本實用新型涉及一種配電系統(tǒng)的管理設(shè)備，具體指的是一種高壓智能開關(guān)。

背景技術(shù)：

高壓智能開關(guān)是配電系統(tǒng)中廣泛使用的關(guān)鍵設(shè)備。我國電力系統(tǒng)配電網(wǎng)建設(shè)和改造的不斷深入和推廣,加快了高壓智能開關(guān)的研究步伐,提高其設(shè)計與制造水平,研究開發(fā)出具有國際先進水平的國產(chǎn)配電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備,改變目前高壓智能開關(guān)依賴進口的現(xiàn)狀，減少用戶故障平均停電時間，已成為我國配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。

本實用新型以我國10KV電壓等級配電網(wǎng)建設(shè)、改造的實際工程需要為背景，以國家電網(wǎng)十二五規(guī)劃及中長期發(fā)展戰(zhàn)略對智能開關(guān)設(shè)備的發(fā)展方向及開關(guān)設(shè)備智能操動控制技術(shù)的要求為導(dǎo)向，開發(fā)出體積小、質(zhì)量輕、高可靠性、分合閘時間短，合閘無彈跳、動作分散性小、三相獨立操作、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、開斷次數(shù)高及能夠智能選相的高壓真空智能開關(guān)。

電容器開關(guān)合分閘操作的暫態(tài)過程會帶來了不可忽略的負(fù)面效應(yīng)，傳統(tǒng)的解決方式不能從根本上解決合閘涌流和操作過電壓，且容易給系統(tǒng)造成附加的負(fù)面影響，為了滿足電網(wǎng)發(fā)展和電力用戶對高質(zhì)量、高可靠供電的需求，有學(xué)者提出了智能選相投切技術(shù)。智能選相投切技術(shù)的概念最早出現(xiàn)于1970 年代，其實質(zhì)是根據(jù)不同負(fù)載(如并聯(lián)電容器組、架空輸電線、空載變壓器等)的特性，控制開關(guān)在電壓或電流的最佳相位角完成合閘或分閘，實現(xiàn)無沖擊的平滑過渡，能有效地削弱開關(guān)瞬態(tài)電磁效應(yīng)。

智能選相投切技術(shù)對斷路器的要求非常高，以至于一直以來在中壓領(lǐng)域還沒有其具體的實際應(yīng)用以及相關(guān)的成熟產(chǎn)品。

現(xiàn)代電網(wǎng)對電能質(zhì)量的要求越來越高，減少用戶平均故障停電時間成為供電部門的核心任務(wù)。通過快速極差斷路器可以實現(xiàn)用戶界內(nèi)故障由用戶分界開關(guān)及時切除，不造成支線開關(guān)和變電站出口跳閘，即使是用戶大的短路故障造成上級開關(guān)跳閘，也能保證該用戶分界開關(guān)跳閘切除故障點，確保變電站出口開關(guān)重合成功，避免永久故障。但極差斷路器對分速閘速度有非常高的要求，普通斷路器根本無法滿足要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出了一種高壓智能開關(guān)，具體為一種10KV高壓智能開關(guān)。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案：一種高壓智能開關(guān)，包括適用于三相系統(tǒng)的三相接口模塊、至少由電網(wǎng)感性線路、電網(wǎng)容性線路或長電纜線路中的一種構(gòu)成的負(fù)載模塊、可完成分閘合閘動作的智能斷路器模塊、設(shè)置在開關(guān)電路上的可進行電壓和電流采樣的采樣模塊、控制連接于智能斷路器模塊的智能控制器模塊、以及可實現(xiàn)發(fā)送外部控制指令到智能控制器模塊且可接收智能控制器模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)并實時顯示的交互模塊；所述的三相接口模塊、智能斷路器模塊和負(fù)載模塊相串聯(lián)連接，所述采樣模塊連接在三相接口模塊的母線上以采集電壓和電流信號，且將采集的電壓和電流信號傳輸給智能控制器模塊，所述智能控制器模塊根據(jù)電壓和電流信號做出分析并將開關(guān)指令發(fā)送給智能斷路器模塊，所述智能斷路器模塊根據(jù)開關(guān)指令做出分閘動作或合閘動作，并將自身的狀態(tài)監(jiān)控信號反饋給所述智能控制器模塊。

進一步地，所述的智能斷路器模塊由三個具有獨立操動機構(gòu)的單相高壓斷路器和一個智能驅(qū)動器組成。

進一步地，所述單相高壓斷路器的合閘位置采用靠永磁力保持合閘的永磁鎖扣；所述單相高壓斷路器的分閘位置采用通過分閘彈簧保持分閘得彈簧鎖扣，且該單相高壓斷路器通過單個電磁線圈來完成分合閘操作。

進一步地，所述單相高壓斷路器內(nèi)的真空滅弧室與操作機構(gòu)上下布置。

優(yōu)選地，所述智能控制器模塊采用智能選相斷路器過零投切設(shè)計，其可自動判斷系統(tǒng)電流、電壓的相位角，并結(jié)合選相斷路器固有且穩(wěn)定的分合閘時間分別給智能斷路器的A、B、C三相斷路發(fā)出指令，使其依次并準(zhǔn)確的過零點動作。

本實用新型的高壓智能開關(guān)由三相接口模塊、智能斷路器模塊、采樣模塊、智能控制器模塊以及交互模塊組成。其中智能斷路器模塊是由三個具有獨立操動機構(gòu)的單相高壓斷路器及一個智能驅(qū)動器組成，合閘位置采用永磁鎖扣，靠永磁力保持合閘；分閘位置采用彈簧鎖扣，靠分閘彈簧保持分閘，只用一個電磁線圈來完成分合閘操作；分合閘操作所需能量小，合閘時線圈峰值電流為10A，分閘時線圈峰值電流為0.8A，合閘功率小于50W。

所述的智能控制器模塊是專為智能選相斷路器過零投切而設(shè)計，可自動判斷系統(tǒng)電流、電壓的相位角，并結(jié)合選相斷路器固有且穩(wěn)定的分合閘時間分別給A、B、C三相斷路器發(fā)出指令，使其依次并準(zhǔn)確的在過零點動作，從而避免了涌流及過電壓的產(chǎn)生。

所述的智能控制器模塊帶有自檢功能，當(dāng)檢測到內(nèi)外部故障時閃燈報警，或遠(yuǎn)程報警時，具有防跳和閉鎖功能。所述負(fù)載模塊是符合智能電網(wǎng)一次設(shè)備智能化要求的并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、空載變壓器及長電纜線路等。所述的交互模塊可以實現(xiàn)發(fā)送外部控制指令到智能控制器，也可以接收智能控制器所發(fā)送的數(shù)據(jù)并實時顯示。

本實用新型開發(fā)的高壓智能開關(guān)，通過精確的電子控制機構(gòu)與永磁操動機構(gòu)的真空斷路器模塊配合，能精確的實現(xiàn)電容器組的過零選相投切，有效降低電容器組在投切過程中產(chǎn)生的過電流和過電壓，彌補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。

本實用新型在智能控制器模塊及智能驅(qū)動器的配合控制下，可精確實現(xiàn)每相電壓過零點時合閘、電流過零點時分閘，有效抑制電力系統(tǒng)中操作過電壓和涌流的發(fā)生。此外，本實用新型分閘速度快，可用于配電網(wǎng)極差保護，快速實現(xiàn)電網(wǎng)故障隔離，能減少用戶故障平均停電時間，是全面提高電能質(zhì)量并符合智能電網(wǎng)一次設(shè)備智能化要求的關(guān)鍵設(shè)備，適用于并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、空載變壓器及長電纜線路等相關(guān)領(lǐng)域的投切應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的高壓智能開關(guān)永磁機構(gòu)與觸頭彈簧和超行程的完美配合，國內(nèi)首次實現(xiàn)合閘過程觸頭零彈跳，從而具備了電網(wǎng)電壓、電流過零投切的必要條件。在此基礎(chǔ)上，該高壓智能開關(guān)在智能控制器模塊及智能驅(qū)動器的配合控制下，可精確實現(xiàn)每相電流過零點時分閘、電壓過零點時合閘，且具有自適應(yīng)選相功能，可按指定相位角進行分合閘，動作時間誤差小于0.3ms。

本實用新型可廣泛應(yīng)用于智能選相系統(tǒng)，該應(yīng)用消除了合閘涌流、操作過電壓，大大提高投切開關(guān)、電容器、電抗器、變壓器及長電纜等的使用壽命，減少維護費用，且避免投切過程中的暫態(tài)過程對電網(wǎng)的沖擊，造成保護誤動，并可實現(xiàn)頻繁操作，提高變電站無功補償精度，滿足智能變電站的要求。本實用新型解決了目前無功補償裝置存在的運行可靠性低、優(yōu)化性差、運行不經(jīng)濟等問題，符合建設(shè)綠色電網(wǎng)的要求。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)框架示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的普通斷路器與極差斷路器分閘時間比較圖；

圖3是本實用新型作為極差斷路器使用的應(yīng)用方案圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對實用新型進行詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本實用新型提出的一種高壓智能開關(guān)，包括適用于三相系統(tǒng)的三相接口模塊、至少由電網(wǎng)感性線路、電網(wǎng)容性線路或長電纜線路中的一種構(gòu)成的負(fù)載模塊、可完成分閘合閘動作的智能斷路器模塊、設(shè)置在開關(guān)電路上的可進行電壓和電流采樣的采樣模塊、控制連接于智能斷路器模塊的智能控制器模塊、以及可實現(xiàn)發(fā)送外部控制指令到智能控制器模塊且可接收智能控制器模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)并實時顯示的交互模塊；所述的三相接口模塊、智能斷路器模塊和負(fù)載模塊相串聯(lián)連接，所述采樣模塊連接在三相接口模塊的母線上以采集電壓和電流信號，且將采集的電壓和電流信號傳輸給智能控制器模塊，所述智能控制器模塊根據(jù)電壓和電流信號做出分析并將開關(guān)指令發(fā)送給智能斷路器模塊，所述智能斷路器模塊根據(jù)開關(guān)指令做出分閘動作或合閘動作，并將自身的狀態(tài)監(jiān)控信號反饋給所述智能控制器模塊。

智能斷路器模塊由三個具有獨立操動機構(gòu)的單相高壓斷路器和一個智能驅(qū)動器組成。單相高壓斷路器的合閘位置采用通過永磁力保持合閘的永磁鎖扣，該單相高壓斷路器的分閘位置采用通過分閘彈簧保持分閘的彈簧鎖扣，且所述單相高壓斷路器通過單個電磁線圈來完成分合閘操作。單相高壓斷路器內(nèi)的真空滅弧室與操作機構(gòu)上下布置。

本實用新型由五個模塊組成：三相接口模塊、智能斷路器模塊、采樣模塊、智能控制器模塊以及交互模塊。

其中，三相接口模塊、智能斷路器模塊、負(fù)載模塊三個模塊依次串聯(lián)連接。采樣模塊分別連接于三相接口模塊的母線上采集信號，并傳輸給智能控制器模塊，智能控制器模塊將開關(guān)指令發(fā)送給智能斷路器模塊并獲得其狀態(tài)監(jiān)控信號。同時，智能檢測模塊通過數(shù)據(jù)線與交互模塊實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)和外部指令的傳輸。

本實用新型具有自檢測功能的高壓型智能相控系統(tǒng)，三相接口模塊適用于一切類型的三相系統(tǒng)，也包括了相應(yīng)的單相系統(tǒng)。智能斷路器模塊是由三個單相操作真空斷路器組成，動作穩(wěn)定性較高，動作時間快，壽命長。該模塊帶自檢測功能，能把智能斷路器模塊的狀態(tài)實時檢測并反饋。

智能控制器模塊是專為智能選相斷路器過零投切而設(shè)計，可自動判斷系統(tǒng)電流、電壓的相位角，并結(jié)合選相斷路器固有且穩(wěn)定的分合閘時間分別給A、B、C三相斷路器發(fā)出指令，使其依次并準(zhǔn)確的在過零點動作，從而避免了涌流及過電壓的產(chǎn)生。所述的智能控制器模塊，自檢功能，檢測到內(nèi)外部故障時閃燈報警，或遠(yuǎn)程報警，還有防跳和閉鎖功能。

負(fù)載模塊是符合智能電網(wǎng)一次設(shè)備智能化要求的并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、空載變壓器及長電纜線路等。交互模塊可以實現(xiàn)發(fā)送外部控制指令到智能控制器，也可以接收智能控制器所發(fā)送的數(shù)據(jù)并實時顯示。

智能斷路器模塊由三個具有獨立操動機構(gòu)的單相高壓斷路器及一個智能驅(qū)動器組成，分合閘過程操動機構(gòu)完全直線運動，且斷路器操動機構(gòu)采用高穩(wěn)定性特殊合金材料制成，性能比永磁材料大為提升。

本實用新型的最后方案實施，具體性能參數(shù)如下：

額定電壓為12KV，額定電流為1250A，額定工頻耐壓為42KV，額定沖擊耐壓為75KV，額定短路開斷電流為31.5KA，額定短路關(guān)合峰值電流為50KA，額定短時耐受時間為4秒，額定頻率為50Hz，額定電流下（機械壽命）為50000次，額定短路電流下分和操作循環(huán)100次，觸頭合閘彈跳時間為0ms，重量為72kg。

快速、穩(wěn)定的斷路器本體與精確、可靠的智能選相控制器模塊協(xié)同配合，構(gòu)成安全、可靠、先進的智能選相斷路器，能精確的實現(xiàn)選相分合閘操作，在進行智能選相斷路器投切電容器精度測試時，給定一個工頻正弦參考信號（模擬實際參考信號UAB）進行測試，測試得出AB 相在參考信號零點準(zhǔn)確閉合。C 相在參考信號90 度相位角處閉合，得出的結(jié)果是斷路器的合閘精度非常高，相角誤差幾乎為0。

本實用新型高壓智能開關(guān)動作時間分散性小，傳動效率高，執(zhí)行力強；合閘時間小于15ms，分閘時間小于6ms，分合閘時間是傳統(tǒng)彈簧斷路器的1/3，可作為極差斷路器使用，快速隔離故障。

通過快速極差斷路器可以實現(xiàn)用戶界內(nèi)故障由用戶分界開關(guān)及時切除，不造成支線開關(guān)和變電站出口跳閘，即使是用戶大的短路故障造成上級開關(guān)跳閘，也能保證該用戶分界開關(guān)跳閘切除故障點，確保變電站出口開關(guān)重合成功，避免永久故障。

極差斷路器對分速閘速度有非常高的要求，普通斷路器與極差斷路器的分閘時間對比如圖2所示。極差斷路器的應(yīng)用方案如圖3所示。

一般城市地區(qū)供電可靠率99.9%以上，用戶年平均停電時間約8.76小時；重要城市中心地區(qū)即99.99%以上，用戶年平均停電時間約57分鐘。 深圳供電局在深圳地區(qū)批量使用快速開關(guān)作為提高供電可靠性的最主要手段，目標(biāo)將年單次平均停電時間由57分鐘關(guān)內(nèi)降至15分鐘，關(guān)外降至30分鐘。

通過快速極差斷路器的應(yīng)用，可以大大提高供電可靠性，減少用戶平均故障停電時間。

上述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利和保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求書為準(zhǔn)。