专利名称：一种固态复合开关的电气结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于电力系统，控制装置在无弧的情况下自动或者手动投切接
触器的固态复合开关的电气结构。
背景技术：
目前，电力电子设备所用的固态复合开关，主要是应用于低压电力系统，采用晶闸 管与继电器并联，并采用模拟电路进行控制，例如中国专利申请200720178283公开了一 种智能型复合开关，包括开关外壳、高压进线端子、智能模拟控制电路、过零触发和脉冲驱 动电路、与之并联的可控硅与继电器电路等。但是该装置的电气绝缘能力低，无功补偿容量 小，无法应用于高压系统。
发明内容
为了使固态复合开关应用于高压电力系统，并在最大程度上节省资源，本发明采
用紧凑型结构，在保证高低压绝缘的情况下，系统只在A、 C两相接两组晶闸管阀串与接触
器并联，并将固态复合开关的高压设备和低压控制系统安装在一个机柜内，晶闸管阀串采
用立式结构，减小了占地面积，并增加了分合扳手和手动、自动以及退出等人机互动环节，
增加了复合开关的可操作性和可靠性。 本发明解决技术问题所采用的技术方案是 —种固态复合开关的电气结构，该电气结构的连接关系是三相电源系统的母线 进线接入到串联设置的电抗器，串联设置的电抗器出线接入到电容器，所述三相电源系统 的A、 C两相连接的电容器出线端连接两组晶闸管阀串首端，所述晶闸管阀串与接触器并 联，所述晶闸管阀串尾端和所述三相电源系统的B相电容器出线相短接。 其中，该固态复合开关的电气结构包括穿墙套管，母线连接铜排，晶闸管阀串，绝 缘子，晶闸管阀高电位电子板TE，晶闸管触发板送能电源，高频变流器，高压电缆，高频升压 变压器，真空接触器，阀基电子装置VBE，调节单元和人机接口部分，其具体连接方式为三 相高压电源接电抗器，然后将电容器与电抗器串联，之后三相电容器接穿墙套管，三根穿墙 套管进入固态复合开关柜体，所述三相电源系统的A、C两相用母线连接铜排接固态复合开
关柜体内穿墙套管，然后用母线连接铜排连接晶闸管阀串的首端，晶闸管阀串和真空接触 器并联，所述三相电源系统的A、 C两相晶闸管阀串尾端和所述三相电源系统的B相母线连 接铜排短接；所述每串晶闸管阀串的构成为两只晶闸管正反并联构成一组，多组串并联 构成一串；所述三相电源系统的A、C两相由两串晶闸管阀串构成。每组晶闸管都带有一只 晶闸管阀高电位电子板TE。晶闸管阀高电位电子板TE连接共阴极的两只晶闸管的门极和 阴极；每串晶闸管阀串都由一只晶闸管触发板送能电源将直流220V电压变频为高频脉冲， 送给高频变流器输入端；每只TE板都有一只送能磁环变压器，由高压电缆穿过，高压电缆 两端接高频变流器的输出端，高频变流器将送能电源的电能进行降压升流，送给每串晶闸 管阀串的TE板提供电源；调节单元负责计算三相高压电源的无功功率，并输出投切指令，
4阀基电子装置VBE接收投切指令后触发晶闸管，分合接触器。人机接口部分与VBE相连，用 于显示晶闸管阀串的工作状态以及固态复合开关工作状态。 其中，晶闸管阀串采用立式串联结构，每串晶闸管阀串首尾由3个首端过渡调整 圆铝、1个尾端过渡调整圆铝和两串晶闸管阀串以及每两只串联的晶闸管之间有一只散热 片组成内框架；在晶闸管阀串的首端过渡调整圆铝上侧，压簧导杆上套有碟簧；在碟簧的 上侧依次安装有导流铜排和法兰；在晶闸管阀串的尾端过渡调整圆铝下侧依次安装有导流 铜排和法兰，晶闸管阀串的首端和尾端法兰之间用四根绝缘柱固定，在尾端法兰下端固定 一个绝缘子，绝缘子与柜底用槽钢连接；将晶闸管阀串的首端法兰与柜体之间用绝缘子相 连，绝缘子底部用槽钢固定在柜体上，起到绝缘和固定的作用；晶闸管阀串之间用环氧板相 连，晶闸管阀串与各绝缘子以及绝缘柱固定在柜体内。 其中，所述人机接口部分包括分合扳手、工作状态扳手、接触器分合指示灯和空
气开关。 其中，所述调节单元包括一只电源板BD，用于给调节单元板卡提供电源并接收 三相高压电源电压互感器和电流互感器的二次信号；一只支路信号输入板N1，用于在需要 投切多个支路时，将各个支路状态输入到该支路信号输入板；一只DSP板N2，用于负责计算 三相电源系统无功；两只继电器板N3和N4，负责输出投切指令。 其中，所述阀基电子装置VBE包括一只电源板P0WER，用于给VBE提供电源；一只 触发逻辑板TLT，用于接收到投切指令后触发晶闸管，并分合接触器；两只触发板TRIG1和 TRIG2，用于将触发命令以光信号的形式传给每只高电位电子板TE;两只晶闸管状态信息 接收板0PT01和0PT02，用于负责接收晶闸管的工作状态信息，以光信号的形式上传给阀基 电子装置VBE。 本发明的有益效果是从整体结构的角度来看，本产品为紧凑型装置，占地面积 小，外部接线少，整体结构简单，可直挂于高压电力系统。
为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式
的描述，下面给出与 本发明相关的
如下 图1是本发明的固态复合开关的系统结构示意图；
图2是本发明的固态复合开关机柜的前视图； 图3是本发明的柜内设备电气结构示意图，其中图3-1为固态复合开关拆去前门
前视图，图3-2为固态复合开关拆去前门侧视图； 图4是本发明的晶闸管阀串的电气结构示意图； 图5是本发明的调节单元的结构示意图； 图6是本发明的阀基电子装置的后端子的结构示意图； 其中，l.前柜门、2.人机接口部分、3.调节单元、4.分合扳手、5.工作状态扳手、 6.接触器分合指示灯、7.空气开关、8.穿墙套管、9.母线连接铜排、10.晶闸管触发板送能 电源、11.高频变流器、12.绝缘子、13.高压电缆、14.高频升压变压器、15.晶闸管触发板阀 高电位电子板TE、16.晶闸管、17.真空接触器、18.环氧板、19.首端法兰、20.碟簧、21.首 端过渡调整圆铝、22.散热片、23.绝缘柱、24.尾端过渡调整圆铝、25.尾端法兰、26.柜底绝缘子、27.槽钢。
具体实施例方式
下面，结合附图对本发明进一步说明。 图1是固态复合开关的一次系统电气结构图。图中，A、B、C为系统三相母线，N为 电容器组滤波支路中性点。三相母线分别接电抗器，然后将电抗器与电容器串联，A、C两相 电容器尾端出线接晶闸管阀串的首端，晶闸管阀串与接触器并联，A、C两相晶闸管阀串尾端 和B相电容器出线短接。此种接法主要针对于同步投切三相电容器组的投切方式，在接触 器断开且晶闸管不触发的情况下，B相无法与其它相构成电流回路，所以B相电容器相当于 没有接入系统。由调节电源和阀基电子单元组成的固态复合开关控制系统首先触发晶闸 管，再分合接触器，此时B相与导通后的其它两相存在电流回路，三相滤波支路电容器组接 入了系统。这样既不耽误三相电容器组的投切，又节省了一组晶闸管阀串，节省了投资。
图2本发明的固态复合开关机柜的前视图，其主要由三个部分组成，调节单元3， 阀基电子装置VBE和人机接口部分2。根据图中标示l.前柜门；2.阀基电子控制单元的 人机接口部分，主要作用是控制晶闸管阀组和真空接触器的投切以及晶闸管状态的监视； 3.调节单元，计算系统的无功实时值，并在需要投切电容器组的时候给阀基电子单元发出 投切指令；4.分合扳手，当工作状态扳手位于手动工作方式时，可以拧动分合扳手给阀基 电子单元发送分合指令；5.工作状态扳手，分为三种工作方式，手动方式、自动方式和退出 控制方式；6.接触器分合指示灯，指示接触器的断开和闭合；7.空气开关，是将外部的电源 或者电压信号接入固态复合开关。从左到右的顺序为调节机箱直流电源空气开关、VBE机 箱直流电源空气开关、A相晶闸管触发板送能电源、C相晶闸管触发板送能电源、风机及照 明电源(风机是为了对机柜内设备起到一定的降温作用)、调节机箱交流电压电源(接入系 统电压互感器二次电压，作为无功计算数据)、VBE机箱交流电压电源(接入系统电压互感 器二次电压，作为触发晶闸管同步电压)； 图3是固态复合开关第一个实施例的纵剖面构造图，其中图3-1是固态复合开 关拆去前门的前视图，图3-2是固态复合开关拆去前门的侧视图。根据图中标示8.穿 墙套管，直接接系统高压母线，并起到和柜体绝缘的作用；9.母线连接铜排；IO.晶闸管触 发板送能电源，把直流电变成高频交流电；11.高频变流器，把送能电源的高频交流电降 压升流；12.绝缘子，起到对立式晶闸管阀串的横向支撑作用，并与固态复合开关柜门绝 缘；13.高压电缆，接在高频变流器低压侧，为晶闸管触发板的高频升压变压器提供能量。 14.高频升压变压器，作为晶闸管触发板电源。15.晶闸管阀高电位电子板TE，通过光纤与 VBE机箱的触发信号输出板和回报板相连，接收VBE机箱的触发命令，并将阀和取能状态反 馈给阀基电子单元；16.晶闸管；17.真空接触器。具体连接方式为三相高压电源接电抗 器，然后将电容器与电抗器串联，之后A、 C两相电容器出线端接穿墙套管进入固态复合开 关柜体，然后用母线连接铜排接晶闸管阀串首端，晶闸管阀串和真空接触器并联，A、 C两相 晶闸管阀串尾端和B相电容器出线短接。每串晶闸管阀串的构成为两只晶闸管正反并联 构成一组，多组串并联构成一串。A、C两相由两串晶闸管阀串构成。每组晶闸管都带有一 只晶闸管阀高电位电子板。TE板连接共阴极的两只晶闸管的门极和阴极。每串晶闸管阀串 都由一只晶闸管触发板送能电源将直流220V电压变频为高频脉冲，送给高频变流器输入端。每只TE板都有一只送能磁环变压器，由高压电缆穿过，高压电缆两端接高频变流器的 输出端，高频变流器将送能电源的电能进行降压升流，送给每串晶闸管阀串的TE板提供电 源。调节单元负责计算三相高压电源的无功功率，并输出投切指令，阀基电子装置接收投切 指令后触发晶闸管，分合接触器。 图4是晶闸管阀串电气结构图。根据图中标示18.环氧板；19.首端法兰；20.碟 簧；21.首端过渡调整圆铝；22.散热片；23.绝缘柱；24.尾端过渡调整圆铝；25.尾端法 兰；26.柜底绝缘子；27.槽钢。晶闸管阀串采用立式串联结构，每串晶闸管阀串首尾由3个 首端过渡调整圆铝、1个尾端过渡调整圆铝和两串晶闸管阀串以及每两只串联的晶闸管之 间有一只散热片组成内框架；在晶闸管阀串的首端过渡调整圆铝上侧，压簧导杆上套有碟 簧；在碟簧的上侧依次安装有导流铜排和法兰；在晶闸管阀串的尾端过渡调整圆铝下侧依 次安装有导流铜排和法兰，晶闸管阀串的首端和尾端法兰之间用四根绝缘柱固定，在尾端 法兰下端固定一个绝缘子，绝缘子与柜底用槽钢连接。将晶闸管阀串的首端法兰与柜体之 间用绝缘子相连，绝缘子底部用槽钢固定在柜体上，起到绝缘和固定的作用。晶闸管阀串之 间用环氧板相连，晶闸管阀串与各绝缘子以及绝缘柱固定在柜体内。 图5是调节单元结构示意图。共由5块板卡构成，分别为N1，N2，N3，N4和BD板。 Nl为开关量输入板，调节单元Nl板可以查看共6个支路的开关状态。开入1到开入6接6 个支路开关的辅助节点，显示6个支路的开关状态。开入7到开入12为6个支路的保护闭 锁信号，即一旦某支路保护动作，则该支路不能投入。由于投切支路时是按照支路1到支路 6的顺序投入，切除时是按照切除支路6到支路1的顺序切除，在投切被保护的支路时不投 切该支路，顺延投切下一个支路。开入13和开入14为调节单元的工作方式，自动方式时为 自动投切各支路，手动方式时由外部命令控制N3板和N4板进行投切。N2为Nl板卡的扩展 卡，用于以后的扩展功能。N3和N4板为开出板卡，用来投切6个支路，两板卡所有输出节 点为常开节点。N3板中Jl到J6为投入支路到支路6的投入命令。J7和J8为切除支路1 和支路2的切除命令，J9为外部闭锁命令节点，一旦该节点闭合，则说明有外部闭锁，不投 切各支路。J10为备用节点，J11为装置故障节点，一旦装置出现故障，该节点闭合。J12为 电源消失节点，一旦电源掉电，则该节点闭合。N4板J12到J15为切除支路3到支路6的开 出节点。如果调节单元工作在自动方式下，N3板和N4板的投切开出节点为自动开出，如果 调节单元工作在手动方式下，则需外部信号闭合N3板和N4板开出节点，投切各支路。BD板 为调节单元DSP板，其中IA*、 IA、 Ic*和Ic接收外部电流互感器二次电流信号，UA、 UB、 UC 接收外部电压互感器电压信号，电压信号和电流信号送给DSP计算无功，+KM和-KM为直流 220V输入电源信号。 图6是依据本发明的阀基电子装置的后端子的示意图，其中POWER为电源板，UA+ 与UA-接A相电压互感器低压侧电压，UB+与UB-接B相电压互感器低压侧电压，UC+与 UC-接C相电压互感器低压侧电压。下面的DC+和DC-接220V直流电，FG接地。TLT板上 半部分是8个输入，分别为IN1 IN8， COM为输入的公共端，用来接收前级分合接触器的 指令以及固态复合开关退出转为由分合扳手直接控制接触器的指令；下半部分是8个继电 器节点开关输出量，输出分合接触器的节点信号，以及接触器分合状态指令和固态复合开 关退出节点信号，如果晶闸管或者TE板有故障，则输出固态复合开关故障节点信号。0PT01 和0PT02为光纤接收板，接收TE板回报的光信号，转换成电信号后反馈给TLT板；TRIG1和
7TRIG2为触发板，接收TLT发出的触发信号，将TLT发出的触发信号转成光信号送给TE板用 以触发晶闸管。 最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然 可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种固态复合开关的电气结构，其特征在于该电气结构的连接关系是三相电源系统的母线进线接入到串联设置的电抗器，串联设置的电抗器出线接入到电容器，所述三相电源系统的A、C两相连接的电容器出线端与设置在机柜中的两组晶闸管阀串的首端相连接，所述晶闸管阀串与接触器并联，所述晶闸管阀串尾端和所述三相电源系统的B相电容器出线端相短接。
2. 如权利要求1所述的固态复合开关的电气结构，其特征在于所述机柜中的部件包括穿墙套管(8)，母线连接铜排(9)，晶闸管阀串(16)，绝缘子(12)，晶闸管阀高电位电子 板TE(15)，晶闸管触发板送能电源(IO)，高频变流器(ll)，高压电缆(13)，高频升压变压器 (14)，真空接触器(17)，阀基电子装置VBE(2)，调节单元(3)和人机接口部分(2)，其具体连 接方式为三相高压电源接电抗器，然后将电容器与电抗器串联，之后三相电容器接穿墙套 管，三根穿墙套管进入固态复合开关柜体，所述三相电源系统的A、C两相用母线连接铜排 接固态复合开关柜体内穿墙套管(8)，然后用母线连接铜排连接晶闸管阀串(16)的首端， 晶闸管阀串(16)和真空接触器(17)并联，所述三相电源系统的A、C两相晶闸管阀串尾端 和所述三相电源系统的B相母线连接铜排短接；所述每串晶闸管阀串(16)的构成为两只 晶闸管正反并联构成一组，多组串并联构成一串；所述三相电源系统的A、 C两相由两串晶 闸管阀串(16)构成。每组晶闸管都带有一只晶闸管阀高电位电子板TE。晶闸管阀高电位 电子板TE连接共阴极的两只晶闸管的门极和阴极；每串晶闸管阀串(15)都由一只晶闸管 触发板送能电源将直流220V电压变频为高频脉冲，送给高频变流器(10)输入端；每只TE 板都有一只送能磁环变压器，由高压电缆(12)穿过，高压电缆(12)两端接高频变流器(10) 的输出端，高频变流器(10)将送能电源的电能进行降压升流，送给每串晶闸管阀串的TE板 提供电源；调节单元(3)负责计算三相高压电源的无功功率，并输出投切指令，阀基电子装 置VBE接收投切指令后触发晶闸管，分合接触器。人机接口部分(2)与VBE相连，用于显示 晶闸管阀串的工作状态以及固态复合开关工作状态。
3. 如权利要求2所述的固态复合开关的电气结构，其特征在于晶闸管阀串(15)采用 立式串联结构，每串晶闸管阀串(15)首尾由3个首端过渡调整圆铝、1个尾端过渡调整圆铝 和两串晶闸管阀串以及每两只串联的晶闸管之间有一只散热片组成内框架；在晶闸管阀串 的首端过渡调整圆铝上侧，压簧导杆上套有碟簧；在碟簧的上侧依次安装有导流铜排和法 兰；在晶闸管阀串的尾端过渡调整圆铝下侧依次安装有导流铜排和法兰，晶闸管阀串的首 端和尾端法兰之间用四根绝缘柱固定，在尾端法兰下端固定一个绝缘子，绝缘子与柜底用 槽钢连接；将晶闸管阀串的首端法兰与柜体之间用绝缘子相连，绝缘子底部用槽钢固定在 柜体上，起到绝缘和固定的作用；晶闸管阀串之间用环氧板相连，晶闸管阀串与各绝缘子以 及绝缘柱固定在柜体内。
4. 如权利要求3所述的固态复合开关的电气结构，其特征在于所述人机接口部分(2) 包括分合扳手(4)、工作状态扳手(5)、接触器分合指示灯(6)和空气开关(7)。
5. 如权利要求4所述的固态复合开关的电气结构，其特征在于所述调节单元(3)包 括一只电源板BD，用于给调节单元板卡提供电源并接收三相高压电源电压互感器和电流 互感器的二次信号；一只支路信号输入板N1，用于在需要投切多个支路时，将各个支路状 态输入到该支路信号输入板；一只DSP板N2，用于负责计算三相电源系统无功；两只继电器 板N3和N4，负责输出投切指令。
6.如权利要求5所述的固态复合开关的电气结构，其特征在于所述阀基电子装置VBE 包括一只电源板POWER,用于给VBE提供电源；一只触发逻辑板TLT，用于接收到投切指令 后触发晶闸管，并分合接触器；两只触发板TRIG1和TRIG2，用于将触发命令以光信号的形 式传给每只高电位电子板TE ;两只晶闸管状态信息接收板0PT01和0PT02，用于负责接收晶 闸管的工作状态信息，以光信号的形式上传给阀基电子装置VBE。
全文摘要
一种能够自动投切的固态复合开关电气结构。三相系统母线进线接串联电抗器，从电抗器出线接电容器，A、C两相电容器出线端接两组晶闸管阀串，阀串与接触器并联，然后和B相电容器出线短接。由一个机柜，将穿墙套管，母线连接铜排，晶闸管阀串，绝缘子，晶闸管阀高电位电子板(TE板)，TE板送能电源，高频变流器，高压电缆，送能磁环变压器，真空接触器，阀基电子装置(VBE)，调节单元和人机接口部分整合在一起，可直挂于高压电力系统，保证了高低压系统绝缘，可根据系统无功的情况自动在过零点投切接触器，也可在运行期间在柜体上对固态复合开关进行操作。
文档编号H02J3/18GK101795002SQ20091025065
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者刘宏, 李卫国, 李志友, 李鹏, 赵刚, 马海超 申请人:中电普瑞科技有限公司;中国电力科学研究院