氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力高壓大容量斷路器領域，涉及一種基于直線電機操動機構的新型0)2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器，填補國內(nèi)空白。
技術背景
[0002]近年來，我國的交直流輸電電壓等級不斷提高，發(fā)展耐壓水平更高、開斷容量更大的高壓斷路器勢在必行。目前高壓斷路器領域主要有兩種斷路器，一種是真空斷路器，一種是5^斷路器。SF6斷路器采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，其具有優(yōu)異的滅弧性能與良好的電氣絕緣特性，在IlOkV及以上電壓等級電力系統(tǒng)中3?6斷路器占據(jù)主導地位。研宄發(fā)現(xiàn)，大電流開斷時較大的開斷電流下降率(di/dt)和弧后恢復電壓上升率(RRRV)對5匕斷路器的開斷能力產(chǎn)生很大影響。另外，SF6氣體是一種溫室氣體，具有很高的全球變暖潛能值(GWP)且分解物為有毒氣體，其廢氣一旦泄露會對人和環(huán)境帶來嚴重危害。因此，減少SF6氣體的使用已成為人們的共識，尋找替代3^斷路器的環(huán)保型斷路器是當今高壓斷路器領域研宄的一個熱點。
[0003]CO2氣體、C-C 4F8氣體、CF 31-C(V混合氣體等替代氣體都有相對優(yōu)異的滅弧性能，且其GWP都遠小于SF6氣體，ABB公司已研制出72.5kV CO2氣體斷路器。真空斷路器以真空為絕緣和滅弧介質(zhì)，真空介質(zhì)具有優(yōu)異的承受開斷電流下降率(di/dt)和弧后電壓上升率(RRRV)的能力，在配電領域已經(jīng)取得了廣泛的應用。但真空間隙耐壓強度與間隙長度的非線性增長關系使長真空間隙絕緣難以實現(xiàn)，制約了單斷口真空斷路器向更高電壓等級發(fā)展；多斷口真空斷路器雖然可實現(xiàn)高電壓等級的開斷，但其斷口間的同步控制、動靜態(tài)均壓技術復雜，且制造成本較高，在很大程度上限制了多斷口真空斷路器的發(fā)展。
[0004]若利用氣體間隙和真空間隙的優(yōu)點，串聯(lián)兩種間隙在電弧電流過零后首先由真空間隙承擔瞬態(tài)起始恢復電壓，在氣體間隙介質(zhì)絕緣強度恢復后再由其承擔主要的恢復電壓，可在最大限度上克服兩種介質(zhì)的缺點，實現(xiàn)性能互補。基于“碳捕捉”技術收集0)2氣體作為斷路器的一種滅弧介質(zhì)可以避免3匕氣體使用，并減少大氣中CO2氣體的排放量；將真空間隙與CO2氣體間隙串聯(lián)可以有效幫助0)2氣體介質(zhì)強度快速恢復，提高斷路器整體開斷能力。為達到斷路器最大開斷能力，需精確控制氣體間隙與真空間隙協(xié)同動作精度，盡可能減小操動機構分散性。國外現(xiàn)有的間隙串聯(lián)混合斷路器操動結構復雜，難易實現(xiàn)操動機構的低分散性，實用性差難以推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于直線電機操動機構的新型0)2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)高壓斷路器；設計一包含直線電機恒軌跡測控單元和兩間隙協(xié)同動作測控單元的斷路器控制器，通過光電技術實現(xiàn)直線電機運動軌跡與預設值精確吻合和兩間隙動觸頭協(xié)同動作關系的實時調(diào)整，降低斷路器觸頭動作分散性；通過并聯(lián)接入LC轉移支路和避雷器能量吸收支路斷路器可進行直流電路開斷。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
該斷路器由CO2氣體間隙和真空間隙串聯(lián)組成，CO2氣體間隙部分包括CO 2氣體滅弧室端蓋法蘭、CO2氣體滅弧室、CO 2氣體滅弧室動觸頭及導電拉桿、感應線圈、氣罐、充氣閥、放氣閥、帶行程補償氣室拉桿、絕緣拉桿、直線電機動子端、直線電機、復合材料絕緣套管(上)。真空間隙部分包括真空滅弧室端蓋法蘭、真空滅弧室、真空滅弧室動觸頭及其拉桿、感應線圈、蝶形彈簧、真空滅弧室外拉桿、拐臂連桿、復合材料絕緣套管(右)O此外還包括連接室、絕緣支柱、控制箱、控制器(含直線電機恒軌跡測控單元和兩間隙協(xié)同測控單元)、直線電機、支座。
[0007]0)2氣體間隙部分豎直放置，復合絕緣材料套管(上)頂端與0)2氣體滅弧室端蓋法蘭連接，復合材料絕緣套管(上)內(nèi)部為CO2氣體滅弧室，感應線圈嵌入復合材料絕緣套管(上)內(nèi)部位于滅弧室下方；0)2氣體滅弧室底端與連接室相連，連接室等電位連接豎直放置的0)2氣體滅弧室底端和右側水平放置的真空滅弧室左端；連接室內(nèi)，CO 2氣體滅弧室動觸頭及導電拉桿與帶行程補償氣室拉桿上端的氣室部分直連，帶行程補償氣室拉桿下端與絕緣拉桿相連，行程補償氣室通過由斷路器控制器控制的充氣閥和放氣閥與氣罐連接；絕緣拉桿與直線電機動子端相連。
[0008]真空間隙部分水平放置，復合材料絕緣套管(右)左端與連接室右端連接，真空滅弧室在復合材料絕緣套管(右)內(nèi)部；連接室內(nèi)，真空間隙部分的拐臂連桿通過滑槽與CO2氣體間隙部分的帶補償氣室拉桿連接，拐臂連桿長短臂長度比例一定且拐點的位置固定，連桿短臂端與真空滅弧室外拉桿通過短滑槽連接；真空滅弧室外拉桿經(jīng)碟形彈簧與真空滅弧室動觸頭及其拉桿相連；復合材料絕緣套管(右)右端與真空滅弧室端蓋法蘭連接。
[0009]連接室底部與絕緣支柱頂部相連，絕緣支柱底部和處于低電位的控制箱頂部連接；控制箱內(nèi)裝有斷路器控制器和直線電機，斷路器控制器包含直線電機恒軌跡測控單元和兩間隙協(xié)同動作測控單元；控制箱底部與斷路器支座相連；co2氣體滅弧室端蓋法蘭和真空滅弧室端蓋法蘭分別與電力系統(tǒng)母線連接。
[0010]該斷路器控制器負責接收電力系統(tǒng)的分、合閘信號，控制器直線電機恒軌跡測控單元經(jīng)分析計算后對直線電機發(fā)出操動指令并實時調(diào)控其動子運動軌跡，使其與設定曲線吻合，完成分、合閘操作；同時控制器兩間隙協(xié)同測控單元監(jiān)測兩間隙觸頭的協(xié)同動作關系控制充氣閥或放氣閥動作，改變氣室氣壓微調(diào)CO2氣體間隙動觸頭拉桿行程，調(diào)節(jié)兩間隙協(xié)同動作關系，若需增大動觸頭及其拉桿運動行程時控制放氣閥放氣，若需減少動觸頭及其拉桿行程則控制充氣閥充氣；處于低電位的直線電機由低電位供電，電磁閥由感應線圈及儲能延時電路供電。
[0011]該斷路器并聯(lián)接入LC轉移支路和避雷器能量吸收支路可組成直流斷路器，斷路器斷開時轉移支路開關閉合，斷路器與LC轉移支路相互作用并在人工過零點開斷電弧，最終在能量吸收支路避雷器的配合下完成直流電流開斷。
[0012]該斷路器設計基于現(xiàn)有的氣體滅弧室、真空滅弧室、直線電機及光電測控等技術。處于低電位的斷路器控制器接收來自電力系統(tǒng)的分、合閘信號實現(xiàn)斷路器動作響應。0)2氣體間隙與真空間隙采用串聯(lián)方式，直線電機驅動兩個間隙的動作，由真空間隙承擔上升率較大的瞬態(tài)起始恢復電壓，0)2氣體間隙承擔之后主要的恢復電壓和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓；直線電機拉動絕緣拉桿帶動0)2氣體滅弧室動作并同時通過滑槽聯(lián)動拐臂連桿帶動真空滅弧室動作；斷路器控制器根據(jù)直線電機動子行程、兩滅弧室觸頭協(xié)同狀態(tài)通過光電技術實現(xiàn)直線電機運動軌跡與預設值精確吻合及兩間隙動觸頭協(xié)同動作關系的實時調(diào)整，實現(xiàn)0)2氣體間隙與真空間隙協(xié)同動作的控制策略。
[0013]本發(fā)明的有益效果是在高電壓等級斷路器中采用CO2氣體間隙與真空間隙串聯(lián)技術，使用“碳捕捉”技術收集的0)2氣體替代傳統(tǒng)的SF 6氣體，避免SF 6氣體使用減小其對環(huán)境的影響；采用運動行程較大的直線電機操動機構滿足更高電壓等級斷路器對操動機構行程和力矩的要求，通過斷路器控制器的直線電機行程測控單元使電機動子運動軌跡與預設值精確吻合，通過兩間隙協(xié)同動作測控單元實時測控調(diào)整兩間隙動觸頭運動狀態(tài)，降低操動機構動作分散性實現(xiàn)開斷過程兩串聯(lián)間隙協(xié)同動作策略；通過并聯(lián)接入LC轉移支路和避雷器能量吸收支路可組成直流斷路器，斷路器斷開時轉移支路開關閉合，斷路器與LC轉移支路相互作用并在人工過零點開斷電弧，最終在能量吸收支路避雷器的配合下完成直流電流開斷。
【附圖說明】
[0014]圖1是斷路器結構圖示意圖圖2是斷路器內(nèi)部結構示意圖圖3是斷路器控制系統(tǒng)示意圖
圖4是斷路器開斷直流電路示意圖圖中:
I 0)2氣體滅弧室端蓋法蘭；2復合材料絕緣套管(上)；
3 CO2氣體滅弧室靜觸頭；4 CO2氣體滅弧室；5 CO2氣體滅弧室