高压交流复合投切开关制造技术

本发明专利技术公开了一种高压交流复合投切开关。它的机械开关、压敏电阻和降压变压器的初级相并联连接后串接于高压交流回路中，降压变压器的次级与固态开关相并联连接，触发器为同步变压器ＴＢ的初级跨接于高压交流回路的两端、次级与控制器ＫＺ电连接，其中的控制器ＫＺ由触发脉冲保持器ＭＢ和电压相位触发器ＸＣ串接后与机械开关动作延时器ＫＹ相并联连接构成，其的合分闸信号输入端与上位机或手动按钮电连接，电压相位触发器ＸＣ的输出端接固态开关的触发极，机械开关动作延时器ＫＹ的输出端接机械开关的动作线圈。它的机械开关的电应力得到充分的降低，且改善了负载的运行条件，获得很高的性价比；可将其广泛地用于各种大型高压动态无功补偿与滤波装置的频繁投切。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用开关投切的各种大型动态无功补偿与滤波装置，尤其是在10KV以上的高压交流系统中使用的一种高压交流复合投切开关。
技术介绍
无功与谐波是当今电力系统中亟待解决的问题之一，对此，国内外多选用各种大型动态无功补偿与滤波装置，这其中又有相当数量的是采用开关投切的电容器组。在这些设备中，投切开关极为关键，它的性能关系到整个装置运行的可靠性。一般要求投切开关具有较快的操作速度和较小的电应力，适合频繁操作，同时兼顾成本。目前应用于投切的开关主要有常规的机械开关与晶闸管开关。常规的机械开关一般采用交流断路器或交流接触器，这在国内外的一些大型无功补偿装置中得到了广泛的应用，它具有成本相对低，导通电阻小的优点。但同时也存在着诸多的不足之处，首先，分断电容回路时易重燃，引起过电压，此外开关操作时，可能出现触点的弹跳，这也会产生过电压；其次，合闸时产生很大的涌流；再次，分闸时产生电弧，影响开关寿命；第四，开关动作的时延较大。可见，机械开关的投切操作若因其使用的频率过高，则对补偿电容器及开关本身都有很大的危害，故这类开关不适合用于对快速变化的无功进行补偿的装置中。为了适于频繁操作，有采用晶闸管开关的。这种开关在低压系统中应用广泛，它具有操作无电弧，寿命长，动作迅速等优点；但在一些10KV以上的高压系统，其应用受到限制。原因是单只晶闸管的耐压有限，加之在其截止时，电容器上可能充有电压，故这类开关中的晶闸管应能耐受峰峰电压。为了使这种开关能应用在高压大电流场合，一种直接的方法是采用多个晶闸管串、并联，这需要配套完善的动、静态均压措施，同时一般设计时还需给出相当的裕量。因此高压系统中的晶闸管开关的成本很高，并且可靠性较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处而提供一种高压交流复合投切开关。所采用的技术方案包括回路中的固态开关及其触发器，特别是机械开关、压敏电阻和降压变压器的初级相并联连接后串接于高压交流回路中，所说的降压变压器的次级与所说的固态开关相并联连接，所说的触发器与所说的固态开关的触发极、机械开关的动作线圈电连接。作为技术方案的进一步改进，所述的是机械开关为交流断路器或交流接触器或负荷开关；所述的固态开关为双向晶闸管或反并的晶闸管对或反并的可关断晶闸管对；所述的降压变压器为可变电抗器；所述的压敏电阻为氧化锌压敏电阻或碳化硅压敏电阻；所述的压敏电阻的启动电压值为降压变压器的饱和电压值的85-95％；所述的触发器为同步变压器的初级跨接于高压交流回路的两端、次级与控制器电连接，所说的控制器由触发脉冲保持器和电压相位触发器串接后与机械开关动作延时器相并联连接构成，其合分闸信号输入端与上位机或手动按钮电连接，电压相位触发器的输出端接固态开关的触发极，机械开关动作延时器的输出端接机械开关的动作线圈；所述的触发脉冲保持器的触发脉冲保持时间合闸时为100-200毫秒、分闸时为10毫秒，机械开关动作延时器的延时时间合闸时为60-100毫秒、分闸时为0毫秒。相对于现有技术的有益效果是，其一，在本专利技术合闸时，触发器先行将固态开关导通，以使降压变压器的初级呈现极低的阻抗，从而接通回路，并使机械开关在低电压下合闸，这有利于减小机械开关的电应力，同时由于固态开关的导通相位可控，可实现无涌流合闸，进一步保护了开关本身及负载；其二，固态开关的迅速导通，使得本专利技术的合闸时间相对于普通的机械开关大大减小，仅为8～10毫秒；其三，本专利技术分闸时，在分断机械开关的同时导通固态开关，这就使机械开关的端口电压维持在很小的值，随着机械开关的恢复电压的降低，避免了重燃，这既保护了机械开关又避免了后接的无功补偿与滤波装置中电容器受过电压冲击的可能。随着固态开关触发信号的消失，其电流过零关断，实现了整个高压交流回路的分闸操作；其四，本专利技术分闸时，随着固态开关的导通，引入了换流回路，大大减小了燃弧时间，使机械开关在低电流下分断，从而减小了其电应力；其五，由于在机械开关和降压变压器的初级并联有压敏电阻，该压敏电阻将变压器的端口电压限制在其残压范围内，既避免了铁磁谐振，又保护了固态开关；其六，由于降压变压器的引入，对于频繁投切的无功补偿系统无需附加额外的泄放回路；其七，固态开关连接于降压变压器的低压端，避免了其在高压系统的串联及复杂的保护问题；其八，可变电抗器及固态开关只是在合闸与分闸的很短时间内工作，它们可过载运行，从而对其容量要求不大，利于降低成本；其九，性能价格比远远高于全固态开关。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图1是本专利技术用于单相时的电路原理图；图2是图1中的控制器KZ的构成部件图；图3是图1中的交流接触器K闭合时，反并的晶闸管对GT中的电流向交流接触器K换流的波形图，其中，CH1为反并的晶闸管对GT中的电流，CH2为交流接触器K的电流；图4是图1中的交流接触器K分断时，交流接触器K中的电流向反并的晶闸管对GT换流的波形图，其中，CH1为反并的晶闸管对GT中的电流，CH2为交流接触器K的电流；图5是使用本专利技术分闸时交流接触器K的弧电压与电流波形图，其中，CH3为弧电压波形，CH4为交流接触器K的电流波形；图6是单独使用交流接触器K分断时的弧电压与交流接触器K电流波形图，其中，CH3为弧电压波形，CH4为交流接触器K的电流波形。具体实施例方式本专利技术为一台用于10KV/1000Kvar滤波器的高压交流复合投切开关(单相)。参见图1、图2，在10千伏高压电网的两端跨接有本专利技术与滤波装置RLC串联成的高压交流回路，本专利技术的构成为交流接触器K、氧化锌压敏电阻ZnO和可变电抗器L的初级相并联连接后串接于滤波装置RLC之前，可变电抗器L的次级并联连接有反并的晶闸管对GT；触发器为同步变压器TB的初级跨接于高压交流回路的两端、次级与控制器KZ电连接，其中的控制器KZ由触发脉冲保持器MB和电压相位触发器XC串接后与机械开关动作延时器KY相并联连接构成，控制器KZ的合分闸信号输入端与上位机或手动按钮电连接，触发脉冲保持器MB的触发脉冲合闸时保持时间为150毫秒、分闸时保持时间为10毫秒，电压相位触发器XC的输出端接反并的晶闸管对GT的触发极，机械开关动作延时器KY的延时时间合闸时为70毫秒、分闸时为0毫秒，其输出端接交流接触器K的动作线圈。它的主要元件参数如下额定电流180A；交流接触器K的合闸峰值电压200V，额定参数为10KV/400A；氧化锌压敏电阻ZnO的启动电压值选用可变电抗器L饱和电压的90％；可变电抗器L的漏抗为5％，容量50KVA，变比6∶1；反并的晶闸管对GT的通态平均电流500A，耐压2000V，额定参数为3000V/1000A，其中晶闸管的额定电流根据滤波装置RLC的不同运行占空比，将有更大的裕量。合闸时，按动按钮或由上位机发出启动脉冲至触发器，触发器中的电压相位触发器XC输出信号导通反并的晶闸管对GT，短路可变电抗器L的次级，在其原方呈现极小阻抗，负载被接通了，触发器中的机械开关动作延时器KY经过70毫秒的延时后，发出信号，使交流接触器K闭合，电流由反并的晶闸管对GT向交流接触器K转移，回路由交流接触器K接通。分闸时，同样按动按钮或由上位机发出脉冲至触发器，触发器中的机械开关动作延时器KY本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压交流复合投切开关，包括回路中的固态开关及其触发器，其特征在于：机械开关、压敏电阻和降压变压器的初级相并联连接后串接于高压交流回路中，所说的降压变压器的次级与所说的固态开关相并联连接，所说的触发器与所说的固态开关的触发极、机械开关的动作线圈电连接。

【技术特征摘要】
1.一种高压交流复合投切开关，包括回路中的固态开关及其触发器，其特征在于机械开关、压敏电阻和降压变压器的初级相并联连接后串接于高压交流回路中，所说的降压变压器的次级与所说的固态开关相并联连接，所说的触发器与所说的固态开关的触发极、机械开关的动作线圈电连接。2.根据权利要求1所述的开关，其特征是机械开关为交流断路器或交流接触器K或负荷开关。3.根据权利要求1所述的开关，其特征是固态开关为双向晶闸管或反并的晶闸管对GT或反并的可关断晶闸管对。4.根据权利要求1所述的开关，其特征是降压变压器为可变电抗器L。5.根据权利要求1所述的开关，其特征是压敏电阻为氧化锌压敏电阻ZnO或碳化硅压敏电阻。6.根据权利要求1所述的开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶骏，刘正之，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]