無電弧型橋強控式高壓電力斷路器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉主要涉及電力領域的高壓開關裝置，特別是涉及3KV以上電壓級別的高壓斷路器。
【背景技術】
[0002]有史以來，安裝在電力系統(tǒng)的供配電設備內的各類大功率斷路器之所以可按照人的意志接通或斷開各類負載電路，特別是能可靠地斷開短路類故障電路，關鍵在于斷路器滅弧系統(tǒng)的滅弧功能。
[0003]眾所周知，在操控非空載電路時，斷路器的動觸點和靜觸點在接通前或斷開后的瞬間，因間距很小而在額定電壓下形成強電場、造成介質或空氣電離擊穿，從而產生動、靜觸點之間的電弧。電路中工作電流越大、額定電壓越高則電弧越嚴重。在ικν(ιοοον)及以下系統(tǒng)中，防電弧的技術相對容易，成本相對偏低。但3KV(3000V)及以上高壓系統(tǒng)的防電弧技術和成本則不容忽視。對1KV少油斷路器而言，僅在開斷20ΚΑ級別的短路電流時，其所產生的電弧功率就可達10兆瓦(10000KW)以上，斷路器動、靜觸頭之間的電弧柱溫度可達6000-7000攝氏度，甚至超過10000攝氏度，電弧可以導致所在電路發(fā)生相間短路故障，而短路電弧會造成電力系統(tǒng)的巨大惡性事故。因此，沒有滅弧技術則大功率負載電路的接通和斷開是無法實現(xiàn)的，故障電路的切除更是不可能的。只有保證安全滅弧才能保證斷路器接通或斷開負載電路的動作成功，特別是斷路器主觸點在斷開短路故障電流的瞬間，若不能可靠滅弧必然會引發(fā)毀滅性的災難。
[0004]迄今為止，電力系統(tǒng)普遍在線運行的3KV以上的高壓斷路器主要和常見的分為三大類:即“油斷路器”(分“多油開關”與“少油開關”)、真空斷路器和SF6(六氟化硫)斷路器。其中油斷路器的密閉滅弧室內裝有絕緣油，斷路器主觸頭是浸泡在油里工作的，靠油的絕緣作用和與空氣的隔絕作用加速熄滅通斷電路瞬間產生的強烈電弧；真空斷路器的密閉滅弧室內是高度真空的，利用真空的絕緣作用來抑制電??；而SF6斷路器的滅弧室內則裝有用于滅弧的六氟化硫液體。油斷路器存在著故障情況下隨時可能引起爆炸、噴濺、燃燒等擴大事故范圍的危險，因此正在逐步被真空斷路器和SF6斷路器替代；而真空斷路器結構復雜、維修復雜、且分斷大電流能力有限；SF6斷路器斷流和滅弧效果比較理想但復雜程度和成本超過真空斷路器；也有一些其他方式滅弧的斷路器但由于技術或安全等原因而應用不夠普及。以滅弧為前沿課題的中高壓斷路器產品自問世以來，不斷地演繹、變化和推陳出新，其壽命已超過一個世紀，但基本原理一直沒有革新，所面臨的前沿課題一直沒有改變，任何一代產品的設計首先必須解決好滅弧功能，任何種類的高壓斷路器的主觸頭的開或閉都必須同時具備“密閉空間、滅弧介質、吹弧氣流和觸點耐高溫”四個條件。為此，要考慮滅弧室工藝的高度可靠，要保證弧吹系統(tǒng)的科學合理，開關觸點要采用耐高溫的貴重合金材料，要考慮滅弧介質的質量和純度，為了滅弧，斷路器的結構無法簡化，成本居高不下。
[0005]油斷路器誕生于1895年，推廣于1930年之前，目前主要應用于3、6、10KV及以上的高壓系統(tǒng)中。真空斷路器始見于50年代(我國獨立研制真空斷路器始于70年代)，最初常見于?380/220V系統(tǒng)和?690V系統(tǒng)，后來逐步進入3、6、10KV系統(tǒng)。而SF6斷路器是近年來發(fā)展起來的新型斷路器，最常見于1KV配電系統(tǒng)。這些斷路器的成本、使用壽命、結構形式和電氣性能主要決定于滅弧功能和主觸頭合金的質量，如何保證主觸點在接通和斷開有載電路(特別是斷開短路故障電路)瞬間所產生的強大電弧不造成事故，始終是產品研發(fā)和設計的最關鍵點。雖然滅弧要求使斷路器結構異常復雜，成本增加數(shù)倍，但一直在實踐中延續(xù)；雖然國內外的滅弧技術一直在提高和創(chuàng)新，但始終沒有找到最廉價的科學方法，滅弧的主題始終無法避免。
[0006]傳統(tǒng)斷路器結構與分型復雜，外部形狀各異，控制保護繁復，滅弧室內的構造卻大同小異，載流動觸頭與靜觸頭之間或分或合的物理動作及其簡單，卻危機重重，圖4-圖7分別為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內的結構及四種滅弧方案示意圖。
[0007]電力電子技術的發(fā)展推動了大功率電力電子開關和模塊的誕生，由于電力電子模塊的導通或截止狀態(tài)的改變是靠半導體材料內部的自由電子的擴散和停止擴散的結果，其過程無電弧發(fā)生，由此啟發(fā)了人們用電力電子開關(即無觸點開關)替代機械開關(有觸點開關)的思路。無觸點開關產品曾經在上世紀90年代如火如荼地發(fā)展和進步，業(yè)內人士均認為各類大功率斷路器都將走進“無觸點”時代。然而，實踐中發(fā)現(xiàn):大功率電力電子模塊長時間承載負荷電流產生較大的功耗，其無法回避的熱隱患給系統(tǒng)安全帶來更大風險和隱患，故無法替代機械開關，更無法代替中、高壓電力斷路器。
[0008]電力斷路器誕生一百多年來，產品研發(fā)的專家們始終鎖定滅弧課題苦苦攻關；而電力電子技術誕生幾十年來，產品研發(fā)的專家們始終以高效、高速和低熱為課題苦苦攻關，無人問津斷路器基本結構和基本模式的改變，無人推出既可以規(guī)避開關電弧、又可以規(guī)避在線熱損耗風險的大功率斷路器方案。
【發(fā)明內容】
[0009]本實用新型為解決傳統(tǒng)高壓斷路器滅弧技術難題提供一種無電弧型橋強控式高壓電力斷路器，基本組成特征是:由機械開關K、橋式電力電子開關(簡稱“橋開關”)、控制器P、輸入及輸出監(jiān)測儀表Vl與V2構成，其橋開關由電力二極管D1、D2、D3、D4和無觸點開關T及其強控電路組成，強控電路由電壓源E、電容C、電阻R及開關管D組成，Dl負極為橋開關入端與K觸點入端共點連接電源輸入(IR)端，D3負極為橋開關出端與K觸點出端共點連接電源輸出(OUT)端，T與D的控制極接P，斷路器分閘時K觸點先斷而T后斷，合閘時T先通而K觸點后通，T和D的控制極接P，K的線圈或驅動裝置受P控制。
[0010]本實用新型一種無電弧型橋強控式高壓電力斷路器，將無觸點開關具有的可無電弧導通和截止的優(yōu)良特性及機械開關在線承載電流無熱隱患的特性有力結合，規(guī)避兩者弊端，保證K觸點的斷開或閉合不產生電弧，用這種無電弧型高壓斷路器替代前述各類傳統(tǒng)的高壓斷路器，可以廣泛使用在3KV、6KV、10KV、33KV、66KV等高壓電力系統(tǒng)中，推而廣之，如果研發(fā)成功超高電壓型大功率電力電子開關，此類斷路器還可以廣泛使用在超高電壓電力系統(tǒng)中。
[0011]實施本專利，可徹底改變已有百年歷史的傳統(tǒng)型高壓斷路器的結構，引發(fā)高壓斷路器在基本結構、控制保護電路等方面的重大進步和變革，能快速刺激電力電子器件研發(fā)商及生產商把電力電子器件的研發(fā)興趣和目標指向超高電壓領域，從而促進超高電壓領域新型電力開關產品的誕生，并促進超高電壓領域無電弧型斷路器的研發(fā)和生產，從而推動電力開關領域的技術變革和飛躍。
[0012]本專利的突出優(yōu)點是徹底規(guī)避了高壓斷路器所面臨的電弧防控難題，省去了專為滅弧設計的所有附加機構，大大簡化了高壓斷路器的基本結構和控制保護電路，不但能節(jié)省斷路器的大量成本(人力的、技術的、材料的)，成倍提高其安全性、可靠性和使用壽命，還特別適用于實現(xiàn)智能控制，有利于未來智能電網的構建。
【附圖說明】
[0013]圖1為本專利產品的單相觸點結構示意圖
[0014]圖2為本專利產品的三相主接線原理示意圖
[0015]圖3為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內基本結構示意圖
[0016]圖4為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內縱吹式系統(tǒng)方案示意圖
[0017]圖5為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內橫吹式系統(tǒng)方案示意圖
[0018]圖6為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內縱橫吹式系統(tǒng)方案示意圖
[0019]圖7為傳統(tǒng)斷路器滅弧室內環(huán)吹式系統(tǒng)方案示意圖
[0020]圖1和圖2僅為單相和三相之分，其工作原理完全相同，但三相斷路器中的機械開關K可以是能夠同步聯(lián)動三相觸點的一體化機械開關，也可以是三個獨立的單相機械開關。
【具體實施方式】
[0021]如圖1，2所示，無電弧型橋強控式高壓斷路器由機械開關K、橋開關及其強控電路、控制器P、及輸入輸出監(jiān)測儀表Vl和V2構成，其橋開關與K的主觸點并聯(lián)后組成無電弧型高壓斷路器的雙開關通道，接于電源輸入(IR)和電源輸出(OUT)之間。
[0022]根據(jù)橋開關中無觸點開關的連接方式和數(shù)量的不同，無電弧型橋式高壓電力斷路器的無觸點通道分為橋式、擴容橋式、增壓橋式、擴增橋式、橋強控式、擴容橋強控式、增壓橋強控式和擴增橋強控式等八種類型，統(tǒng)稱為“橋開關”，本專利所述為橋強控式，其特征是以二極管Dl、D2、D3、D4為橋臂，以無觸點開關T為橋，并對T增加用于快速關斷和抗干擾的強控電路，原理說明如下:
[0023]分閘過程(即跳閘過程):分閘之前K的觸點是閉合狀態(tài)，橋開關中的T可以是截止狀態(tài)，也可以是導通狀態(tài)(K觸點的閉合使橋開關的入端和出端之間電壓接近0，其流過的電流也接近于O)，當監(jiān)測到電路故障并判定需要分閘或收到人工手動分閘命令后，P首先控制T可靠導通，然后控制K觸點分斷，流經K觸點的負載電流或故障電流會隨著K主觸點的斷開而自動轉移至橋開關通道，K觸點與橋開關通道之間實現(xiàn)負載電流的無電弧交接后等待K觸點斷開信號，接收到K觸點已可靠開斷的信號后橋開關立刻關閉(T截止)、而T在截止過程中毫無電弧發(fā)生，斷路器在整個關斷過程中沒有電弧產生，全過程在1ms-1OOms (可調)內可