责真空灭弧室9的封装以及通过操作绝缘子2和拐臂15等相互配合，连接机箱6来实现真空灭弧室9的动触头和静触头之间的快速闭合与断开。立柱绝缘件1利用支柱式结构增强了其立体的美感；同时避免浪费材料，节约真空开关生产成本；安装操作简洁、方便实用，且安装稳固。
51.所述机箱6侧壁上设置有多个螺栓孔；具体的，可以在机箱6两侧板上各增加四个内嵌m10的螺栓孔，增强了其在开关柜内安装的灵活性，无论开关在柜内正装、倒装还是侧装，其一次和二次连线均能灵活施工且整体布局美观大方，同时提高劳动效率。
52.所述拐臂关节轴19活动连接在所述椭圆孔内；
53.本实施例的工作过程原理为：
54.直线式驱动方式：本实施例利将双稳态永磁体机构13的安装方式由立式安装改为卧式安装，装置整体通过所述双稳态永磁体机构13的前后端盖和固定导向板17固定安装在
机箱6内；所述双稳态永磁机构13分闸或合闸线圈得电时，线圈产生的电磁力克服了永磁铁的吸力使铁芯带动所述铁芯轴14水平左右运动，所述铁芯轴14通过所述驱动轴连杆16以及所述拐臂关节轴19推动所述拐臂15一起水平左右运动；所述拐臂15的运动轨迹由所述拐臂导向支座11的椭圆孔所限制，其运动轨迹为直线式；所述拐臂导向支座11固定安装在所述机箱上端盖12上，其作用就是保证所述拐臂15将水平方向运动的动力通过所述操作绝缘子2转化为垂直方向的动力，从而实现开关动静触头和静触头的拉开与闭合操作，即开关的分闸和合闸状态。
55.零损耗动力传递：通过所述驱动轴连杆16直线式将所述双稳态永磁机构13产生的电磁力传递，同时在所述固定导向板17和所述直线轴承18的辅助作用下无任何机械损耗；所述直线轴承18是与轴作滚动接触，并以轴为轨道，在轴方向上能做无限直线运动的高精度轴承，由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小，钢球以极小的磨擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动；真正做到了动力传递过程的零损耗。
56.新型立柱绝缘件1：所述立柱绝缘件1负责所述真空灭弧室9的封装以及通过所述操作绝缘子2和所述拐臂15等相互配合，连接所述机箱6来实现所述真空灭弧室9的动触头和静触头之间的快速闭合与断开。所述真空灭弧室9静触头伸出所述立柱绝缘件1顶部卡口，并安全可靠的固定在所述立柱绝缘件1的灭弧室室内，所述双头螺栓10及进出线铜排、软连接铜箔以及支柱绝缘子等垂直安装于绝缘件腔内；所述立柱绝缘件1特制圆弧伞裙有效增强其安全爬电距离，支柱高度及强度完全满足和高于标准要求，确保开关各项机械性能及电气安全距离。
57.支柱设置在所述真空灭弧室9的下方，所述真空灭弧室9的顶部为静触头4的固定位置，作为开关进出线连接端子使用，所述真空灭弧室9内外设置多层用于增强电气绝缘强度的伞裙，在所述真空灭弧室9的底部设置用于固定进出线铜排的预埋铜件，在支柱的底部设置用于连接开关机箱的预埋铜件，在支柱之间设置用于安装固定支柱绝缘子、软连接铜箔和双头螺栓等的绝缘空间。本实施例中的上述设置，设计合理、选材科学以及工艺正确；镂空式的支柱式结构增强了其立体的美感；避免了材料浪费，节约真空开关生产成本；安装操作简洁、方便实用且安装稳固。
58.增强控制回路安全可靠性：采用直线式驱动结构后，大大减少了零部件的数量，节约了机箱内空间，在此基础上，在其他实施例中，可以增加一套辅助开关来提供开关的状态，选取其一组常开常闭辅助开关用于其分闸和合闸的二次控制回路，从根本上解决了由于辅助开关故障而引发的电容器投切开关的分闸和合闸事故；辅助开关可以安装在导向板上，导向板两侧分别安装一个辅助开关，用来提供开关主回路的通、断状态。
59.改进安装方式：传统的电容器投切开关安装方式均为借用机箱底座螺栓孔来进行立式安装；本实施例中，使用内嵌在机箱6两侧板上的8个m10的螺栓孔来实现电容器投切开关在柜内无论是正装、倒装还是侧装，其一次和二次均能科学合理的完成，且整体美观大方，同时提高劳动效率。
60.本实施例中的投切开关，在有效增强其各项电气性能及机械性能的前提下，减少了外协加工零部件的数量，外形尺寸大大缩减，各零部件配合安装更加简洁，提高了劳动效率；增强了其在开关柜内安装的的灵活性，对高压无补偿成套装置的智能型和紧凑型的发展起到了一定的推动作用。
61.实施例2：
62.本实施例提供了一种高压电容器投切开关控制方法，采用了如实施例1中所述的高压电容器投切开关；包括：
63.双稳态永磁机构13工作，带动铁芯轴14和驱动连接杆16做水平运动；
64.做水平运动的驱动连接杆16带动拐臂15转动；
65.转动的拐臂15带动操作绝缘子2做垂直运动，操作绝缘子2做垂直运动带动动触头20的上下运动，实现投切开关的开启和闭合。
66.所述拐臂15相对于拐臂导向支座11的运动轨迹由拐臂关节轴19在椭圆孔内的运动轨迹决定。
67.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。