[发明专利]一种基于直线电机操动机构的新型CO2气体间隙与真空间隙串联高压断路器

说明书

技术领域

本发明属于电力高压大容量断路器领域，涉及一种基于直线电机操动机构的新型CO₂气体间隙与真空间隙串联高压断路器，填补国内空白。

技术背景

近年来，我国的交直流输电电压等级不断提高，发展耐压水平更高、开断容量更大的高压断路器势在必行。目前高压断路器领域主要有两种断路器，一种是真空断路器，一种是SF₆断路器。SF₆断路器采用SF₆气体作为灭弧介质，其具有优异的灭弧性能与良好的电气绝缘特性，在110kV及以上电压等级电力系统中SF₆断路器占据主导地位。研究发现，大电流开断时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断路器的开断能力产生很大影响。另外，SF₆气体是一种温室气体，具有很高的全球变暖潜能值(GWP)且分解物为有毒气体，其废气一旦泄露会对人和环境带来严重危害。因此，减少SF₆气体的使用已成为人们的共识，寻找替代SF₆断路器的环保型断路器是当今高压断路器领域研究的一个热点。

CO₂气体、c-C₄F₈气体、CF₃I-CO₂混合气体等替代气体都有相对优异的灭弧性能，且其GWP都远小于SF₆气体，ABB公司已研制出72.5kV CO₂气体断路器。真空断路器以真空为绝缘和灭弧介质，真空介质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。但真空间隙耐压强度与间隙长度的非线性增长关系使长真空间隙绝缘难以实现，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，且制造成本较高，在很大程度上限制了多断口真空断路器的发展。

若利用气体间隙和真空间隙的优点，串联两种间隙在电弧电流过零后首先由真空间隙承担瞬态起始恢复电压，在气体间隙介质绝缘强度恢复后再由其承担主要的恢复电压，可在最大限度上克服两种介质的缺点，实现性能互补。基于“碳捕捉”技术收集CO₂气体作为断路器的一种灭弧介质可以避免SF₆气体使用，并减少大气中CO₂气体的排放量；将真空间隙与CO₂气体间隙串联可以有效帮助CO₂气体介质强度快速恢复，提高断路器整体开断能力。为达到断路器最大开断能力，需精确控制气体间隙与真空间隙协同动作精度，尽可能减小操动机构分散性。国外现有的间隙串联混合断路器操动结构复杂，难易实现操动机构的低分散性，实用性差难以推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于直线电机操动机构的新型CO₂气体间隙与真空间隙串联高压断路器；设计一包含直线电机恒轨迹测控单元和两间隙协同动作测控单元的断路器控制器，通过光电技术实现直线电机运动轨迹与预设值精确吻合和两间隙动触头协同动作关系的实时调整，降低断路器触头动作分散性；通过并联接入LC转移支路和避雷器能量吸收支路断路器可进行直流电路开断。

本发明的技术方案是：

该断路器由CO₂气体间隙和真空间隙串联组成，CO₂气体间隙部分包括CO₂气体灭弧室端盖法兰、CO₂气体灭弧室、CO₂气体灭弧室动触头及导电拉杆、感应线圈、气罐、充气阀、放气阀、带行程补偿气室拉杆、绝缘拉杆、直线电机动子端、直线电机、复合材料绝缘套管（上）。真空间隙部分包括真空灭弧室端盖法兰、真空灭弧室、真空灭弧室动触头及其拉杆、感应线圈、蝶形弹簧、真空灭弧室外拉杆、拐臂连杆、复合材料绝缘套管（右)。此外还包括连接室、绝缘支柱、控制箱、控制器（含直线电机恒轨迹测控单元和两间隙协同测控单元）、直线电机、支座。