專利名稱：并聯型斷路器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高壓大容量斷路器裝置，特別涉及一種利用耦合電 感的大容量斷路器，能自動均流/限流，實現多個滅弧室的并聯運行。
背景技術：
隨著電力系統聯網的不斷加強，系統的短路容量越來越大，甚至超 過了高壓斷路器的額定開斷電流。另外，當大容量發電機出現端口短路 時，形成的短路電流也將超過目前的高壓斷路器的開斷容量。據計算，
三峽發電機組出現出線端短路時，短路電流可達300kA，而國內現有500kV 斷路器開斷電流最大只能達到63kA，國外的真空斷路器或六氟化硫斷路 器也只能達到80kA且價格昂貴，現有的開關裝置已不能滿足開斷故障電 流的要求。解決電力系統短路電流過大的問題可從兩方面著手 一方面 發展大容量斷路器，另一方面發展短路電流限制裝置。開發大容量的斷 路器滅弧室研究難度大，開發成本高、周期長，短期內難以解決現有系 統的短路電流開斷問題；國內外很多研究者把目光轉向短路電流限制裝 置，而各種限流裝置的發展一直處于理論研究階段，離應用還有很長距 離，目前系統中采用的限流措施只有串聯電抗器，不能完全解決現有系 統短路電流過大的問題，且帶來功耗以及過電壓等問題。
不同于上述解決辦法的一種新思路是使用斷路器的并聯，使得兩個 或多個滅弧室分擔短路電流。目前這方面的研究有通過串聯電阻、電感 實現真空斷路器的并聯運行以及大容量框架式自動開關觸頭并聯，見陳 軒恕等《真空斷路器并聯開斷過程的實驗研究》，高壓電器，1998， 05: 33-37。由于真空電弧具有上升的伏安特性曲線，因此易于實現并聯運行，然而真空斷路器適用于35kV以下的配電系統中，而高壓系統中普遍采用氣體斷路器。氣體斷路器中的電弧屬于高氣壓電弧，具有下降的伏安特 性。并聯運行開斷短路電流時，若兩個滅弧室動作不一致，或由于其它 擾動，造成一條滅弧室支路阻抗變大，而另一條支路阻抗相對較小。則 電流向阻抗小的支路轉移，電流越大電弧電阻越小，更促使電流向該支路轉移，最后可能全部電流都由一條支路承擔，而超過其開斷極限；另 一條支路電弧電流越來越小，也可能因為自能式滅弧室產氣量不夠造成 開斷失敗。可見高氣壓滅弧室不能直接并聯運行。 一種方案利用串聯電 感、電阻，實現多觸頭并聯開斷，見陳謙《大容量框架式自動開關觸頭 滅弧系統的設計問題》，低壓電器，1982， 06: 24-26。該方案利用增大 電感值保證各支路在觸頭分開時都能起弧以及在電流過零前電弧能穩定 燃燒，串聯電感起均流作用，實現斷路器多觸頭并聯運行。但要實現上 述均流作用，串聯電感不可能太小，系統正常運行時串聯電感會帶來很 大的功耗。
發明內容
本實用新型提供一種并聯型斷路器，其目的在于能夠自動均流、限 流，從而實現多個滅弧室的并聯運行。
本實用新型的一種并聯型斷路器，由2 4條支路并聯組成，每條支路包括串聯的電感線圈和開關滅弧室，其特征在于所述電感線圈繞在公共鐵心上構成耦合電感線圈，每條支路的電感線圈匝數相等，系統電流分別流入2 4條支路的電感線圈以及與其串聯的滅弧室，各條支路的 電感線圈與其它支路的電感線圈在鐵心的各磁路中產生的磁通兩兩相 反；所述每條支路的滅弧室都為大容量的氣體滅弧室，并聯的2 4個滅 弧室使用由同一套系統控制的并聯滅弧室裝置，或者使用分離的2 4臺 斷路器并聯。
所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由2條支路并聯組成， 每條支路的電感線圈繞在公共的"口"字形鐵心上，相當于變比為1的 變壓器的原副邊，系統電流由非同名端流入兩個電感線圈。
所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由3條支路并聯組成， 公共鐵心采用帶有3個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包括兩個串聯的電 感線圈，各電感線圈匝數相等，每條支路的兩個電感線圈分別繞于不同 的鐵心柱上，繞行方向相反；繞在同一鐵心柱上的兩個電感線圈中，支 路電流分別從電感兩線圈的非同名端流入。
所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由4條支路并聯組成， 公共鐵心采用帶有4個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包括兩個串聯的電 感線圈，每條支路的兩個電感線圈分別繞于不同的鐵心柱上，各支路電 感線圈匝數相等；同一支路中兩串聯電感線圈的繞行方向相反，且同一 鐵心柱上的兩電感線圈繞行方向相反，當各支路電流相等時，各鐵心柱 上的兩個電感線圈產生的合成磁通為零。
所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由4條支路并聯組成， 公共鐵心采用帶有4個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包括4個串聯的電 感線圈，每條支路的4個電感線圈分別繞于不同的鐵心柱上，各支路電 感線圈匝數相等；同一支路中4個串聯電感線圈的繞行方向兩兩相同， 且同一鐵心柱上的4電感線圈繞行方向兩兩相同，若各支路電流相等， 各鐵心柱上的四個個電感線圈產生的合成磁通為零。
所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由兩級串聯構成，第一由2條支路并聯組成，每條支路的電感線圈繞在公共的"口"字形鐵 心上，相當于變比為1的變壓器的原副邊，系統電流由非同名端流入兩
個電感線圈，分為兩條支路進入第二級；第二級每條支路由2條子支路 并聯組成，每條子支路的電感線圈繞在公共的"口"字形鐵心上，相當 于變比為1的變壓器的原副邊，支路電流由非同名端流入子支路兩個電 感線圈，實現四個滅弧室并聯。
下面具體介紹兩個滅弧室并聯方案結構及其原理。 兩個滅弧室并聯運行，共同承擔系統的正常運行電流和短路電流。 為了克服SF6斷路器下降的伏安特性對并聯運行造成的影響，采用了一種 具有變壓器結構的耦合電感。每條支路的電感線圈匝數相等，繞在公共 的鐵心上，相當于變比為1的變壓器的原副邊。系統電流分兩路，按非 同名端的方向分別流入兩條支路的電感線圈，再分別與支路的滅弧室串 聯，在鐵心中產生方向相反的磁通。正常運行時，耦合電感呈現變壓器 漏阻抗，其阻抗值很小，損耗可以忽略。
故障時，若流過兩個滅弧室的電流相等，兩支路電流在鐵心中產生 的磁通方向相反、大小相等，鐵心中的磁通為零；若兩支路電流大小不 等，鐵心中會產生交變的磁通，在兩條支路的電感線圈中感應出交變的 電動勢，由電磁感應定律可知，該電動勢使兩支路電流趨于相等。從而 該耦合電感可以保證系統短路故障時，兩支路的滅弧室均分系統電流， 兩支路的滅弧室的額定容量、短路容量等參數可以選定為系統參數的二 分之一。
當兩個滅弧室都導通時，兩條支路的電感線圈中都有相等電流通過， 這時耦合電感呈現很小的漏阻抗，不會給回路帶來額外阻抗。而由于動 作不一致或單臺滅弧室故障等原因造成只有一個滅弧室導通時，相當于 變壓器開路運行，變壓器呈現勵磁電抗，比漏電抗高2 3個數量級，能
有效限制通過單個滅弧室的電流。
本實用新型基于耦合電感結構，實現多個斷路器滅弧室并聯開斷， 提高整體開斷能力，本實用新型在正常工作情況下不會給回路帶來額外 的阻抗，不影響正常電流導通。在出現故障時，通過利用各支路耦合電 感之間的電磁反應，實現多支路的自動均流，從而實現多個斷路器滅弧 室的自動并聯，每個滅弧室容量只有系統容量的幾分之一。當其中部分 支路滅弧后，剩余電流會在耦合電感作用下進行限流，從而為后續開斷 的滅弧室提供了良好的開斷條件，提高了整體開斷能力。


圖1為本實用新型兩個滅弧室并聯的實施例結構示意圖2為本實用新型三個滅弧室并聯的實施例結構示意圖3為本實用新型實現四個滅弧室并聯的實施例1結構示意圖4為本實用新型實現四個滅弧室并聯的實施例2結構示意圖5為本實用新型實現四個滅弧室并聯的實施例3結構示意圖。
圖中標記回路電流l、左支路電流2、右支路電流3、左耦合電感 線圈4、右耦合電感線圈5、左滅弧室6、右滅弧室7。
具體實施方式
圖1中，采用"口"字形鐵心上繞兩個匝數相等的左耦合電感線圈4、 右耦合電感線圈5，為一個類似單相變壓器的結構；回路電流l從線圈的 非同名端流入，使得左支路電流2、右支路電流3在鐵心中產生的磁通方 向相反。
左滅弧室6、右滅弧室7可以采用兩個獨立的斷路器，也可以采用使 用相同控制機構的兩個滅弧室，從而有利于兩個滅弧室觸頭同步動作。 對高壓系統中，滅弧室使用S^作滅弧介質。具體應用中左滅弧室3、右滅弧室4可使用其它類型的開斷裝置。
圖2中公共鐵心采用如同三相心式變壓器磁路的鐵心，包括三個鐵
心柱；每條支路包括兩個串聯的電感線圈，各電感線圈匝數相等。每條 支路的兩個電感線圈分別繞于不同的鐵心柱上，繞行方向相反；繞在同 一鐵心柱上的兩個電感線圈中，支路電流分別從電感兩線圈的異名端流 入。
三個滅弧室并聯滅弧方案與兩個滅弧室并聯原理類似，三個滅弧室 并聯運行時，正常運行時各支路電流相等則耦合電感各個鐵心柱上的兩 個線圈中電流產生的磁通相互抵消，即每個鐵心柱中的合磁通為零，耦 合電感呈現很小的漏阻抗。
短路故障時，由耦合電感之間的電磁反應，實現各支路自動均流， 三個滅弧室并聯開斷短路電流。
當一條或兩條支路斷開后，耦合電感鐵心柱中合磁通不為零，剩余 支路電感呈現勵磁阻抗，其阻抗值很大，能有效限制剩余支路電流，能 成功開斷短路故障，并對斷路器起到保護作用。
圖3中公共鐵心采用帶有四個鐵心柱結構的鐵心磁路；每條支路包 括兩個串聯的電感線圈，每條支路的兩個電感線圈分別繞于不同的鐵心 柱上，各支路電感線圈匝數相等；同一支路中兩串聯電感線圈的繞行方 向相反，且同一鐵心柱上的兩電感線圈繞行方向相反。
圖4中公共鐵心采用帶有四個鐵心柱結構的鐵心磁路；每條支路包 括兩個串聯的電感線圈，每條支路的兩個電感線圈分別繞于不同的鐵心 柱上，各支路電感線圈匝數相等；同一支路中四個串聯電感線圈的繞行 方向兩兩相同，且同一鐵心柱上的兩電感線圈繞行方向兩兩相同。
上述四個滅弧室并聯運行與兩個、三個滅弧室并聯運行的原理類似， 不再贅述。
圖5中采用3個如圖1中的含有兩條支路的耦合電感。三個耦合電感構成兩級串聯結構，使回路電流分成四條支路。
第一級為如圖1中的含有"口"字形鐵心的兩支路耦合電感，把系 統電流分為兩條支路；第二級在上述每一條支路中采用如圖1中的并聯 型斷路器。每一級耦合電感的作用都與前述兩個滅弧室并聯時耦合電感 的作用完全相同，起到了自動均流\限流的作用，實現四個斷路器并聯運 行。
權利要求1.一種并聯型斷路器，由2～4條支路并聯組成，每條支路包括串聯的電感線圈和開關滅弧室，其特征在于所述電感線圈繞在公共鐵心上構成耦合電感線圈，每條支路的電感線圈匝數相等，系統電流分別流入2～4條支路的電感線圈以及與其串聯的滅弧室，各條支路的電感線圈與其它支路的電感線圈在鐵心的各磁路中產生的磁通兩兩相反；所述每條支路的滅弧室都為大容量的氣體滅弧室，并聯的2～4個滅弧室使用由同一套系統控制的并聯滅弧室裝置，或者使用分離的2～4臺斷路器并聯。
2. 如權利要求1所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由2條 支路并聯組成，每條支路的電感線圈繞在公共的"口"字形鐵心上，相 當于變比為1的變壓器的原副邊，系統電流由非同名端流入兩個電感線 圈。
3. 如權利要求1所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由3條 支路并聯組成，公共鐵心采用帶有3個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包 括兩個串聯的電感線圈，各電感線圈匝數相等，每條支路的兩個電感線 圈分別繞于不同的鐵心柱上，繞行方向相反；繞在同一鐵心柱上的兩個 電感線圈中，支路電流分別從電感兩線圈的非同名端流入。
4. 如權利要求1所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由4條 支路并聯組成，公共鐵心采用帶有4個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包 括兩個串聯的電感線圈，每條支路的兩個電感線圈分別繞于不同的鐵心 柱上，各支路電感線圈匝數相等；同一支路中兩串聯電感線圈的繞行方 向相反，且同一鐵心柱上的兩電感線圈繞行方向相反，當各支路電流相等時，各鐵心柱上的兩個電感線圈產生的合成磁通為零。
5. 如權利要求1所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由4條 支路并聯組成，公共鐵心采用帶有4個鐵心柱結構的鐵心；每條支路包 括4個串聯的電感線圈，每條支路的4個電感線圈分別繞于不同的鐵心 柱上，各支路電感線圈匝數相等；同一支路中4個串聯電感線圈的繞行 方向兩兩相同，且同一鐵心柱上的4電感線圈繞行方向兩兩相同，若各 支路電流相等，各鐵心柱上的四個個電感線圈產生的合成磁通為零。
6. 如權利要求1所述的一種并聯型斷路器，其特征在于其由兩級 串聯構成，第一級由2條支路并聯組成，每條支路的電感線圈繞在公共的"口"字形鐵心上，相當于變比為1的變壓器的原副邊，系統電流由非同名端流入兩個電感線圈，分為兩條支路進入第二級；第二級每條支 路由2條子支路并聯組成，每條子支路的電感線圈繞在公共的"口"字 形鐵心上，相當于變比為1的變壓器的原副邊，支路電流由非同名端流 入子支路兩個電感線圈，實現四個滅弧室并聯。
專利摘要并聯型斷路器，屬于高壓大容量斷路器裝置，其目的在于能夠自動均流、限流，實現多個滅弧室的并聯運行。本實用新型由2～4條支路并聯組成，每條支路包括串聯的電感線圈和開關滅弧室，所述電感線圈繞在公共鐵芯上構成耦合電感線圈，每條支路的電感線圈匝數相等，系統電流分別流入2～4條支路的電感線圈以及與其串聯的滅弧室，各條支路的電感線圈與其它支路的電感線圈在鐵芯的各磁路中產生的磁通兩兩相反；所述每條支路的滅弧室都為大容量的氣體滅弧室，并聯的2～4個滅弧室使用由同一套系統控制的并聯滅弧室裝置，或者使用分離的2～4臺斷路器并聯。本實用新型基于耦合電感結構，實現多個斷路器滅弧室并聯開斷，提高整體開斷能力。
文檔編號H01H73/00GK201075363SQ200720086448
公開日2008年6月18日 申請日期2007年8月14日 優先權日2007年8月14日
發明者何俊佳, 文勁宇, 垣 潘, 程時杰, 召 袁 申請人:華中科技大學