專利名稱：一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控真空開關(guān)模塊操動電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，可應(yīng)用于高壓真空開關(guān)的操動電源模塊技術(shù)，也可應(yīng)用 于采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的其它電力設(shè)備，特別適合于光控真空開關(guān)模塊中作為操 動電源。
背景技術(shù)：
目前，真空開關(guān)正在向著高壓，小型的模塊化方向發(fā)展。而模塊化真空開關(guān)的研制又對 其分、合操動電源的高可靠性、小型化提出了要求。光控真空開關(guān)模塊操動機構(gòu)多采用永磁 機構(gòu)，操動電源采用開關(guān)電源對電解電容充電儲能后釋放給機構(gòu)線圈完成。其中工作區(qū)間寬 范圍和高可靠性的自具式開關(guān)電源的研制是光控真空開關(guān)模塊走上實用化的核心技術(shù)之一。 由于沒有絕緣拉桿，光控真空開關(guān)模塊的真空滅弧室和操動機構(gòu)及其電子控制系統(tǒng)之間沒有 進行絕緣，所以當光控真空開關(guān)模塊的真空滅弧室觸頭閉合時，它們處于同一高電位。而且 ，光控真空開關(guān)模塊的高、低壓側(cè)之間沒有任何電路的聯(lián)系，只有通過可將高壓進行隔離的 光纖來傳輸分合閘命令信號。因此如何向高壓側(cè)的操動機構(gòu)供能就成為關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控真空開關(guān)模塊操動電源，是一 種采用自高壓母線負載電流取電，可在電網(wǎng)高壓母線額定電流10% 120%區(qū)間穩(wěn)定工作的高 可靠性電源。該電源直接從電網(wǎng)高壓母線負載電流上取得能源為光控真空開關(guān)模塊提供操動 能量，解決了光控真空開關(guān)模塊瞬間釋放能量給分、合閘線圈，完成操動過程所需要的電源 問題。本操動電源的高可靠性、工作區(qū)間寬范圍和小體積使得光控真空開關(guān)模塊的研制及其 性能進一步提高成為可能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
該光控真空開關(guān)模塊操動電源主要由電能變換與控制單元和電源保護單元組成。 電能變換與控制單元包括電源取電C T、整流濾波電路、D(ADC電源模塊、蓄電池浮充
電路、蓄電池、蓄電池濾波電路、高頻變壓器、電壓取樣電路、隔離驅(qū)動電路、反饋控制電
路和輸出濾波電路。
電源保護單元包括系統(tǒng)輸入保護電路、電容充電輸入保護電路和系統(tǒng)輸出保護電路。光控真空開關(guān)模塊操動電源系統(tǒng)由C T從電力系統(tǒng)帶電母線上取得交流電后輸入整流濾 波電路，經(jīng)過系統(tǒng)輸入保護電路后由D(ADC電源模塊轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過蓄電池浮充電 路為蓄電池充電，其后蓄電池的電能經(jīng)輸入濾波電路在輸入保護電路的保護下送入電容充電 電路，變換后的電能經(jīng)輸出保護電路后分別送入分、合閘電容器進行充電。該光控真空開關(guān)模塊電源的功能實現(xiàn)是電源CT線圈將母線負載電流電能取出，進行整 流濾波后給DC-DC隔離電源穩(wěn)壓模塊，經(jīng)DC-DC隔離電源穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后的標準直流電壓通過 蓄電池的浮充電路為蓄電池充電，同時也送到逆變單元，經(jīng)逆變和整流后給永磁操動機構(gòu)的 操動能源-儲能電容器充電。電源一路輸出給450V/4700yF的電容實現(xiàn)合閘動作，充電電壓 為360V，另一路輸出給兩個450V/2200yF電容來實現(xiàn)分閘動作，充電電壓為270V。電源模塊 大部分工作時間只給一臺電容充電，即完成"分"或者"合"動作。為了滿足電源充電的快 速性和功率要求，使用兩個輸出電路分別給合閘、分閘電容充電。蓄電池采用了電力系統(tǒng)廣 泛使用的免維護鉛酸蓄電池，它具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負荷輸出特性好 、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。在電源保護方面，首先由CT起到了高壓與輸入低壓間的隔離；其次系 統(tǒng)保護電路保證了電力系統(tǒng)高壓母線事故狀態(tài)下本電源無損及高壓系統(tǒng)事故排除后本電源的 迅速投入工作，同時電力系統(tǒng)高壓母線事故狀態(tài)或斷電狀態(tài)下蓄電池仍可將電能通過電容充 電輸入保護電路將正常的直流電壓電能送往電容給其充電；最后系統(tǒng)輸出保護電路保證在負 載異常的情況下本電源的安全性。本電源在現(xiàn)有模擬電子、電磁理論的基礎(chǔ)上研制了采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光 控真空開關(guān)模塊操動機構(gòu)電源系統(tǒng)，應(yīng)用感應(yīng)線圈飽和理論與高壓系統(tǒng)運行特點相結(jié)合設(shè)計了CT線圈；根據(jù)開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)特點和系統(tǒng)需求確定了電源模塊拓撲結(jié)構(gòu)；最終完成了高頻變壓器、電容充電電源及其核心元件的計算并設(shè)計了相應(yīng)的保護電路。本發(fā)明電源具有安 全、體積小及成本低的特點，充分利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，迎合了真空開關(guān)走向高壓化、模 塊化的發(fā)展趨勢。由于電源采用CT從電網(wǎng)高壓母線負載電流取電，在開關(guān)內(nèi)部解決了操動能源并為開關(guān)控 制系統(tǒng)以及光電轉(zhuǎn)換等弱電部分提供能源；通過對電源CT的優(yōu)化設(shè)計，選擇"桶"狀中等磁 導(dǎo)率的材料制成CT鐵芯，可滿足系統(tǒng)對它在參數(shù)和散熱方面的要求，使本電源可在電網(wǎng)高壓 母線額定電流10% 120%區(qū)間進行寬范圍取電。在電網(wǎng)高壓母線正常運行時電源模塊采用CT自電網(wǎng)高壓母線負載電流取電且可同時向蓄停電狀態(tài)時由蓄電池保證獨立穩(wěn)定的向 電容充電。系統(tǒng)輸入保護電路中利用瞬態(tài)抑制二極管TVS的快速性組成輸入過壓判斷電路(TVS傳統(tǒng) 用法是做為泄流保護器件)并選用高耐壓小功率的MOSFET作為開斷器件，完全可以滿足系統(tǒng) 高可靠性的要求。本發(fā)明的有益效果是操動電源自電網(wǎng)高壓母線取能范圍寬，開關(guān)電源可同時向蓄電池和 電容器充電，在電力系統(tǒng)高壓母線故障狀態(tài)蓄電池仍可保證穩(wěn)定的向電容充電，從而保證了 光控真空開關(guān)模塊操動機構(gòu)動作的可靠性。該技術(shù)涉及的電源結(jié)構(gòu)簡單、工業(yè)實現(xiàn)方便，運 行可靠、壽命長，并且不受外界環(huán)境干擾。


圖l是光控真空開關(guān)模塊操動電源的電路框圖。圖中1為CT線圈，2為整流濾波電路，3為系統(tǒng)輸入保護電路，4為D(ADC電源模塊，5為 蓄電池浮充電路，6為蓄電池，7為輸入濾波電路，8為輸入保護電路，9為信號控制電路，10 、13為電容充電電路，11、 14為輸出保護電路，12和15分別為分、合閘電容器。圖2是光控真空開關(guān)模塊操動電源輸入保護電路的電路框圖。圖中16為濾波元件，17為過壓檢測元件，18為電壓取樣元件，19為電路開關(guān)元件，20 為電路過壓保護信號元件，21為單向?qū)ㄔ?。圖3是操動電源在光控真空開關(guān)模塊系統(tǒng)中的電路框圖。圖中22為電網(wǎng)高壓開關(guān)觸頭，23為蓄電池充電單元，24為電容充電單元，25為操作機 構(gòu)控制系統(tǒng)，26為信號驅(qū)動電路。
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。 實施例l:操動電源結(jié)構(gòu)模塊框l中電源系統(tǒng)主要由C T l從系統(tǒng)母線取電后輸入整流濾波電路2經(jīng)過系統(tǒng)輸入保護電 路3后經(jīng)由D(ADC電源模塊4轉(zhuǎn)換后通過蓄電池浮充電路5為蓄電池6充電；其后蓄電池6的電能 經(jīng)輸入濾波電路7在輸入保護電路8的保護下分別送入電容充電電路10和13，變換后的電能經(jīng) 輸出保護電路11和14后分別送入分、合閘電容器12和15進行充電。實施例2:該操動電源的輸入保護電路框圖。波元件16，此時若輸入電壓為正常狀態(tài)則 電能直接經(jīng)電路開關(guān)元件19后通過單向?qū)ㄔ?1提供給后續(xù)電路；若此時輸入電壓超過工 作電壓則過壓檢測元件17動作，電壓取樣元件18取得信號送至電路過壓保護信號元件20，電 路過壓保護信號元件20關(guān)斷電路開關(guān)元件19。從而保證了后續(xù)電路的安全。當電路輸入電壓 恢復(fù)正常時電壓取樣元件18信號恢復(fù)并經(jīng)電路過壓保護信號元件20使電路開關(guān)元件19導(dǎo)通經(jīng) 單向?qū)ㄔ?1恢復(fù)供電。實施例3:操動電源在光控真空開關(guān)模塊中應(yīng)用框3中感應(yīng)線圈1直接從電網(wǎng)高壓開關(guān)觸頭22的負載電流中取出能量經(jīng)整流濾波電路2和 蓄電池充電單元23為蓄電池6充電，蓄電池6—方面直接提供12V電壓給電容器充電單元24， 同時蓄電池6也為操動機構(gòu)控制系統(tǒng)25提供合-分閘信號以及光電轉(zhuǎn)換等信號驅(qū)動電路26提供 能源。蓄電池6另一重要的作用是保證電網(wǎng)停電時為永磁操動機構(gòu)供能電容器充電，形成安 全可靠的不間斷電源系統(tǒng)。當電力系統(tǒng)發(fā)生異常時，低壓部分接受分閘或者合閘命令信號， 并將它們轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳輸?shù)礁邏翰糠?，再還原為電信號;此電信號被用來控制 相應(yīng)的電力電子器件接通，使儲能電容器組為永磁操動機構(gòu)勵磁，完成機構(gòu)的分閘或合閘動 作。
權(quán)利要求
1.一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控真空開關(guān)模塊操動電源包括CT線圈(1)、整流濾波電路(2)、系統(tǒng)輸入保護電路(3)、DC\DC電源模塊(4)、蓄電池浮充電路(5)、蓄電池(6)、輸入濾波電路(7)、輸入保護電路(8)、信號控制電路(9)、電容充電電路(10)、系統(tǒng)輸出保護電路(11)、分閘電容器(12)和合閘電容器(15)，其特征是電源系統(tǒng)由CT線圈(1)從電力系統(tǒng)帶電母線上取得交流電后輸入整流濾波電路(2)，經(jīng)過系統(tǒng)輸入保護電路(3)后由DC\DC電源模塊(4)轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過蓄電池浮充電路(5)為蓄電池(6)充電，其后蓄電池(6)的電能經(jīng)輸入濾波電路(7)在輸入保護電路(8)的保護下分別送入電容充電電路(10)和(13)，變換后的電能經(jīng)輸出保護電路(11)和(14)后分別送入分閘電容器(12)和合閘電容器(15)進行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控 真空開關(guān)模塊操動電源，其特征還在于選擇"桶"狀中等磁導(dǎo)率的材料制成CT鐵芯，使電 源模塊通過CT線圈(1 )在電網(wǎng)高壓母線額定電流10% 120%之間進行寬范圍取電。
3.根據(jù)權(quán)力要求l所述的一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控 真空開關(guān)模塊操動電源，其特征還在于在電網(wǎng)高壓母線正常運行時電源模塊采用CT線圈( 1)自電網(wǎng)高壓母線負載電流取電并同時向蓄電池(6)和分閘電容器(12)和合閘電容器( 15)充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控 真空開關(guān)模塊操動電源，其特征還在于系統(tǒng)輸入保護電路(3)中利用瞬態(tài)抑制二極管 TVS的快速性組成輸入過壓判斷電路并選用高耐壓小功率的MOSFET作為開斷器件。
全文摘要
一種采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控真空開關(guān)模塊操動電源，屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域。在現(xiàn)有模擬電子、電磁理論的基礎(chǔ)上研制了采用電網(wǎng)高壓母線負載電流供能的光控真空開關(guān)模塊操動電源，應(yīng)用感應(yīng)線圈飽和理論與高壓系統(tǒng)運行特點結(jié)合設(shè)計了感應(yīng)線圈CT，使其可在10％～120％高壓母線額定負載電流之間進行寬范圍取電；根據(jù)開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)特點和系統(tǒng)需求確定了系統(tǒng)電源拓撲結(jié)構(gòu)，保證開關(guān)電源可同時向蓄電池和電容器充電；完成了高頻變壓器、電容充電電源及其核心元件的計算并設(shè)計了相應(yīng)的保護電路。該電源具有安全、體積小及成本低的特點，充分利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，迎合了真空開關(guān)走向高壓化、模塊化的發(fā)展趨勢。
文檔編號H02J7/02GK101662166SQ200910307490
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者叢吉遠, 廖敏夫, 段雄英, 王永興, 顯 程, 董恩源, 鄒積巖 申請人:大連理工大學(xué)