CN112002602B - 一种高速开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速开关，具体包括：动触头组件和静触头组件；操动机构；弹簧保持结构，安装在动触头组件的背向静触头组件的一侧，用于将动触头保持在合闸极限位置处；静触头组件，包括静触头、弹性缓冲结构，以及挡止限位静触头的限位结构；弹性缓冲结构提供给静触头的弹性作用力大于弹簧保持结构提供给动触头的弹性作用力，而在合闸过程中动触头在操动机构的带动下首先克服弹性缓冲结构的作用力顶退静触头，在操动机构的驱动力撤去后，弹性缓冲结构顶推静触头并反向推动动触头回退，直至静触头被限位结构所挡，动、静触头弹性抵紧。本发明的高速开关分合闸响应速度快，在柔性直流输电和直流电网中的适用性更好。

Description

一种高速开关

技术领域

本发明涉及高压柔性直流输电开关设备技术领域，尤其涉及一种高速开关断口结构及高速开关。

背景技术

随着清洁能源的开发和大规模并网应用，柔性直流输电和直流电网技术得到快速的发展。为了适应柔性直流输电和直流电网的应用需要，毫秒级开断直流故障电流用断路器成为输电网络的必须设备，因此，具有极短开断时间的高速机械开关设备成为大部分电力设备厂家研究的主要方面。

在对高速机械开关的研究中，主要有两个方面。其一为对于操动机构的研究，即通过提高操动机构的响应速度和负载来提高高速机械开关的开断性能，如授权公告号为CN104362050B的中国发明专利所公开的斥力操动机构，不仅实现了操动机构具有较高的相应速度，而且实现很好的缓冲制动作用。其二为对开关断口的研究，例如断口结构的动、静触头通过端面接触实现导通的方式相比通过相互插合实现导通具有开断行程较短的优点而得到普遍应用。

然而针对以上两个不同方向的研究过程中也有遇到相应的问题，例如端面接触的断口结构面临触头受冲击较大的问题，尤其是在动触头快速合闸过程中，往往会对静触头造成剧烈的冲击，不仅容易造成触头的弹跳，引起拉弧，严重时还使得动静触头受损严重，使用寿命大大降低。

针对这样的问题，现有技术中也有相应的方式对其进行了改进，例如申请公布号为CN102184795A的中国发明专利公开的一种保护大功率电力电子变流器的快速真空开关，其动触头通过永磁操动机构带动进行分合闸动作，静触头滑动茶庄在触指座内且被触指座内的弹簧顶压。其在合闸时，操动机构带动动触头朝向静触头动作并将静触头向触指座内顶压一定距离，达到合闸位置，此时弹簧受压储能；在分闸时，操动机构带动动触头离开静触头，此时弹簧退动静触头随动触头一同动作并释放能量，提供给动触头一定的初始作用力，使其具有一定的初速度。

但是，这种真空开关通过在静触头背侧设置弹簧起到了在动触头合闸冲击静触头时的缓冲作用，但是其使得动触头推动静触头移动了一定距离，在分闸时静触头在弹簧的作用力下同样需要随动触头移动一定距离，这样虽然能够通过弹簧释放能量提升动触头的分闸初始速度，但是在分闸时动静触头分离的响应时间实际上有增长，反而并不能够在需要动静触头分离时尽快分离，影响开关的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速开关，用于解决现有的高速开关分闸响应速度慢的问题。

本发明的高速开关包括：

断口结构，包括动触头组件和静触头组件；

操动机构，其输出端与动触头组件所含的动触头传动连接，并带动动触头分合闸动作；

弹簧保持结构，安装在动触头组件的背向静触头组件的一侧，用于将动触头保持在合闸极限位置处；

静触头组件，包括静触头、设置在静触头的背向动触头一侧的弹性缓冲结构，以及用于在朝向动触头组件的一侧挡止限位静触头的限位结构；

弹性缓冲结构提供给静触头的弹性作用力大于弹簧保持结构提供给动触头的弹性作用力，而在合闸过程中动触头在操动机构的带动下首先克服弹性缓冲结构的作用力顶退静触头，在操动机构的驱动力撤去后，弹性缓冲结构顶推静触头并反向推动动触头回退，直至静触头被限位结构所挡，动、静触头弹性抵紧。

本发明的高速开关在使用时，合闸过程中，操动机构带动动触头朝向静触头高速动作，在动静触头接触时，静触头受动触头冲击，弹性缓冲结构起到缓冲作用而被压缩，此时静触头随动触头移动而被顶退，由于弹性缓冲结构的弹性支撑，静触头不会因动触头的瞬间冲击而与动触头发生弹跳现象，接触较为可靠；在完成合闸后，操动机构的对于动触头的驱动力撤去，此时，由于弹性缓冲结构的弹性作用力大于弹簧保持结构的弹性作用力，静触头会反向顶推动触头移动，直到被限位结构所挡，此时，在弹性缓冲结构和弹簧保持结构的双重作用下，动静触头弹性抵紧，保证导通可靠；在分闸时，动触头在操动机构的带动下可直接脱离静触头，实现快速分闸。本发明的高速开关能够以较高的速度合闸，且不会发生弹跳现象，在合闸状态动静触头可靠抵接，在分闸时动静触头可直接脱离，实现快速分闸，分合闸响应速度快。

进一步的，静触头组件包括静触座，静触头与静触座导向滑动装配，且两者之间相互导通，所述限位结构设置在静触座上。将限位结构集成在静触座上，结构简单，设置起来比较方便，而且不会过多占用空间。

进一步的，所述静触头上设有挡止结构，静触座上设有与挡止结构挡止配合的环形台阶面，所述环形台阶面构成所述限位结构。以环形台阶面作为限位结构，加工制造较为方便，而且对静触头上的挡止结构限位可靠，更好的保证了静触头的位置，保证了断口结构的开距。

进一步的，静触座上设有阶梯型贯通孔，静触头导向滑动装配在阶梯型贯通孔的小径段内，静触头上在处于阶梯型贯通孔大径段内的部分上设置有所述挡止结构，阶梯型贯通孔的台阶面构成所述环形台阶面，弹性缓冲结构布置在阶梯型贯通孔的大径段内。这种结构设计一方面简单地实现了限位结构，另一方面，将弹性缓冲结构布置在阶梯型贯通孔内，结构更加紧凑，集成度更高。

进一步的，所述挡止结构为旋装在静触头端部的定位螺母。通过定位螺母作为挡止结构，一方面实现了静触头与静触座的安装需要，另一方面，通过调整定位螺母的旋进位置能够调节静触头与静触座的相对位置，便于调整动、静触头之间的开距。

进一步的，静触头组件还包括固定在静触座上的顶堵件，顶堵件包括固定板体以及垂直连接在固定板体上的顶杆，固定板体固定连接在静触座上，顶杆伸入阶梯型贯通孔的大径段中，所述弹性缓冲结构为夹装在顶杆和静触头之间的压簧。通过顶堵件将压簧压紧在静触座内，减小了静触头组件整体占用的空间，使静触头组件更加紧凑，同时更好的限制压簧，使其弹性作用更加稳定。

进一步的，所述顶杆和静触头的其中一个上设有供压簧部分装入的稳定孔。通过稳定孔对压簧的限制，保证其沿轴向提供弹性支撑，避免偏斜或歪扭。

进一步的，所述操动机构为斥力机构，斥力机构包括相对布置的分合闸线圈以及处于分合闸线圈之间的斥力盘，斥力机构还包括绝缘拉杆，绝缘拉杆穿过分合闸线圈并与动触头连接，斥力盘与绝缘拉杆固定连接。采用斥力操动机构进一步保证了高速开关的分合闸响应速度。

进一步的，所述弹簧保持结构包括布置在绝缘拉杆轴向旁侧的两个以上弹性顶推组件，弹性顶推组件的弹性顶压方向为水平方向，弹性顶推组件的弹性顶压端与绝缘拉杆通过连杆连接。这种弹簧保持结构在绝缘拉杆的分合闸移动行程中，行程的中间位置为弹性作用力最大的位置，这样在绝缘拉杆经过中间位置之后，能够分别在分闸位置和合闸位置对动触头进行保持，而且，在合闸位置处，由于动触头被静触头顶推而有一定距离的回退，这样就使得动触头从合闸位置到弹性作用力最大的中间位置的距离缩短，在操动机构带动动触头分闸动作时，能够更快的越过弹性作用力较大的中间位置而到达分闸位置，进一步提高了分闸速度。

附图说明

图1为本发明的高速开关的实施例一在合闸状态的结构示意图；

图2为本发明的高速开关的实施例一在分闸状态的结构示意图；

图中：1-操动单元；10-斥力机构；20-绝缘套筒；21-动触头；22-静触头；220-静触座；221-定位螺母；3-压簧；4-顶堵件；5-弹簧保持结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的高速开关的具体实施例一：

本发明的高速开关如图1-2所示，包括操动单元1和断口结构。为了便于说明，以下仅以图中所示方向进行说明，并不限制高速开关各部件在使用时的实际方向。其中，断口结构包括绝缘套筒20，绝缘套筒20的上下两端分别密封安装有接线座。绝缘套筒20内相对安装有动触头组件和静触头组件，动触头组件包括固定安装在下接线座上的动触座以及导向滑动安装在动触座内的动触头21，动触头21通过与动触座导电接触实现与下接线座的导通。静触头组件包括与上接线座一体成型的静触座220以及导向滑动安装在静触座内的静触头22，静触头22通过与静触座220的导电接触实现与上接线座的导通。

静触座220具有中空柱状结构，中空柱状结构的内孔为阶梯型贯通孔，静触头220与阶梯型贯通孔的小径段导向滑动配合。阶梯型贯通孔的大径段内安装有弹性缓冲结构。弹性缓冲结构主要用于对静触头提供向下的弹性力，以在动触头进行合闸动作而对静触头造成冲击时起到弹性缓冲作用。

具体的，静触座上固定安装有顶堵件4，顶堵件4包括固定板体以及一体成型于固定板体一侧面的顶杆，固定板体固定连接在静触座上，顶杆伸入阶梯型贯通孔的大径段中，弹性缓冲结构为夹装在顶杆和静触头22之间的压簧3。更好的，本实施例中，顶杆的朝向静触头22的端部设有盲孔，形成稳定孔，用于供压簧3的大部分装入，压簧3露出稳定孔的一端与静触头22相抵。稳定孔能够保证压簧3整体处于直线状态，在顶压静触头时，提供给静触头22轴向延伸的弹性作用力，从图示结构也可以看出，这个方向的作用力正与动触头在合闸时对静触头的冲击力正对。

当然，静触头22在自然状态下应当保持确定的位置，这就需要设置限位结构来限制压簧3对静触头22的弹性顶压。如图所示，静触头22的处于阶梯型贯通孔的大径段中的一端，即与压簧3相抵压的一端还设置有挡止结构，该挡止结构恰好与阶梯型贯通孔的台阶面相配合，在压簧3的作用下，挡止结构与阶梯型贯通孔的台阶面贴紧来确定静触头的位置。

从图中可以看出，本实施例中，静触头22的用于与动触头21相抵接触的一端一体成型有盘形结构，动触头21的用于与静触头22相抵接触的一端同样一体成型有盘形结构，这是为了实现更大的接触面积，增大同流能力和导电接触的可靠性。那么为了更方便的实现静触头向静触座中的安装，本实施例采用在静触头的背向动触头的端部螺纹旋装的定位螺母221作为挡止结构，这样就可使静触头从静触座的小径段中装入后，再旋装定位螺母。而且，通过调整定位螺母221在静触头22上的位置，能够调整静触头22伸出阶梯型贯通孔小径段的长度，即能够调整静触头相对静触座的位置，从而实现动静触头之间的开距调整，更便于高速开关的调试装配。

如上所描述的静触头组件的整体结构设计，将弹性缓冲结构集成装配在静触座之内，使得整个静触头组件的结构更加紧凑，缩减了其占用的空间。

再者，操动单元1包括斥力机构10以及弹簧保持结构5。斥力机构10包括相对布置的分合闸线圈以及处于分合闸线圈之间的斥力盘，斥力机构还包括绝缘拉杆，斥力盘与绝缘拉杆固定连接，绝缘拉杆分别穿过分合闸线圈，且在伸入动触座内孔的一端与动触头连接，另一端与弹簧保持结构5连接。弹簧保持结构5包括布置在绝缘拉杆轴向旁侧的两个弹性顶推组件，两个弹性顶推组件对称布置，弹性顶推组件的弹性顶压方向为水平方向，弹性顶推组件的弹性顶压端与绝缘拉杆的端部通过连杆连接。当然，本发明并不具体限制弹性顶推组件的数量，在其他实施方式中，需要需要更大的弹性保持力，可以设置三个或四个弹性顶推组件，此时，优选的多个弹性顶推组件围绕绝缘拉杆的轴线均布。

在动触头处于合闸位置处时，绝缘拉杆端部处于两个弹性顶推组件的上侧位置，在动触头处于分闸位置处时，绝缘拉杆的端部处于两个弹性顶推组件的下侧位置，而在动触头分合闸行程的中间位置时，绝缘拉杆的端部大致处于与两个弹性顶推组件共面的位置，而在该位置处，弹性顶推组件的弹性作用力最大，也就是说，绝缘拉杆在带动动触头从分闸向合闸运动或从合闸向分闸运动时，弹性顶推组件最初都是起到阻碍作用，只有绝缘拉杆的端部越过两个弹性顶推组件之间的位置后才起到促进作用。这样也就能够通过弹性顶推组件将动触头保持在分闸位置或合闸位置。

具体的，操动单元完全可采用本文背景技术中所引证的授权公告号为CN104362050B的中国发明专利中所公开的斥力操动机构的结构，其具体结构和工作原理不再详细阐述。

本发明的高速开关分别在动触头的背向静触头的一侧配置弹簧保持结构，在静触头的背向动触头的一侧配置弹性缓冲结构，这样在高速开关工作时，如合闸过程中，操动机构通过绝缘拉杆带动动触头朝向静触头高速动作，操动机构的驱动力完全克服弹簧保持结构的保持力并带动动触头向上运动，在动、静触头接触时，静触头受动触头冲击，弹性缓冲结构起到缓冲作用而被压缩，此时静触头随动触头移动而被向上顶退，由于弹性缓冲结构的弹性支撑，静触头不会因动触头的瞬间冲击而与动触头发生弹跳现象，接触较为可靠；在保持合闸的稳定状态时，在弹性缓冲结构和弹簧保持结构的双重作用下，动静触头弹性抵紧，保证导通可靠。

此外，也是更为关键的，弹性缓冲结构提供给静触头的弹性作用力大于弹簧保持结构提供给动触头的弹性作用力。这样在动触头合闸动作结束后、操动机构撤去对于动触头的驱动力时，由于弹性缓冲结构的弹性作用力大于弹簧保持结构的弹性作用力，静触头会反向顶推动触头向下移动，直到被限位结构所挡而不能继续下移，达到合闸稳定状态。那么在启动分闸时，操动机构的驱动力通过绝缘拉杆作用于动触头即可直接带动动触头脱离静触头。而且，通过上述分析说明可知，在合闸稳定状态时，动触头实际上相对向上的最远距离已经有所回退，也就是说，其返回分闸位的距离减少有一定距离，那么其在操动机构的驱动作用下返回分闸位的时间将更短，因此，相比本文背景技术中所印证的申请公布号为CN102184795A的中国发明专利所公开的真空开关来讲，提高了分闸的响应速度。

通过上述的说明可知，本发明的高速开关能够以较高的速度合闸，且不会发生弹跳现象，在合闸状态动静触头可靠抵接，在分闸时动静触头可直接脱离，实现快速分闸，分合闸响应速度快，在柔性直流输电和直流电网中的适用性更好。

当然，本发明的高速开关并不仅限于上述实施例。以下还列举了其他几种基于本发明的设计构思的高速开关的实施方式。

例如在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，操动机构可以采用弹簧操动机构或液压操动机构，这些均为现有较为成熟的高压开关操动机构，可以较为简单地替换使用。在替换使用时，根据实际需要可以适当调整操动机构与弹簧保持结构的相对位置，这些关于位置的调整和结构上的适应性变化均是所属领域技术人员能够进行的常规设计，此处不再详细描述。

例如弹簧保持结构可以为仅用于保持动触头处于合闸位置的保持结构，比如在绝缘拉杆的背向动触头的一端安装气弹簧，在合闸动作过程中以及合闸稳定状态下，气弹簧中充有高压气体，应对动触头提供弹性支撑，在分闸过程中以及分闸稳定状态下，气弹簧中泄压，避免对分闸动作产生阻碍。当然，气弹簧的充放气控制***与操动机构的控制***连接以相互响应。

再例如在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，静触头的用于与动触头相抵接的端部盘形结构为可拆结构，这样，可以先将静触头装入静触座的导向滑动安装孔中后，在安装盘形结构，此时，定位螺母即可由于静触头一体成型的挡止结构代替。

或者，在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，静触座中空柱状结构的内孔为直径一致的通孔结构，静触头导向滑动安装于通孔内，用于限制静触头位置的挡止结构安装于上接线座上，为L形限位板结构，L形限位板的上端与上接线座连接，下端钩部与静触头的伸出静触座的一段上的径向凸块钩挂挡止。

再或者，在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，静触座为柱状结构，且上端与上接线座一体成型，静触头导向滑动套装在柱状静触座上，静触头的环形端面与上接线座之间夹装波纹管，波纹管作为弹性缓冲结构对静触头提供弹性力，用于限制静触头位置的挡止结构安装于上接线座上，为L形限位板结构，L形限位板的上端与上接线座连接，下端钩部与静触头上的径向凸块钩挂挡止。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速开关，包括：

断口结构，包括动触头组件和静触头组件；

操动机构，其输出端与动触头组件所含的动触头传动连接，并带动动触头分合闸动作；

其特征是：

高速开关还包括：

弹簧保持结构，安装在动触头组件的背向静触头组件的一侧，用于将动触头保持在合闸极限位置处；

静触头组件，包括静触头、设置在静触头的背向动触头一侧的弹性缓冲结构，以及用于在朝向动触头组件的一侧挡止限位静触头的限位结构；

弹性缓冲结构提供给静触头的弹性作用力大于弹簧保持结构提供给动触头的弹性作用力，而在合闸过程中动触头在操动机构的带动下首先克服弹性缓冲结构的作用力顶退静触头，在操动机构的驱动力撤去后，弹性缓冲结构顶推静触头并反向推动动触头回退，直至静触头被限位结构所挡，动、静触头弹性抵紧。

2.根据权利要求1所述的高速开关，其特征是，静触头组件包括静触座，静触头与静触座导向滑动装配，且两者之间相互导通，所述限位结构设置在静触座上。

3.根据权利要求2所述的高速开关，其特征是，所述静触头上设有挡止结构，静触座上设有与挡止结构挡止配合的环形台阶面，所述环形台阶面构成所述限位结构。

4.根据权利要求3所述的高速开关，其特征是，静触座上设有阶梯型贯通孔，静触头导向滑动装配在阶梯型贯通孔的小径段内，静触头上在处于阶梯型贯通孔大径段内的部分上设置有所述挡止结构，阶梯型贯通孔的台阶面构成所述环形台阶面，弹性缓冲结构布置在阶梯型贯通孔的大径段内。

5.根据权利要求4所述的高速开关，其特征是，所述挡止结构为旋装在静触头端部的定位螺母。

6.根据权利要求4所述的高速开关，其特征是，静触头组件还包括固定在静触座上的顶堵件，顶堵件包括固定板体以及垂直连接在固定板体上的顶杆，固定板体固定连接在静触座上，顶杆伸入阶梯型贯通孔的大径段中，所述弹性缓冲结构为夹装在顶杆和静触头之间的压簧。

7.根据权利要求6所述的高速开关，其特征是，所述顶杆和静触头的其中一个上设有供压簧部分装入的稳定孔。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高速开关，其特征是，所述操动机构为斥力机构，斥力机构包括相对布置的分合闸线圈以及处于分合闸线圈之间的斥力盘，斥力机构还包括绝缘拉杆，绝缘拉杆穿过分合闸线圈并与动触头连接，斥力盘与绝缘拉杆固定连接。

9.根据权利要求8所述的高速开关，其特征是，所述弹簧保持结构包括布置在绝缘拉杆轴向旁侧的两个以上弹性顶推组件，弹性顶推组件的弹性顶压方向为水平方向，弹性顶推组件的弹性顶压端与绝缘拉杆通过连杆连接。

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