專利名稱：高壓交流復合投切開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用開關投切的各種大型動態(tài)無功補償與濾波裝置，尤其是在10KV以上的高壓交流系統(tǒng)中使用的一種高壓交流復合投切開關。
背景技術：
無功與諧波是當今電力系統(tǒng)中亟待解決的問題之一，對此，國內外多選用各種大型動態(tài)無功補償與濾波裝置，這其中又有相當數量的是采用開關投切的電容器組。在這些設備中，投切開關極為關鍵，它的性能關系到整個裝置運行的可靠性。一般要求投切開關具有較快的操作速度和較小的電應力，適合頻繁操作，同時兼顧成本。目前應用于投切的開關主要有常規(guī)的機械開關與晶閘管開關。
常規(guī)的機械開關一般采用交流斷路器或交流接觸器，這在國內外的一些大型無功補償裝置中得到了廣泛的應用，它具有成本相對低，導通電阻小的優(yōu)點。但同時也存在著諸多的不足之處，首先，分斷電容回路時易重燃，引起過電壓，此外開關操作時，可能出現觸點的彈跳，這也會產生過電壓；其次，合閘時產生很大的涌流；再次，分閘時產生電弧，影響開關壽命；第四，開關動作的時延較大?？梢?，機械開關的投切操作若因其使用的頻率過高，則對補償電容器及開關本身都有很大的危害，故這類開關不適合用于對快速變化的無功進行補償的裝置中。
為了適于頻繁操作，有采用晶閘管開關的。這種開關在低壓系統(tǒng)中應用廣泛，它具有操作無電弧，壽命長，動作迅速等優(yōu)點；但在一些10KV以上的高壓系統(tǒng)，其應用受到限制。原因是單只晶閘管的耐壓有限，加之在其截止時，電容器上可能充有電壓，故這類開關中的晶閘管應能耐受峰峰電壓。為了使這種開關能應用在高壓大電流場合，一種直接的方法是采用多個晶閘管串、并聯，這需要配套完善的動、靜態(tài)均壓措施，同時一般設計時還需給出相當的裕量。因此高壓系統(tǒng)中的晶閘管開關的成本很高，并且可靠性較差。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處而提供一種高壓交流復合投切開關。
所采用的技術方案包括回路中的固態(tài)開關及其觸發(fā)器，特別是機械開關、壓敏電阻和降壓變壓器的初級相并聯連接后串接于高壓交流回路中，所說的降壓變壓器的次級與所說的固態(tài)開關相并聯連接，所說的觸發(fā)器與所說的固態(tài)開關的觸發(fā)極、機械開關的動作線圈電連接。
作為技術方案的進一步改進，所述的是機械開關為交流斷路器或交流接觸器或負荷開關；所述的固態(tài)開關為雙向晶閘管或反并的晶閘管對或反并的可關斷晶閘管對；所述的降壓變壓器為可變電抗器；所述的壓敏電阻為氧化鋅壓敏電阻或碳化硅壓敏電阻；所述的壓敏電阻的啟動電壓值為降壓變壓器的飽和電壓值的85-95％；所述的觸發(fā)器為同步變壓器的初級跨接于高壓交流回路的兩端、次級與控制器電連接，所說的控制器由觸發(fā)脈沖保持器和電壓相位觸發(fā)器串接后與機械開關動作延時器相并聯連接構成，其合分閘信號輸入端與上位機或手動按鈕電連接，電壓相位觸發(fā)器的輸出端接固態(tài)開關的觸發(fā)極，機械開關動作延時器的輸出端接機械開關的動作線圈；所述的觸發(fā)脈沖保持器的觸發(fā)脈沖保持時間合閘時為100-200毫秒、分閘時為10毫秒，機械開關動作延時器的延時時間合閘時為60-100毫秒、分閘時為0毫秒。
相對于現有技術的有益效果是，其一，在本發(fā)明合閘時，觸發(fā)器先行將固態(tài)開關導通，以使降壓變壓器的初級呈現極低的阻抗，從而接通回路，并使機械開關在低電壓下合閘，這有利于減小機械開關的電應力，同時由于固態(tài)開關的導通相位可控，可實現無涌流合閘，進一步保護了開關本身及負載；其二，固態(tài)開關的迅速導通，使得本發(fā)明的合閘時間相對于普通的機械開關大大減小，僅為8～10毫秒；其三，本發(fā)明分閘時，在分斷機械開關的同時導通固態(tài)開關，這就使機械開關的端口電壓維持在很小的值，隨著機械開關的恢復電壓的降低，避免了重燃，這既保護了機械開關又避免了后接的無功補償與濾波裝置中電容器受過電壓沖擊的可能。隨著固態(tài)開關觸發(fā)信號的消失，其電流過零關斷，實現了整個高壓交流回路的分閘操作；其四，本發(fā)明分閘時，隨著固態(tài)開關的導通，引入了換流回路，大大減小了燃弧時間，使機械開關在低電流下分斷，從而減小了其電應力；其五，由于在機械開關和降壓變壓器的初級并聯有壓敏電阻，該壓敏電阻將變壓器的端口電壓限制在其殘壓范圍內，既避免了鐵磁諧振，又保護了固態(tài)開關；其六，由于降壓變壓器的引入，對于頻繁投切的無功補償系統(tǒng)無需附加額外的泄放回路；其七，固態(tài)開關連接于降壓變壓器的低壓端，避免了其在高壓系統(tǒng)的串聯及復雜的保護問題；其八，可變電抗器及固態(tài)開關只是在合閘與分閘的很短時間內工作，它們可過載運行，從而對其容量要求不大，利于降低成本；其九，性能價格比遠遠高于全固態(tài)開關。
下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發(fā)明用于單相時的電路原理圖；圖2是圖1中的控制器KZ的構成部件圖；圖3是圖1中的交流接觸器K閉合時，反并的晶閘管對GT中的電流向交流接觸器K換流的波形圖，其中，CH1為反并的晶閘管對GT中的電流，CH2為交流接觸器K的電流；圖4是圖1中的交流接觸器K分斷時，交流接觸器K中的電流向反并的晶閘管對GT換流的波形圖，其中，CH1為反并的晶閘管對GT中的電流，CH2為交流接觸器K的電流；圖5是使用本發(fā)明分閘時交流接觸器K的弧電壓與電流波形圖，其中，CH3為弧電壓波形，CH4為交流接觸器K的電流波形；圖6是單獨使用交流接觸器K分斷時的弧電壓與交流接觸器K電流波形圖，其中，CH3為弧電壓波形，CH4為交流接觸器K的電流波形。
具體實施例方式
本發(fā)明為一臺用于10KV/1000Kvar濾波器的高壓交流復合投切開關(單相)。參見圖1、圖2，在10千伏高壓電網的兩端跨接有本發(fā)明與濾波裝置RLC串聯成的高壓交流回路，本發(fā)明的構成為交流接觸器K、氧化鋅壓敏電阻ZnO和可變電抗器L的初級相并聯連接后串接于濾波裝置RLC之前，可變電抗器L的次級并聯連接有反并的晶閘管對GT；觸發(fā)器為同步變壓器TB的初級跨接于高壓交流回路的兩端、次級與控制器KZ電連接，其中的控制器KZ由觸發(fā)脈沖保持器MB和電壓相位觸發(fā)器XC串接后與機械開關動作延時器KY相并聯連接構成，控制器KZ的合分閘信號輸入端與上位機或手動按鈕電連接，觸發(fā)脈沖保持器MB的觸發(fā)脈沖合閘時保持時間為150毫秒、分閘時保持時間為10毫秒，電壓相位觸發(fā)器XC的輸出端接反并的晶閘管對GT的觸發(fā)極，機械開關動作延時器KY的延時時間合閘時為70毫秒、分閘時為0毫秒，其輸出端接交流接觸器K的動作線圈。它的主要元件參數如下額定電流180A；交流接觸器K的合閘峰值電壓200V，額定參數為10KV/400A；氧化鋅壓敏電阻ZnO的啟動電壓值選用可變電抗器L飽和電壓的90％；可變電抗器L的漏抗為5％，容量50KVA，變比6∶1；反并的晶閘管對GT的通態(tài)平均電流500A，耐壓2000V，額定參數為3000V/1000A，其中晶閘管的額定電流根據濾波裝置RLC的不同運行占空比，將有更大的裕量。
合閘時，按動按鈕或由上位機發(fā)出啟動脈沖至觸發(fā)器，觸發(fā)器中的電壓相位觸發(fā)器XC輸出信號導通反并的晶閘管對GT，短路可變電抗器L的次級，在其原方呈現極小阻抗，負載被接通了，觸發(fā)器中的機械開關動作延時器KY經過70毫秒的延時后，發(fā)出信號，使交流接觸器K閉合，電流由反并的晶閘管對GT向交流接觸器K轉移，回路由交流接觸器K接通。分閘時，同樣按動按鈕或由上位機發(fā)出脈沖至觸發(fā)器，觸發(fā)器中的機械開關動作延時器KY發(fā)出信號至交流接觸器K的動作線圈，使其分閘，同時，觸發(fā)器中的電壓相位觸發(fā)器XC給出反并的晶閘管對GT的觸發(fā)信號，使其導通，實現電流由交流接觸器K向反并的晶閘管對GT的轉移，經過10毫秒后，因觸發(fā)脈沖保持器MB的觸發(fā)脈沖保持時間到而將電壓相位觸發(fā)器XC關閉，從而使反并的晶閘管對GT的觸發(fā)信號消失，反并的晶閘管對GT的電流在過零時也就自然關斷，此時的交流接觸器K已分斷了，實現了本發(fā)明的分閘。分閘后，由于可變電抗器L的高激磁阻抗的引入，使負載中濾波裝置RLC中的電容器的儲能很快的向電網釋放，這樣避免了引入額外的放電回路。
本發(fā)明的合閘與分閘時的電流在反并的晶閘管對GT與交流接觸器K間互相轉移的波形詳見圖3、圖4。本發(fā)明在分閘時交流接觸器K的弧電壓與電流波形可參見圖5。作為對比，圖6展示了單獨使用交流接觸器K分斷電路時的弧電壓與電流波形，可見，此時燃弧長達4毫秒，而在本發(fā)明中，從交流接觸器K的電流波形上可以看出，其電流極迅速地衰減到零，弧電壓也只出現了瞬間。
本發(fā)明也可用于三相高壓交流系統(tǒng)，它僅是在固態(tài)開關的觸發(fā)信號上略有不同，但這對于本領域普通技術人員來說是顯而易見的變換均落在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種高壓交流復合投切開關，包括回路中的固態(tài)開關及其觸發(fā)器，其特征在于機械開關、壓敏電阻和降壓變壓器的初級相并聯連接后串接于高壓交流回路中，所說的降壓變壓器的次級與所說的固態(tài)開關相并聯連接，所說的觸發(fā)器與所說的固態(tài)開關的觸發(fā)極、機械開關的動作線圈電連接。
2.根據權利要求1所述的開關，其特征是機械開關為交流斷路器或交流接觸器K或負荷開關。
3.根據權利要求1所述的開關，其特征是固態(tài)開關為雙向晶閘管或反并的晶閘管對GT或反并的可關斷晶閘管對。
4.根據權利要求1所述的開關，其特征是降壓變壓器為可變電抗器L。
5.根據權利要求1所述的開關，其特征是壓敏電阻為氧化鋅壓敏電阻ZnO或碳化硅壓敏電阻。
6.根據權利要求1所述的開關，其特征是壓敏電阻的啟動電壓值為降壓變壓器的飽和電壓值的85-95％。
7.根據權利要求1所述的開關，其特征是觸發(fā)器為同步變壓器TB的初級跨接于高壓交流回路的兩端、次級與控制器KZ電連接，所說的控制器KZ由觸發(fā)脈沖保持器MB和電壓相位觸發(fā)器XC串接后與機械開關動作延時器KY相并聯連接構成，其合分閘信號輸入端與上位機或手動按鈕電連接，電壓相位觸發(fā)器XC的輸出端接固態(tài)開關的觸發(fā)極，機械開關動作延時器KY的輸出端接機械開關的動作線圈。
8.根據權利要求7所述的開關，其特征是觸發(fā)脈沖保持器MB的觸發(fā)脈沖保持時間為合閘時100-200毫秒、分閘時10毫秒，機械開關動作延時器KY的延時時間為合閘時60-100毫秒、分閘時0毫秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓交流復合投切開關。它的機械開關、壓敏電阻和降壓變壓器的初級相并聯連接后串接于高壓交流回路中，降壓變壓器的次級與固態(tài)開關相并聯連接，觸發(fā)器為同步變壓器TB的初級跨接于高壓交流回路的兩端、次級與控制器KZ電連接，其中的控制器KZ由觸發(fā)脈沖保持器MB和電壓相位觸發(fā)器XC串接后與機械開關動作延時器KY相并聯連接構成，其的合分閘信號輸入端與上位機或手動按鈕電連接，電壓相位觸發(fā)器XC的輸出端接固態(tài)開關的觸發(fā)極，機械開關動作延時器KY的輸出端接機械開關的動作線圈。它的機械開關的電應力得到充分的降低，且改善了負載的運行條件，獲得很高的性價比；可將其廣泛地用于各種大型高壓動態(tài)無功補償與濾波裝置的頻繁投切。
文檔編號H01H9/54GK1437205SQ0211264
公開日2003年8月20日 申請日期2002年2月4日 優(yōu)先權日2002年2月4日
發(fā)明者陶駿, 劉正之 申請人:中國科學院等離子體物理研究所