一种高压交流快速开关设备的制作方法

1.本发明涉及高压交流快速开关设备技术领域，特别涉及一种高压交流快速开关设备。


背景技术：

2.故障电流限制器是一种基于其电阻和/或电抗的提高使之从导电模式向限流模式转换，将交流电路系统中的预期故障电流峰值和/或有效值限制到要求值或低于要求值的一种装置。
3.随着电力系统负荷的迅速增长以及大容量机组的不断投入，各电压等级电网的短路电流不断增长，已经严重威胁到电力系统的安全运行。为了有效降低电力系统中的短路电流，一种切实有效的手段是采用故障电流限制器(限流元件)来限制和降低短路电流，相应地，限流元件的研发和应用成为了高压电器领域的一个热点。
4.高压电网中限流元件的基本原理是通过机械开关的通断将电抗器串联接入系统或者将故障电流切换到电抗器所在的限流支路，用电抗来限制短路故障电流。虽然限流元件中起到限流功效的核心部件是电抗器，但其能否在短路电流出现时迅速由正常导电模式转换为限流模式，以及时起到限制短路电流的作用，取决于机械开关的开断性能和动作可靠性。
5.因此，如何提供一种能够适用于高压电网并具有快速通断动作能力的开关设备是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种高压交流快速开关设备，该高压交流快速开关设备能够适用于高压电网并具有快速通断动作能力。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种高压交流快速开关设备，连通于与限流元件相并联的主线路上，包括两个相互串联的主开关装置，所述主开关装置包括沿竖直方向自下而上依次连通的底柜、外壳以及套管，所述外壳内设置有真空灭弧室和并联均压电容，所述真空灭弧室内设置有能够控制主线路通断的触头组件，所述底柜内设置有与所述触头组件联动配合的快速开关组件，所述主开关装置内还设置有自上而下依次贯穿所述套管、所述外壳并与所述触头组件及主线路适配的内导体；
8.两所述外壳之间连通有与各所述内导体电连接并能够监测主线路电流的电流互感器，各所述套管、各所述外壳以及所述电流互感器间相互连通形成填充有绝缘气体的通腔。
9.优选地，所述套管与所述外壳间设置有盆式绝缘子。
10.优选地，所述触头组件与所述快速开关组件间连接有绝缘拉杆。
11.优选地，所述外壳内设置有能够支撑所述触头组件的支撑件，该支撑件为绝缘材料制件。
12.优选地，所述快速开关组件包括与绝缘拉杆同轴连接的连接杆，所述连接杆上沿其轴向自上而下依次套设有上框架、分闸线圈、斥力盘、合闸线圈、下框架，所述连接杆上还设置有沿其轴向自上而下顺次布置的上限位件和下限位件，所述斥力盘位于所述上限位件与所述下限位件之间，且所述上限位件与所述下限位件间形成供所述斥力盘沿所述连接杆的轴向往复移动的配合间隙，所述上限位件的外径小于所述分闸线圈的内径，所述下限位件的外径小于所述合闸线圈的内径。
13.优选地，所述连接杆的两侧对称设置有至少两个稳态保持机构，该稳态保持机构包括联动铰接于所述连接杆侧部的拉杆，所述拉杆的一端铰接于所述连接杆上，另一端通过限位弹簧连接于底柜的内壁上。
14.优选地，所述连接杆上还套装有上弹簧和下弹簧，所述上弹簧位于所述上框架与所述上限位件之间，且该上弹簧的外径不大于所述上限位件的外径，所述下弹簧位于所述下限位件与所述下框架之间，且该下弹簧的外径不大于所述下限位件的外径。
15.优选地，还包括若干辅助开关装置，所述辅助开关装置包括沿竖直方向自下而上对位布置的辅助底柜和辅助外壳，所述辅助外壳内设置有辅助真空灭弧室和辅助并联均压电容，所述辅助真空灭弧室内设置有能够控制主线路通断的辅助触头组件，所述辅助底柜内设置有与所述辅助触头组件联动配合的辅助快速开关组件，所述辅助开关装置内还设置有自上而下依次贯穿所述辅助外壳和所述辅助底柜并与所述辅助触头组件适配的辅助内导体；
16.各所述辅助开关装置之间、各所述辅助开关装置与各所述主开关装置之间相互并联或串联。
17.优选地，所述绝缘气体为六氟化硫气体。
18.相对上述背景技术，本发明所提供的高压交流快速开关设备，其操作使用过程中，通过两个主开关装置间的串联配合，形成双断口串联开关形式，以满足不同工况下的高压线路限流和稳流需求。具体而言，通过电流互感器实时监测主线路内的电流状态，在短路电流过大时，利用快速开关组件将触头组件迅速断开，以此将并联于主线路上的限流元件迅速接入电力系统中，以便将系统内电流迅速限制到目标值，在此过程中，通过外壳、套管以及电流互感器间的相互配合，结合填充有绝缘气体的通腔工况环境，能够显著提高所述高压交流快速开关设备的高压工况适应能力，以满足高压电网系统中快速通断限流的操作需求。
19.在本发明的另一优选方案中，所述套管与所述外壳间设置有盆式绝缘子。该盆式绝缘子能够将套管与外壳间连通形成的填充有绝缘气体的通腔结构分隔为多个部分，如此可针对分隔出的不同腔室对应的工况需求施加不同的气压，以保证不同腔室内如真空灭弧室等功能部件对气压环境的特殊需求，保证设备的整体高效运行。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；
22.图2为图1的剖视结构正视图；
23.图3为图2中快速开关组件的结构示意图；
24.图4为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置与两个辅助开关装置依次串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；
25.图5为图4的电路图；
26.图6为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；
27.图7为图6的电路图。
28.其中：
29.10
‑
主开关装置；
30.101
‑
底柜；
31.102
‑
外壳；
32.103
‑
套管；
33.104
‑
并联均压电容；
34.105
‑
触头组件；
35.106
‑
内导体；
36.107
‑
电流互感器；
37.108
‑
盆式绝缘子；
38.109
‑
支撑件；
39.110
‑
快速开关组件；
40.11
‑
连接杆；
41.111
‑
真空灭弧室；
42.112
‑
绝缘拉杆；
43.121
‑
上框架；
44.122
‑
下框架；
45.131
‑
分闸线圈；
46.132
‑
合闸线圈；
47.14
‑
斥力盘；
48.141
‑
上限位件；
49.142
‑
下限位件；
50.143
‑
配合间隙；
51.144
‑
上弹簧；
52.145
‑
下弹簧；
53.15
‑
稳态保持机构；
54.151
‑
拉杆；
55.152
‑
限位弹簧；
56.153
‑
内壁；
57.20
‑
辅助开关装置；
58.201
‑
辅助底柜；
59.202
‑
辅助外壳。
具体实施方式
60.本发明的核心是提供一种高压交流快速开关设备，该高压交流快速开关设备能够适用于高压电网并具有快速通断动作能力。
61.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
62.请参考图1至图7，图1为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；图2为图1的剖视结构正视图；图3为图2中快速开关组件的结构示意图；
63.图4为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置与两个辅助开关装置依次串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；图5为图4的电路图；图6为本发明一种具体实施方式所提供的两个主开关装置串联的高压交流快速开关设备的立体结构示意图；图7为图6的电路图。
64.在具体实施方式中，本发明所提供的高压交流快速开关设备，连通于与限流元件相并联的主线路上，包括两个相互串联的主开关装置10，主开关装置10包括沿竖直方向自下而上依次连通的外壳102和套管103，外壳102的下方设置有底柜101，外壳102内设置有真空灭弧室111和并联均压电容104，真空灭弧室111内设置有能够控制主线路通断的触头组件105，底柜101内设置有与触头组件105联动配合的快速开关组件110，主开关装置10内还设置有自上而下依次贯穿套管103、外壳102并与触头组件105及主线路适配的内导体106；两外壳102之间连通有与各内导体106电连接并能够监测主线路电流的电流互感器107，各套管103、各外壳102以及电流互感器107间相互连通形成填充有绝缘气体的通腔。
65.所述高压交流快速开关设备操作使用过程中，操作使用过程中，通过两个主开关装置10间的串联配合，形成双断口串联开关形式，以满足不同工况下的高压线路限流和稳流需求。具体而言，通过电流互感器107内部的导体能够将相邻两个内导体106串联在一起，由此使相邻两个内导体106串联形成u型导电通路，并据此通过电流互感器107实时监测主线路内的电流状态，在短路电流过大时，利用快速开关组件110将触头组件105迅速断开，以此将并联于主线路上的限流元件迅速接入电力系统中，以便将系统内电流迅速限制到目标值，在此过程中，通过外壳102、套管103、内导体106以及电流互感器107间的相互配合，结合填充有绝缘气体的通腔工况环境，能够显著提高所述高压交流快速开关设备的高压工况适应能力，以满足高压电网系统中快速通断限流的操作需求。
66.进一步地，套管103与外壳102间设置有盆式绝缘子108。该盆式绝缘子108能够将套管103与外壳102间连通形成的填充有绝缘气体的通腔结构分隔为多个部分，如此可针对分隔出的不同腔室对应的工况需求施加不同的气压，以保证不同腔室内如真空灭弧室111等功能部件对气压环境的特殊需求，保证设备的整体高效运行。
67.此外，触头组件105与快速开关组件110间连接有绝缘拉杆112，外壳102内设置有能够支撑触头组件105的支撑件109，该支撑件109为绝缘材料制件。绝缘拉杆112与由绝缘
材料制成的支撑件109协同配合，不仅能够充分保证触头组件105与相关配合件间的可靠连接和稳定支撑，还能够确保带电元件及内导体与底柜之间的有效电绝缘，有效避免触头组件105自身电磁环境与设备内其他电磁环境间产生干涉，保证触头组件105自身性能和运行效果。
68.请着重参考图3。
69.当高压交流快速开关设备处于合闸状态时，斥力盘14始终处于顶面贴合于分闸线圈131且底面贴合于下限位件142的状态，此时触头组件105也处于合闸工位；
70.若高压交流快速开关设备由当前的合闸状态向分闸状态操作时，分闸线圈131瞬时通电，并使斥力盘14内形成涡流效应，此时斥力盘14与分闸线圈131间产生电磁斥力，之后斥力盘14在此电磁斥力作用下开始向下移动，利用斥力盘14与下限位件142间的抵接配合结构带动连接杆11和触头组件105依靠电磁斥力造成的运动惯性而同步向下快速移动，直至斥力盘14底面与合闸线圈132顶面相抵，之后在惯性影响下，连接杆11连同触头组件105继续向下移动，直至上限位件141与斥力盘14顶面相抵，此时触头组件105到达分闸工位，如此使高压交流快速开关设备保持分闸状态；
71.若需要使高压交流快速开关设备由分闸状态向合闸状态转换，则仅需将合闸线圈132瞬时通电，此时斥力盘14内形成电磁涡流效应，由此即可在斥力盘14与合闸线圈132间形成的电磁斥力作用下使斥力盘14移动，并利用上限位件141与斥力盘14间的抵接结构，通过斥力盘的移动惯性带动连接杆11和触头组件105同步向上快速移动，直至斥力盘14顶面与分闸线圈131底面相抵，之后连接杆11在惯性作用下连同触头组件105继续向上移动，直至下限位件142与斥力盘14底面相抵，此时触头组件105重新到达合闸工位，如此使高压交流快速开关设备保持合闸状态。
72.需要特别说明的是，考虑到一般工况需求，快速开关组件110仅需由连接杆11、斥力盘14与分闸线圈131、合闸线圈132间相互适配构成的电磁感应斥力联动机构即可完成基本的快速开关控制功能，其余部件可依据具体工况需求灵活调整和选择，其基本的联动机构原理及组件功能效果保持一致即可。
73.基于上述工作过程可知，所述高压交流快速开关设备在其合闸、分闸操作过程中，利用上限位件141与下限位件142间形成的配合间隙143，使连接杆11及触头组件105随斥力盘14同步移动结束后，仍可在惯性作用下使连接杆11连同触头组件105继续移动一段距离，由此可在不改变斥力盘14和连接杆11的既有装配空间的前提下，显著提高触头组件105的动作行程，使触头组件105的有效行程大于斥力盘14的有效行程，从而大幅提高了所述高压交流快速开关设备的开距，并使其对高压电力系统的工况适应能力得以大幅提高。
74.需要指出的是，如上所述的上限位件141的外径小于分闸线圈131的内径，以及下限位件142的外径小于合闸线圈132的内径等适配件径向尺寸相对大小如此设置，其目的是保证组件动作过程中，上限位件141能够顺畅进入分闸线圈131内部的线圈空隙内，并保证下限位件142能够顺畅进入合闸线圈132内部的线圈空隙内，以进一步利用各线圈的既有空间，提高所述高压交流快速开关设备的整体结构空间利用率，使连接杆11的轴向动作过程更加顺畅高效且幅度更大，由此使触头组件105的有效行程得以充分保证和适度增大。当然，在连接杆11、触头组件105及其相关配合件的动作空间得以充分保证的前提下，上述各限位件及相应各线圈间的径向尺寸相对关系并不局限于上文所述，原则上，只要是能够满
足所述高压交流快速开关设备的实际应用需要均可。
75.另一需要说明的是，考虑到绝大部分工况环境下的安装和使用需要，高压交流快速开关设备整体为竖直布置，即，连接杆11的轴线沿竖直方向延伸，在此基础上，绝缘拉杆112位于真空灭弧室111的下方，且该绝缘拉杆112位于上框架121的上方，以此保证绝缘拉杆112对所述高压交流快速开关设备的不同工作区域及相应组件间的绝缘隔离，以免位于下方的斥力动作组件与位于上方的合、分闸动作组件间产生电磁干扰，保证二者的相对独立及稳定工作。
76.进一步地，高压交流快速开关设备还包括与连接杆11适配的稳态保持机构15，稳态保持机构15包括联动设置于连接杆11侧部的拉杆151，拉杆151的一端铰接于连接杆11上，另一端通过限位弹簧152连接于侧部支撑体153上。当连接杆11随斥力盘14同步移动至通过该拉杆151的死点位置后，拉杆151在限位弹簧152的复位力作用下，对连接杆11施加一定程度的推力，使连接杆11能够继续沿其移动方向继续移动，使连接杆11、触头组件105以及斥力盘14的动作更加快速高效，以此进一步提高高压交流快速开关设备的操作效率和运行效果。
77.更进一步地，上述稳态保持机构15至少为两个，且两稳态保持机构15沿水平方向对称布置于连接杆11的两侧。将两个稳态保持机构15对称布置于连接杆11的两侧，能够进一步优化拉杆151与连接杆11间的力传导效果，使连接杆11受到的作用力更加均衡平稳，以保证连接杆11在拉杆151的作用力影响下能够平稳地继续运动。
78.具体而言，稳态保持机构15为如图所示的两个仅为举例说明之用，实际应用中，稳态保持机构15还可以为3个、4个或更多，工作人员可以依据实际工况需要和具体装配空间灵活选择和调整，但应当注意的是，各稳态保持机构15应以连接杆11的轴线为基准，沿周向等距均布于连接杆11的外周侧，以此保证各拉杆151对连接杆11的作用力更加均匀可靠，优化连接杆11的应力分布及其动作效果。
79.应当指出，实际应用中，上述侧部支撑体153通常为墙壁，根据具体工况条件，也可以选择设备机架的侧壁或专用的金属架等支撑体，原则上，只要是能够保证稳态保持机构15相关组件的可靠固定，并满足所述高压交流快速开关设备的实际工作需要均可。
80.需要进一步指出的是，限位弹簧152也可以由气缸或油缸等具备双向动作能力并能够为拉杆151提供可靠复位力的动作装置替代，工作人员可以依据实际工况并结合具体需求灵活选择。
81.此外，拉杆151与连接杆11间的铰点沿连接杆11的轴向位于上框架121与绝缘拉杆112之间。此布置结构能够将拉杆151与连接杆11间的连接结构布置于绝缘拉杆112的下方，从而避免拉杆151及限位弹簧152等动作部件对触头组件105和真空灭弧室111等核心部件的结构干涉和不利影响。
82.具体地，连接杆11上还套装有上弹簧144和下弹簧145，上弹簧144位于上框架121与上限位件141之间，且该上弹簧144的外径不大于上限位件141的外径，下弹簧145位于下限位件142与下框架122之间，且该下弹簧145的外径不大于下限位件142的外径。连接杆11及其联动部件向下动作过程中，当斥力盘14与合闸线圈132相抵后，连接杆11继续移动，此时下弹簧145的顶端与下限位件142相抵，随着连接杆11的继续下移，下弹簧145在下限位件142的作用下不断被压缩，同时施加给下限位件142向上的反作用力，由此可减缓连接杆11
的向下移动速度，直至上限位件141与斥力盘14相抵，在此过程中，下弹簧145通过下限位件142为连接杆11提供了可靠的向上作用力，由此缓解了连接杆11及其相关联动件向下移动过程中与对应适配件间的结构冲击，避免了相对运动部件间的冲击性结构损伤；在连接杆11及其联动部件向上动作过程中，上弹簧144也能够相应起到减速和缓冲作用，其与上限位件141间的具体配合过程中可直接参考下弹簧145与下限位件142间的配合过程，二者仅在于连接杆11的移动方向相反，其余动作过程仅需对应反向即可，在此不做赘述。
83.由此可见，上弹簧144和下弹簧145能够对应缓解合闸过程和分闸过程中的部件结构冲击，保证连接杆11和动触头能够平稳地完成分闸过程或合闸过程中最后的动作行程，避免因结构刚性冲击导致部件损伤。并且，在斥力盘14及连接杆11实际动作过程中，上弹簧144/下弹簧145可以在斥力盘14与分闸线圈131/合闸线圈132接触之前即与上限位件141/下限位件142相接触，并将上弹簧144/下弹簧145逐步压缩，由此，可能会存在斥力盘14与分闸线圈131/合闸线圈132接触之前，上弹簧144/下弹簧145即已被压缩至极限位置的情况，由此可使斥力盘14无需与分闸线圈131/合闸线圈132接触即可完成动触头的可靠精准动作，实现高压交流快速开关设备的相应分闸与合闸操作。当然，上述组件适配结构及其动作过程仅为举例说明之用，实际应用中应以保证所述高压交流快速开关设备的实际应用需要为准。
84.更具体地，上弹簧144的顶端固定连接于上框架121的内壁，下弹簧145的底端固定连接于下框架122的内壁。此端部固定结构，能够将上弹簧144、下弹簧145分别对应可靠连接于上框架121、下框架122上，以免组件动作过程中上弹簧144和下弹簧145发生松脱或错位，保证其伸缩动作过程中的位置稳定性和缓冲效果。
85.此外，斥力盘14为铝合金制件。当然，考虑到涡流效应的实际效果，该斥力盘14还可以选择其他能够形成电磁涡流效应的金属制件或其他导体材料制件，工作人员可以依据工况需要灵活调整，原则上，只要是能够满足所述高压交流快速开关设备的实际应用需要均可。
86.另外，上限位件141和下限位件142均为环形凸台。该种环形凸台结构简单可靠，且其与连接杆11、斥力盘14乃至上弹簧144和下弹簧145间的结构适配效果较好，应力分布较为均匀可靠，能够进一步优化与相关配合件间的抵接及联动配合效果。
87.当然，上限位件141和下限位件142均为环形凸台仅为通常工况下较为优选的方案，考虑到实际加工难度及工况需求，还可以采用局部凸起或其他凸台结构作为上限位件141和下限位件142的具体结构形式，原则上，只要是能够满足所述高压交流快速开关设备的实际组装和工作需要均可。
88.请着重参考图4至图7.
89.实际应用中，还可以布置多个辅助开关装置20，辅助开关装置20包括沿竖直方向自下而上对位布置的辅助底柜201和辅助外壳202，辅助外壳内设置有辅助真空灭弧室和辅助并联均压电容，辅助真空灭弧室内设置有能够控制主线路通断的辅助触头组件105，辅助底柜201内设置有与辅助触头组件105联动配合的辅助快速开关组件，辅助开关装置内还设置有自上而下依次贯穿辅助外壳202和辅助底柜201并与辅助触头组件105适配的辅助内导体。事实上，在具体装配运行时，上述各辅助底柜201、辅助外壳202、辅助真空灭弧室、辅助并联均压电容、辅助触头组件105以及辅助快速开关组件，均与前文所述的各底柜101、外壳
102、真空灭弧室111、并联均压电容104、触头组件105以及快速开关组件110结构基本一致，功能和相关适配效果也完全相同，如此，可使所述高压交流快速开关设备的组件布局更加规整，便于不同工况下的灵活拼接和组合。
90.在此基础上，针对不同工况，可以在两个主开关装置10相互串联的基础上，将各辅助开关装置20与各主开关装置10一并串联或相互并联，并且如图4至7中两个辅助开关装置20配合两个主开关装置10的组装形式仅为举例说明之用，实际应用中辅助开关装置20的数量及其排布位置还可以依据实际工况灵活调整和选择，原则上，只要是能够满足所述高压交流快速开关设备的实际应用需要均可。
91.综上可知，本发明中提供的高压交流快速开关设备，其操作使用过程中，通过两个主开关装置间的串联配合，形成双断口串联开关形式，以满足不同工况下的高压线路限流和稳流需求。具体而言，通过电流互感器实时监测主线路内的电流状态，在短路电流过大时，利用快速开关组件将触头组件迅速断开，以此将并联于主线路上的限流元件迅速接入电力系统中，以便将系统内电流迅速限制到目标值，在此过程中，通过外壳、套管以及电流互感器间的相互配合，结合填充有绝缘气体的通腔工况环境，能够显著提高所述高压交流快速开关设备的高压工况适应能力，以满足高压电网系统中快速通断限流的操作需求。
92.以上对本发明所提供的高压交流快速开关设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。