[发明专利]一种基于永磁机构的新型真空断口和CO2气体断口串联高压交直流断路器

说明书

技术领域

本发明属于电力高压大容量断路器领域，涉及一种基于永磁机构的真空断口和CO₂气体断口串联的高压交直流断路器，填补国内空白。

技术背景

目前，我国的交直流输电电压等级已分别达到了1000kV和±800kV，随着输电电压等级不断提升，对断路器的耐压水平与开断容量也提出了更高要求。高压断路器领域目前主要有两种断路器，一种是真空断路器，另一种是SF₆断路器。真空断路器采用真空作为触头间的灭弧和绝缘介质，真空断口具有优异的承受开断电流下降率（di/dt）和弧后电压上升率（RRRV）的能力，在配电领域已经取得了广泛的应用。但真空断口的耐压水平与断口间隙长度的非线性增长关系使真空长间隙绝缘难以实现，制约了单断口真空断路器向更高电压等级发展；多断口真空断路器虽然可实现高电压等级的开断，但其断口间的同步控制、动静态均压技术复杂，制造成本较高，这在很大程度上限制了多断口真空断路器的发展。

SF₆断路器采用SF₆气体作为灭弧介质，其在110kV及以上电压等级中占据主导地位，研究发现较大的开断电流下降率（di/dt）和弧后恢复电压上升率（RRRV）对SF₆断路器的开断能力有很大影响。同时SF₆气体以23900的全球变暖潜能值（GWP）被列为温室效应气体，且其废气一旦泄露对环境带来巨大影响。限制SF₆气体使用寻找SF₆的替代气体是当今断路器研究领域热点之一。

研究表明，CO₂气体的绝缘性能约为SF₆气体的40%，高于氮气15%；灭弧性能方面其电弧时间常数为15us，是SF₆气体电弧时间常数的十五倍，但却只有氮气的十五分之一，可以作为灭弧介质使用。在相同气压条件下开断同一短路电流，CO₂气体可获得比SF₆气体更高的峰值灭弧气压，但其压力衰减速度高于SF₆气体，在燃弧时间较长时CO₂气体很难保持合适的气体压力灭弧，这就需要额外的操作功或是更大的气腔，将增加CO₂气体断路器的制造难度和成本。若能利用真空断路器和气体断路器的优点，将两种断口串联，在电弧电流过零后首先由真空断口承担瞬态起始恢复电压，在CO₂气体介质绝缘强度恢复后再由CO₂气体断口承担主要的恢复电压，可以在最大限度上克服两种断路器的缺点，提升断路器整体开断能力。采用基于“碳捕捉”技术收集大气中的CO₂气体作为断路器的灭弧介质不仅可以避免SF₆气体的使用，还可减少大气中CO₂气体排放量。为保证两串联断口有良好的开断效果，需要CO₂气体断口和真空断口之间协同动作，要求操动机构具有较高的动作精度。国外现有的两断口串联断路器操动结构复杂，动作精度得不到保障，实用性较差且难以推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于永磁机构的新型真空断口与CO₂气体断口串联组成的高压交直流断路器；设计具有轨迹曲线比对功能的断路器控制系统实时比对并调节两个断口动触头的协同动作关系，使其按照开断策略动作以达到断路器最佳开断效果；通过并联接入LC转移支路和避雷器能量吸收支路还可实现直流电路开断。

本发明的技术方案是：

该断路器由真空断口与CO₂气体断口串联组成，CO₂气体断口部分由CO₂气体灭弧室端盖法兰、CO₂气体灭弧室静触头、CO₂气体灭弧室、动触头及拉杆、感应线圈、绝缘拉杆、直线电机、断路器控制系统、复合材料绝缘套管（上）、绝缘支柱组成。真空断口包括真空灭弧室端盖法兰、真空灭弧室静触头、真空灭弧室、动触头及导电拉杆、电源感应线圈、永磁操动机构、蓄电池及储能电容、真空断口操动机构控制单元、通信光纤、复合材料绝缘套管（右）。此外该断路器还包括连接室、断路器支座和控制箱。