[發明專利]一種基于永磁機構的新型真空斷口和CO2氣體斷口串聯高壓交直流斷路器

有效

• 申請號: 201510068547.X
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104766765A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 程顯;王克文;王明東;焦連曜;陳占青
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01H71/10
• 分類號: H01H71/10;H01H71/00
• 代理公司: 鄭州市華翔專利代理事務所(普通合伙) 41122
• 代理人: 馬鵬鷂

技術領域

本發明屬于電力高壓大容量斷路器領域，涉及一種基于永磁機構的真空斷口和CO₂氣體斷口串聯的高壓交直流斷路器，填補國內空白。

技術背景

目前，我國的交直流輸電電壓等級已分別達到了1000kV和±800kV，隨著輸電電壓等級不斷提升，對斷路器的耐壓水平與開斷容量也提出了更高要求。高壓斷路器領域目前主要有兩種斷路器，一種是真空斷路器，另一種是SF₆斷路器。真空斷路器采用真空作為觸頭間的滅弧和絕緣介質，真空斷口具有優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，在配電領域已經取得了廣泛的應用。但真空斷口的耐壓水平與斷口間隙長度的非線性增長關系使真空長間隙絕緣難以實現，制約了單斷口真空斷路器向更高電壓等級發展；多斷口真空斷路器雖然可實現高電壓等級的開斷，但其斷口間的同步控制、動靜態均壓技術復雜，制造成本較高，這在很大程度上限制了多斷口真空斷路器的發展。

SF₆斷路器采用SF₆氣體作為滅弧介質，其在110kV及以上電壓等級中占據主導地位，研究發現較大的開斷電流下降率（di/dt）和弧后恢復電壓上升率（RRRV）對SF₆斷路器的開斷能力有很大影響。同時SF₆氣體以23900的全球變暖潛能值（GWP）被列為溫室效應氣體，且其廢氣一旦泄露對環境帶來巨大影響。限制SF₆氣體使用尋找SF₆的替代氣體是當今斷路器研究領域熱點之一。

研究表明，CO₂氣體的絕緣性能約為SF₆氣體的40%，高于氮氣15%；滅弧性能方面其電弧時間常數為15us，是SF₆氣體電弧時間常數的十五倍，但卻只有氮氣的十五分之一，可以作為滅弧介質使用。在相同氣壓條件下開斷同一短路電流，CO₂氣體可獲得比SF₆氣體更高的峰值滅弧氣壓，但其壓力衰減速度高于SF₆氣體，在燃弧時間較長時CO₂氣體很難保持合適的氣體壓力滅弧，這就需要額外的操作功或是更大的氣腔，將增加CO₂氣體斷路器的制造難度和成本。若能利用真空斷路器和氣體斷路器的優點，將兩種斷口串聯，在電弧電流過零后首先由真空斷口承擔瞬態起始恢復電壓，在CO₂氣體介質絕緣強度恢復后再由CO₂氣體斷口承擔主要的恢復電壓，可以在最大限度上克服兩種斷路器的缺點，提升斷路器整體開斷能力。采用基于“碳捕捉”技術收集大氣中的CO₂氣體作為斷路器的滅弧介質不僅可以避免SF₆氣體的使用，還可減少大氣中CO₂氣體排放量。為保證兩串聯斷口有良好的開斷效果，需要CO₂氣體斷口和真空斷口之間協同動作，要求操動機構具有較高的動作精度。國外現有的兩斷口串聯斷路器操動結構復雜，動作精度得不到保障，實用性較差且難以推廣應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于永磁機構的新型真空斷口與CO₂氣體斷口串聯組成的高壓交直流斷路器；設計具有軌跡曲線比對功能的斷路器控制系統實時比對并調節兩個斷口動觸頭的協同動作關系，使其按照開斷策略動作以達到斷路器最佳開斷效果；通過并聯接入LC轉移支路和避雷器能量吸收支路還可實現直流電路開斷。

本發明的技術方案是：

該斷路器由真空斷口與CO₂氣體斷口串聯組成，CO₂氣體斷口部分由CO₂氣體滅弧室端蓋法蘭、CO₂氣體滅弧室靜觸頭、CO₂氣體滅弧室、動觸頭及拉桿、感應線圈、絕緣拉桿、直線電機、斷路器控制系統、復合材料絕緣套管（上）、絕緣支柱組成。真空斷口包括真空滅弧室端蓋法蘭、真空滅弧室靜觸頭、真空滅弧室、動觸頭及導電拉桿、電源感應線圈、永磁操動機構、蓄電池及儲能電容、真空斷口操動機構控制單元、通信光纖、復合材料絕緣套管（右）。此外該斷路器還包括連接室、斷路器支座和控制箱。