一種固態複合開關的電氣結構的製作方法
2023-11-06 14:52:47
專利名稱：一種固態複合開關的電氣結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於電力系統，控制裝置在無弧的情況下自動或者手動投 切接觸器的固態複合開關的電氣結構。
背景技術：
目前，電力電子設備所用的固態複合開關，主要是應用於低壓電力系統，採用晶閘 管與繼電器並聯，並採用模擬電路進行控制，例如中國專利申請=200720178283公開了一 種智能型複合開關，包括開關外殼、高壓進線端子、智能模擬控制電路、過零觸發和脈衝驅 動電路、與之並聯的可控矽與繼電器電路等。但是該裝置的電氣絕緣能力低，無功補償容量 小，無法應用於高壓系統。
實用新型內容為了使固態複合開關應用於高壓電力系統，並在最大程度上節省資源，本實用新 型採用緊湊型結構，在保證高低壓絕緣的情況下，系統只在A、C兩相接兩組晶閘管閥串與 接觸器並聯，並將固態複合開關的高壓設備和低壓控制系統安裝在一個機櫃內，晶閘管閥 串採用立式結構，減小了佔地面積，並增加了分合扳手和手動、自動以及退出等人機互動環 節，增加了複合開關的可操作性和可靠性。本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是一種固態複合開關電氣結構，所述三相電源系統的母線進線接入到串聯設置的電 抗器，串聯設置的電抗器出線接入到電容器，所述三相電源系統的A、C兩相連接的電容器 出線端與設置在機櫃中的兩組晶閘管閥串的首端相連接，所述晶閘管閥串與真空接觸器並 聯，所述晶閘管閥串尾端和所述三相電源系統的B相電容器出線端相短接，所述固態複合 開關控制系統分別對晶閘管閥串和接觸器進行控制。其中，所述機櫃中的部件包括穿牆套管，母線連接銅排，晶閘管閥串，絕緣子，晶 閘管觸發板閥高電位電子板TE，晶間管觸發板送能電源，高頻變流器，高壓電纜，高頻升壓 變壓器，真空接觸器，閥基電子裝置VBE，調節單元和人機接口部分，其具體連接方式為三 相高壓電源接電抗器，然後將電容器與電抗器串聯，之後三相電容器接穿牆套管，三根穿牆 套管進入固態複合開關櫃體，所述三相電源系統的A、C兩相用母線連接銅排接固態複合開 關櫃體內穿牆套管，然後用母線連接銅排連接晶閘管閥串的首端，晶閘管閥串和真空接觸 器並聯，所述三相電源系統的A、C兩相晶閘管閥串尾端和所述三相電源系統的B相母線連 接銅排短接；所述每串晶閘管閥串的構成為兩隻晶閘管正反並聯構成一組，多組串並聯 構成一串；所述三相電源系統的A、C兩相由兩串晶閘管閥串構成。每組晶閘管都帶有一隻 晶閘管閥高電位電子板TE。晶閘管閥高電位電子板TE連接共陰極的兩隻晶閘管的門極和 陰極；每串晶閘管閥串都由一隻晶閘管觸發板送能電源將直流220V電壓變頻為高頻脈衝， 送給高頻變流器輸入端；每隻TE板都有一隻送能磁環變壓器，由高壓電纜穿過，高壓電纜 兩端接高頻變流器的輸出端，高頻變流器將送能電源的電能進行降壓升流，送給每串晶閘管閥串的TE板提供電源；調節單元負責計算三相高壓電源的無功功率，並輸出投切指令， 閥基電子裝置VBE接收投切指令後觸發晶閘管，分合接觸器。人機接口部分與VBE相連，用 於顯示晶閘管閥串的工作狀態以及固態複合開關工作狀態。其中，晶閘管閥串採用立式串聯結構，每串晶閘管閥串首尾由3個首端過渡調整 圓鋁、1個尾端過渡調整圓鋁和兩串晶閘管閥串以及每兩隻串聯的晶閘管之間有一隻散熱 片組成內框架；在晶間管閥串的首端過渡調整圓鋁上側，壓簧導杆上套有碟簧；在碟簧的 上側依次安裝有導流銅排和法蘭；在晶間管閥串的尾端過渡調整圓鋁下側依次安裝有導流 銅排和法蘭，晶閘管閥串的首端和尾端法蘭之間用四根絕緣柱固定，在尾端法蘭下端固定 一個絕緣子，絕緣子與櫃底用槽鋼連接；將晶閘管閥串的首端法蘭與櫃體之間用絕緣子相 連，絕緣子底部用槽鋼固定在櫃體上，起到絕緣和固定的作用；晶閘管閥串之間用環氧板相 連，晶閘管閥串與各絕緣子以及絕緣柱固定在櫃體內。其中，所述人機接口部分包括分合扳手、工作狀態扳手、接觸器分合指示燈和空 氣開關。其中，所述調節單元包括一隻電源板BD，用於給調節單元板卡提供電源並接收 三相高壓電源電壓互感器和電流互感器的二次信號；一隻支路信號輸入板Ni，用於在需要 投切多個支路時，將各個支路狀態輸入到該支路信號輸入板；一隻DSP板N2，用於負責計算 三相電源系統無功；兩隻繼電器板N3和N4，負責輸出投切指令。其中，所述閥基電子裝置VBE包括一隻電源板POWER，用於給VBE提供電源；一隻 觸發邏輯板TLT，用於接收到投切指令後觸發晶閘管，並分合接觸器；兩隻觸發板TRIGl和 TRIG2，用於將觸發命令以光信號的形式傳給每隻高電位電子板TE;兩隻晶閘管狀態信息 接收板0PT01和0PT02，用於負責接收晶閘管的工作狀態信息，以光信號的形式上傳給閥基 電子裝置VBE。本實用新型的有益效果在於從整體結構的角度來看，本產品為緊湊型裝置，佔地 面積小，外部接線少，整體結構簡單，可直掛於高壓電力系統。
為了使本實用新型的內容被更清楚的理解，並便於具體實施方式
的描述，下面給 出與本實用新型相關的附圖說明如下圖1是本實用新型的固態複合開關的系統結構示意圖；圖2是本實用新型的固態複合開關機櫃的前視圖；圖3是本實用新型的櫃內設備電氣結構示意圖，其中圖3-1為固態複合開關拆去 前門前視圖，圖3-2為固態複合開關拆去前門側視圖；圖4是本實用新型的晶閘管閥串的電氣結構示意圖；圖5是本實用新型的調節單元的結構示意圖；圖6是本實用新型的閥基電子裝置的後端子的結構示意圖；其中，1.前櫃門、2.人機接口部分、3.調節單元、4.分合扳手、5.工作狀態扳手、 6.接觸器分合指示燈、7.空氣開關、8.穿牆套管、9.母線連接銅排、10.晶閘管觸發板送 能電源、11.高頻變流器、12.絕緣子、13.高壓電纜、14.高頻升壓變壓器、15.晶閘管觸發 板閥高電位電子板TE、16.晶閘管閥串、17.真空接觸器、18.環氧板、19.首端法蘭、20.碟簧、21.首端過渡調整圓鋁、22.散熱片、23.絕緣柱、24.尾端過渡調整圓鋁、25.尾端法蘭、 26.櫃底絕緣子、27.槽鋼。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的固態複合開關電氣結構作進一步詳細的說明。圖1是固態複合開關的一次系統電氣結構圖。圖中，A、B、C為系統三相母線，N為 電容器組濾波支路中性點。三相母線分別接電抗器，然後將電抗器與電容器串聯，A、C兩相 電容器尾端出線接晶閘管閥串的首端，晶閘管閥串與接觸器並聯，A、C兩相晶閘管閥串尾端 和B相電容器出線短接。此種接法主要針對於同步投切三相電容器組的投切方式，在接觸 器斷開且晶閘管不觸發的情況下，B相無法與其它相構成電流迴路，所以B相電容器相當於 沒有接入系統。由調節電源和閥基電子單元組成的固態複合開關控制系統I首先觸發晶閘 管，再分合接觸器，此時B相與導通後的其它兩相存在電流迴路，三相濾波支路電容器組接 入了系統。這樣既不耽誤三相電容器組的投切，又節省了一組晶閘管閥串，節省了投資。圖2本實用新型的固態複合開關機櫃的前視圖，其主要由三個部分組成，調節單 元3，閥基電子裝置VBE和人機接口部分2。根據圖中標示1.前櫃門；2.閥基電子控制單 元的人機接口部分，主要作用是控制晶閘管閥組和真空接觸器的投切以及晶閘管狀態的監 視；3.調節單元，計算系統的無功實時值，並在需要投切電容器組的時候給閥基電子單元 發出投切指令；4.分合扳手，當工作狀態扳手位於手動工作方式時，可以擰動分合扳手給 閥基電子單元發送分合指令；5.工作狀態扳手，分為三種工作方式，手動方式、自動方式和 退出控制方式；6.接觸器分合指示燈，指示接觸器的斷開和閉合；7.空氣開關，是將外部的 電源或者電壓信號接入固態複合開關。從左到右的順序為調節機箱直流電源空氣開關、 VBE機箱直流電源空氣開關、A相晶閘管觸發板送能電源、C相晶閘管觸發板送能電源、風機 及照明電源(風機是為了對機櫃內設備起到一定的降溫作用)、調節機箱交流電壓電源(接 入系統電壓互感器二次電壓，作為無功計算數據)、VBE機箱交流電壓電源(接入系統電壓 互感器二次電壓，作為觸發晶閘管同步電壓)；圖3是固態複合開關第一個實施例的縱剖面構造圖，其中圖3-1是固態複合開 關拆去前門的前視圖，圖3-2是固態複合開關拆去前門的側視圖。根據圖中標示8.穿 牆套管，直接接系統高壓母線，並起到和櫃體絕緣的作用；9.母線連接銅排；10.晶閘管觸 發板送能電源，把直流電變成高頻交流電；11.高頻變流器，把送能電源的高頻交流電降 壓升流；12.絕緣子，起到對立式晶閘管閥串的橫向支撐作用，並與固態複合開關櫃門絕 緣；13.高壓電纜，接在高頻變流器低壓側，為晶間管觸發板的高頻升壓變壓器提供能量。 14.高頻升壓變壓器，作為晶閘管觸發板電源。15.晶閘管閥高電位電子板TE，通過光纖與 VBE機箱的觸發信號輸出板和回報板相連，接收VBE機箱的觸發命令，並將閥和取能狀態反 饋給閥基電子單元；16.晶閘管；17.真空接觸器。具體連接方式為三相高壓電源接電抗 器，然後將電容器與電抗器串聯，之後A、C兩相電容器出線端接穿牆套管進入固態複合開 關櫃體，然後用母線連接銅排接晶閘管閥串首端，晶閘管閥串和真空接觸器並聯，A、C兩相 晶閘管閥串尾端和B相電容器出線短接。每串晶閘管閥串的構成為兩隻晶閘管正反並聯 構成一組，多組串並聯構成一串。A、C兩相由兩串晶閘管閥串構成。每組晶閘管都帶有一 只晶閘管閥高電位電子板。TE板連接共陰極的兩隻晶閘管的門極和陰極。每串晶閘管閥串 都由一隻晶間管觸發板送能電源將直流220V電壓變頻為高頻脈衝，送給高頻變流器輸入端。每隻TE板都有一隻送能磁環變壓器，由高壓電纜穿過，高壓電纜兩端接高頻變流器的 輸出端，高頻變流器將送能電源的電能進行降壓升流，送給每串晶閘管閥串的TE板提供電 源。調節單元負責計算三相高壓電源的無功功率，並輸出投切指令，閥基電子裝置接收投切 指令後觸發晶間管，分合接觸器。圖4是晶閘管閥串電氣結構圖。根據圖中標示18.環氧板；19.首端法蘭；20.碟 簧；21.首端過渡調整圓鋁；22.散熱片；23.絕緣柱；24.尾端過渡調整圓鋁；25.尾端法 蘭；26.櫃底絕緣子；27.槽鋼。晶閘管閥串採用立式串聯結構，每串晶閘管閥串首尾由3個 首端過渡調整圓鋁、1個尾端過渡調整圓鋁和兩串晶閘管閥串以及每兩隻串聯的晶閘管之 間有一隻散熱片組成內框架；在晶間管閥串的首端過渡調整圓鋁上側，壓簧導杆上套有碟 簧；在碟簧的上側依次安裝有導流銅排和法蘭；在晶間管閥串的尾端過渡調整圓鋁下側依 次安裝有導流銅排和法蘭，晶閘管閥串的首端和尾端法蘭之間用四根絕緣柱固定，在尾端 法蘭下端固定一個絕緣子，絕緣子與櫃底用槽鋼連接。將晶閘管閥串的首端法蘭與櫃體之 間用絕緣子相連，絕緣子底部用槽鋼固定在櫃體上，起到絕緣和固定的作用。晶閘管閥串之 間用環氧板相連，晶閘管閥串與各絕緣子以及絕緣柱固定在櫃體內。圖5是調節單元結構示意圖。共由5塊板卡構成，分別為N1，N2，N3，N4和BD板。 Nl為開關量輸入板，調節單元m板可以查看共6個支路的開關狀態。開入1到開入6接6 個支路開關的輔助節點，顯示6個支路的開關狀態。開入7到開入12為6個支路的保護閉 鎖信號，即一旦某支路保護動作，則該支路不能投入。由於投切支路時是按照支路1到支路 6的順序投入，切除時是按照切除支路6到支路1的順序切除，在投切被保護的支路時不投 切該支路，順延投切下一個支路。開入13和開入14為調節單元的工作方式，自動方式時為 自動投切各支路，手動方式時由外部命令控制N3板和N4板進行投切。N2為m板卡的擴展 卡，用於以後的擴展功能。N3和N4板為開出板卡，用來投切6個支路，兩板卡所有輸出節 點為常開節點。N3板中Jl到J6為投入支路到支路6的投入命令。J7和J8為切除支路1 和支路2的切除命令，J9為外部閉鎖命令節點，一旦該節點閉合，則說明有外部閉鎖，不投 切各支路。JlO為備用節點，Jll為裝置故障節點，一旦裝置出現故障，該節點閉合。J12為 電源消失節點，一旦電源掉電，則該節點閉合。N4板J12到J15為切除支路3到支路6的開 出節點。如果調節單元工作在自動方式下，N3板和N4板的投切開出節點為自動開出，如果 調節單元工作在手動方式下，則需外部信號閉合N3板和N4板開出節點，投切各支路。BD板 為調節單元DSP板，其中ΙΑ*、ΙΑ、Ic*和Ic接收外部電流互感器二次電流信號，UA、UB、UC 接收外部電壓互感器電壓信號，電壓信號和電流信號送給DSP計算無功，+KM和-KM為直流 220V輸入電源信號。圖6是依據本實用新型的閥基電子裝置的後端子的示意圖，其中POWER為電源板， UA+與UA-接A相電壓互感器低壓側電壓，UB+與UB-接B相電壓互感器低壓側電壓，UC+與 UC-接C相電壓互感器低壓側電壓。下面的DC+和DC-接220V直流電，FG接地。TLT板上 半部分是8個輸入，分別為mi IN8，COM為輸入的公共端，用來接收前級分合接觸器的指 令以及固態複合開關退出轉為由分合扳手直接控制接觸器的指令；下半部分是8個繼電器 節點開關輸出量，輸出分合接觸器的節點信號，以及接觸器分合狀態指令和固態複合開關 退出節點信號，如果晶閘管或者TE板有故障，則輸出固態複合開關故障節點信號。0PT01 和0PT02為光纖接收板，接收TE板回報的光信號，轉換成電信號後反饋給TLT板；TRIGl和TRIG2為觸發板，接收TLT發出的觸發信號，將TLT發出的觸發信號轉成光信號送給TE板用 以觸發晶閘管。 最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當 理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新 型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求一種固態複合開關的電氣結構，其特徵在於所述三相電源系統的母線進線接入到串聯設置的電抗器，串聯設置的電抗器出線接入到電容器，所述三相電源系統的A、C兩相連接的電容器出線端與設置在機櫃中的兩組晶閘管閥串(16)的首端相連接，所述晶閘管閥串與真空接觸器(17)並聯，所述晶閘管閥串尾端和所述三相電源系統的B相電容器出線端相短接，所述固態複合開關控制系統分別對晶閘管閥串和接觸器進行控制。
2.如權利要求1所述的固態複合開關的電氣結構，其特徵在於所述機櫃中的部件包 括穿牆套管(8)，母線連接銅排(9)，晶閘管閥串(16)，絕緣子(12)，晶閘管觸發板閥高電 位電子板TE(15)，晶閘管觸發板送能電源(10)，高頻變流器(11)，高壓電纜(13)，高頻升壓 變壓器(14)，真空接觸器(17)，閥基電子裝置VBE(2)，調節單元(3)和人機接口部分，其具 體連接方式為三相高壓電源接電抗器，然後將電容器與電抗器串聯，之後三相電容器接穿 牆套管，三根穿牆套管進入固態複合開關櫃體，所述三相電源系統的A、C兩相用母線連接 銅排接固態複合開關櫃體內穿牆套管(8)，然後用母線連接銅排連接晶閘管閥串(16)的首 端，晶閘管閥串(16)和真空接觸器(17)並聯，所述三相電源系統的A、C兩相晶閘管閥串尾 端和所述三相電源系統的B相母線連接銅排(9)短接；所述每串晶閘管閥串(16)的構成 為兩隻晶閘管正反並聯構成一組，多組串並聯構成一串；所述三相電源系統的A、C兩相由 兩串晶閘管閥串(16)構成。每組晶閘管都帶有一隻晶閘管閥高電位電子板TE。晶閘管閥 高電位電子板TE連接共陰極的兩隻晶閘管的門極和陰極；每串晶閘管閥串(16)都由一隻 晶閘管觸發板送能電源將直流220V電壓變頻為高頻脈衝，送給高頻變流器(11)輸入端；每 只TE板都有一隻送能磁環變壓器，由高壓電纜(13)穿過，高壓電纜(13)兩端接高頻變流 器(11)的輸出端，高頻變流器(11)將送能電源的電能進行降壓升流，送給每串晶閘管閥串 的TE板提供電源；調節單元(3)負責計算三相高壓電源的無功功率，並輸出投切指令，閥基 電子裝置VBE接收投切指令後觸發晶閘管，分合接觸器。人機接口部分(2)與VBE相連，用 於顯示晶閘管閥串的工作狀態以及固態複合開關工作狀態。
3.如權利要求2所述的固態複合開關的電氣結構，其特徵在於晶閘管閥串(15)採用 立式串聯結構，每串晶閘管閥串(15)首尾由3個首端過渡調整圓鋁、1個尾端過渡調整圓鋁 和兩串晶閘管閥串以及每兩隻串聯的晶閘管之間有一隻散熱片組成內框架；在晶閘管閥串 的首端過渡調整圓鋁上側，壓簧導杆上套有碟簧；在碟簧的上側依次安裝有導流銅排和法 蘭；在晶閘管閥串的尾端過渡調整圓鋁下側依次安裝有導流銅排和法蘭，晶閘管閥串的首 端和尾端法蘭之間用四根絕緣柱固定，在尾端法蘭下端固定一個絕緣子，絕緣子與櫃底用 槽鋼連接；將晶閘管閥串的首端法蘭與櫃體之間用絕緣子相連，絕緣子底部用槽鋼固定在 櫃體上，起到絕緣和固定的作用；晶閘管閥串之間用環氧板相連，晶閘管閥串與各絕緣子以 及絕緣柱固定在櫃體內。
4.如權利要求3所述的固態複合開關的電氣結構，其特徵在於所述人機接口部分包 括分合扳手(4)、工作狀態扳手(5)、接觸器分合指示燈(6)和空氣開關(7)。
5.如權利要求4所述的固態複合開關的電氣結構，其特徵在於所述調節單元(3)包 括一隻電源板BD，用於給調節單元板卡提供電源並接收三相高壓電源電壓互感器和電流 互感器的二次信號；一隻支路信號輸入板Ni，用於在需要投切多個支路時，將各個支路狀 態輸入到該支路信號輸入板；一隻DSP板N2，用於負責計算三相電源系統無功；兩隻繼電器 板N3和N4，負責輸出投切指令。
6.如權利要求5所述的固態複合開關的電氣結構，其特徵在於所述閥基電子裝置VBE 包括一隻電源板POWER，用於給VBE提供電源；一隻觸發邏輯板TLT，用於接收到投切指令 後觸發晶閘管，並分合接觸器；兩隻觸發板TRIGl和TRIG2，用於將觸發命令以光信號的形 式傳給每隻高電位電子板TE;兩隻晶閘管狀態信息接收板0PT01和0PT02，用於負責接收晶 閘管的工作狀態信息，以光信號的形式上傳給閥基電子裝置VBE。
專利摘要一種能夠自動投切的固態複合開關電氣結構。三相系統母線進線接串聯電抗器，從電抗器出線接電容器，A、C兩相電容器出線端接兩組晶閘管閥串，閥串與接觸器並聯，然後和B相電容器出線短接。由一個機櫃，將穿牆套管，母線連接銅排，晶閘管閥串，絕緣子，晶閘管閥高電位電子板(TE板)，TE板送能電源，高頻變流器，高壓電纜，送能磁環變壓器，真空接觸器，閥基電子裝置(VBE)，調節單元和人機接口部分整合在一起，可直掛於高壓電力系統，保證了高低壓系統絕緣，可根據系統無功的情況自動在過零點投切接觸器，也可在運行期間在櫃體上對固態複合開關進行操作。
文檔編號H02J3/18GK201690235SQ200920292568
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者劉宏, 李衛國, 李志友, 李鵬, 趙剛, 馬海超 申請人:中電普瑞科技有限公司;中國電力科學研究院