CN100444485C - 模块化变电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站，该变电站包括一高压设备(1)，一变压器(2)和一低压配电盘(3)，它们以所述顺序相互连续连接，使所述三个部件形成一组合或紧凑单元，其中该高压设备(1)和低压配电盘(3)被直接地安装在该变压器盖上。在该高压设备(1)和该变压器(2)借助保护模件(7)直接连接，而且该变压器(2)和该低压配电盘(3)也通过一台架(6)形式的、该变压器盖的垂直延续部分直接连接。该变压器的连接件(12)在外部借助该台架与变压器接触，并且该低压配电盘(3)的母线被直接连接到该连接件。

Description

模块化变电站

技术领域

[01]本发明涉及一种紧凑模块化变电站，其目的显然是把高压电能转换成低压电能，以便配电和消费。

[02]本发明的一个目的是提供一种变电站，其包括高压保护和操作设备，变压器及低压配电盘，该变电站构成一个模块化紧凑装置，其消除了所述三部分之间的连接，以这种方式该变电站的安装和配线操作被大大地简化，因而该变电站在安装、操作和维护期间的电力事故被最小化，所有这些都在尺寸被减小了的模块中，因此变电站的成本也在很大程度上得以降低。

[03]本发明的模块化紧凑型变电站不是构成一个特别设计的整体，而是由在任一个变电站中使用的相同的单独部件组成，这些部件被称为变压器，高压设备和低压配电盘，这些部件的每一个都分别保持各自的同一性，以这样的方式就可能拆除该高压装置或低压装置，每个部件都保持在完好的使用状态。与整体的或集成设计方案相比，这些特征显著地增加了该变电站的适应性。

[04]本发明的另外目的是对变压器进行改进，改进目的是使该变压器能够支撑该高压设备和该低压配电盘，并允许对它们直接地连接。

背景技术

[05]变电站基本上由三个部件或基本部件构成，这些部件是相互独立的，其中的一个部件由该高压设备决定，而第二部件构成一个变压器，第三部件由一低压配电盘形成，这些部件是独立的和可被电连接。

[06]根据通常的构形，高压设备包括一电压输入端和一输出端，它们形成一环路，一个第三位置向变压器供应低压输出，该低压输出被连接到低压配电设备，从该低压配电设备引出相应的配电输出电缆，并且向相关的设施或建筑供电。

[07]该高压设备的前两个位置接受该环路的电缆。通过操作该位置的开关设备，就可能改变该高压电路构图和特别地隔离事故区域，以便恢复/保持其余电路的正常运行。该设备的第三位置由变压器保护装置构成，该保护装置通常使用保险丝和甚至使用自动电路断路器。

[08]保险丝的作用是防止可能在下游，即低压配电网中，低压配电盘中或变压器内产生的电力事故影响该高压网，或导致人生伤害或财产损坏，这样来限制事故的范围。

[09]所以，该被高压设备决定的装置，该变压器和该低压配电盘，通常被安装在一个封闭的空间内，该空间在大多数情况下对应于一个想要被供电的基础或附属建筑，或者是靠近该建筑的一个变电站，该变电站应当提供足够的安全条件和人机工程学设计，以便有效地提供足够的通道和工作空间，用于该设备的安装和操作。

[10]所述空间的主要需求是在该高压和低压开关装置前具有一个自由的前方，其大约是一米宽，以及一个可接近通道和到带电部件的安全距离，而且它们应该容易接近，便于操作。这意味着，实际上需要一个相对较大的空间(大约12平方米)，用于安置该变电站的所有部件，这对配电公司来说成本极高。这就是现在配电公司对设备占据日益减小的空间具有极大兴趣的原因。

[11]另外，在该高压保护位置、变压器之间，以及变压器和低压配电盘之间的电连接通过外部配线完成，该外部配线是暴露的，可能产生事故和断路。另外，该配线是在“现场”完成的，这需要专门人员来正确完成不同的连接。

[12]简而言之，在该高压操作装置和变压器之间的连接是通过在两端带有接线端的电缆实现的，该接线端通常在现场制作，因此没有经过试验来检查接线端的质量。

[13]同样地，在该低压配电盘和变压器之间的连接是通过在两端带有接线端的电缆实现的。一种情况是，如果该接线端的制作质量差或这些接线端没有被很好地紧固在该低压配电盘上，这就可能导致这些接线端在正常操作条件下达到高温。最终的结果通常是起火，这是在变电站最常出现的一个危险事故，这甚至能够影响附近的房屋或建筑。

[14]另外，存在更换或替换高压保险丝的问题。该问题出现在维护操作中，其中的决定是在匆忙中作出的，而不是恰当地完成，例如这会导致：

[15]保险丝安装质量差，导致接触不良，结果产生过热，最终导致设备失效。该事故能够导致整个高压配电装置的损坏。

[16]不能获得合适的熔断率(根据该变压器的功率)。由于使用另外的熔断率，该变压器的保护不充分，存在断电和产生事故的危险。

[17]当一个保险丝熔断时，在其余的任一个保险丝也已损坏的情况下，这些部件的制造商可能会建议更换该三相(三个保险丝)。然而，这个任务经常未被完成，因此从长远来看可能发生没有明显原因无法预料的事故。

[18]总之，可以说，前述型式的变电站存在几个严重的问题，其中的一些列举如下：

[19]-变电站所有部件的定位需要充足的空间，并需要以经济成本获得或租用所述基础或附属建筑。

[20]-在该变电站的不同零件或部件之间，即在单元(cell)，变压器和低压配电盘之间的配线是暴露的，这可导致事故和断电。

[21]-在变压器单元之间，变压器本身和该低压配电盘之间的配线是在“现场”完成的，这需要专门人员来正确地完成不同的连接。

[22]-保险丝的更换不能以合适的方式经常进行，因此导致该设备危险。

[23]这些问题产生一个需求或趋势，即取消在不同部件之间的外部连接，减小其尺寸，例如，现有的整体集成方案，也就是说，现有设备从外部具有一个单元外形，该单元结合有高压和变压功能元件、高压功能元件，并且保险丝位于该现有变压器的外壳内和因而浸入绝缘液体中。

[24]这些方案解决了上述的一些问题，但仍具有缺点，即它们必须针对每个需求专门设计和制造，这增加了其最终价格。另外，由于该高压设备和变压器构成一个整体单元，在损坏的情况下它们必须被取出和整体更换，这需要一个完全备用(reserva)设备，而不能仅更换损坏的功能元件。另外还需要记住变电站根据需要具有不同的工作功率和电压，因此，必须获得一个完全范围的备用变电站。

[25]对于该保护功能元件，其通常由保险丝实现，如上所述，其位于现有变压器外壳内，以便出现故障时反应迅速。该保险丝被绝缘液体(油)包围，因此其制造必须采用油密封。在变压器外壳内包含保险丝意味着存在着几个人员和设备方面的潜在危险，原因如下：

[26]-在保险丝，上游连接之间的电弧会产生巨大的能量，从而导致爆炸和点燃包含在变压器外壳内的绝缘液体。

[27]-如果保险丝熔化质量差，会产生过热和达到的温度会导致绝缘液体(油)的气化，导致内部压力增加，使变压器的金属外壳产生永久变形，进而会发展成该绝缘液体的泄漏点。

[28]-保险丝的断裂会导致在其内部上具有的材料的分离。该材料通常是含有绝缘液体的沙子，以及该变压器的带电零件。这就不可能使用磁芯和线圈修理变压器。

[29]另外，该高压环路位置的操作开关装置的致动，也包含在该外壳内，这会导致该绝缘液体产生分解物，从中期到长期来看，这会削弱绝缘性能，特别是变压器。

发明内容

[30]设想用所公开的变电站来解决前述问题，其基于一个简单但并非效果不好的方案，该方案基于所述变压器，高压设备和低压配电盘组合成一个尺寸减小的紧凑单元，但特别地是所述尺寸的减小以模块为特征，并且基于该高压设备和低压配电盘被安装在目前的变压器上，该变压器作为其它两个单元的支撑元件，它们的每一个都保持各自的独立性和功能性。这三个部件之间的电连接是直接的，也就是说，没有外部电缆带或接线端，所述连接是在工厂被完成的，因此避免电缆暴露在空中，因而解决了由于配线带来的问题。另外，这些连接是插头型的，这使不同单元当需要时可被组装或拆除，每个独立单元保持其功能。

[31]基于该三部件连接获得的紧凑型变电站，将占据最小的空间，所以减小了安装所需的空间，只有该高压环路的输入和输出端和该低压配电盘到供电网的输出配线是可见的。

[32]在目前的变压器上组装该高压设备和该低压配电盘，将直接在变压器的盖上完成，特别是该变电站工作所需的所有元件都位于在操作面板上的一个垂直平面内，这有利于操作和维护任务。在变压器盖上紧固元件，也可通过合适尺寸和形状的支撑结构结合有关的固定装置来实现。

[33]该高压设备被完全安装在变压器盖上，连接被直接在该设备的第三位置之间作出，该结合保护功能元件(一般利用保险丝)的位置，和该变压器，及单元被垂直安装，其中控制装置在前面，以便容易接近和操作。

[34]意欲解决更换保险丝期间的前述问题的其它连接可能性，是该高压设备结合一可拆式保护模件，该模件支撑三相保险丝，该模件是准备好的，用于以快速容易的方式同时实现三个保险丝的更换，所以能够防止在维护操作期间出现组装错误。该保护模件也作为该高压设备和变压器之间的连接元件。

[35]在这种情况下，可以预知，通过一个支座，该变压器盖结合有一个后坐(set-back)型凸出物，该高压设备安装在该凸出物上，并且该凸出物在其前部结合有接线端，通过插入保护模件进行连接。至于该保护模件和该高压设备之间的连接，可以预知三相连接，同样通过快速插入式接线端。

[36]该保护模件因而结合有用于连接该高压设备和变压器的接线端，每相的接线端通过相应的保险丝从内部连接。所以该保护模件结合有三个保护保险丝，并且是这样的构造，即当一个保险丝熔化时，根据制造商的说明同时更换三相，因此不可能产生任何的错误。

[37]该保护模件、高压设备和变压器之间的电连接优选地通过凹座或插座和连接装置实施，例如象本申请人的欧洲专利0520933中描述的那样。

[38]该保护模件可选择地包括与变流器相关的完成该系统的保险丝功能的继电器，提供一些情况的保护功能，诸如接地故障，超载，低压短路，一个保险丝熔断时在一相或两相下工作，变压器中的测定电流，测定电压和功率和甚至温度和油位。该继电器可选择地可与一用于遥控集成系统联系，该系统可允许查询变电站的状态，允许或不允许所希望的独立保护功能。

[39]同样地，在变压器盖上的后坐(set back)凸出物上安装高压调节器和高压开关，这些元件位于操作面板上的一垂直平面内，从前面提供通道，所以能够比较舒适地操作。

[40]另外，在变压器和低压配电盘之间的连接通过一种垂直台架实现，该台架充满绝缘液体，该台架也作为该变压器的延续，是该变压器的一部分，所述连接通过该台架的正面到达台架的外面，该低压模件的导电条被直接拧到该台架，该导电条通常被安装在配电盘的后部上，以使该低压配电盘垂直设置，从该台架悬挂，使所有控制元件位于前面，这样允许容易和舒适地接近和操作。正如所述，连接是直接完成的，没有任何形式的配线，而是通过一种搭扣配合连接系统，该系统允许低压配电盘被快速和舒适地组装和拆除。

[41]所以，在所公开的模块化和紧凑型变电站中形成的部件是，一高压设备，其可以具有任何形式的电路图，和一低压配电盘，其结构和作用是迄今为止的传统形式，但正是变压器经过了改进从而能结合支撑功能元件和直接配线元件，这些改进是该变压器盖结合了一个延伸部分或延续部分，即一种成台架形式的垂直部分，用于支撑和连接低压配电盘，和一第二后坐(set back)型延伸物，用于通过一支座，连接和支撑该高压设备。

[42]明显地，这三个插入变电站的基本部件统一为一个单元，使空间减小，也增加了安全性，因为连接在工厂制作，所以投入运行的时间缩短，足以把该单元安装在为其准备的地方，总之，避免了在前面部分提出的问题和缺点。

[43]另外，由于该变电站的构成是模块化形式，也就是说，通过几个独立单元的相互连接，当出现事故时，就可能快速地更换损坏的单元，就可能在实际的变电站实现这种更换，或优选地在工厂实现。在这种情况下，在更换或修理损坏单元期间，对变电站应当更换一个备用元件，但是，这里系统的模块化意味着，对每一需求不需要不同的变电站，相反地，只需要几个能够组合的单独单元，针对每一情况，组合成所需的紧凑型变电站。同样地，通过仅更换损坏单元而不是整体，发生故障的变电站容易重新使用。

[44]另外，作为该系统模块化的结果，当新的需求出现时该系统的构造能够随时间而变化，例如对高压设备加入新位置，这意味着不用全部更换该变电站，而整体式变电站需要整体更换。这表示断开或重新连接低压和高压侧上的所有外部电缆所需的时间得以非常实质性地减少。

附图说明

[45]为了完成所作描述和目的，帮助更好地理解本发明的特征，根据实际实施例的一个优选例子，所述描述附有一组附图，作为该整体描述的一部分，以下附图代表：

[46]图1表示一个传统变电站，包括一高压设备，变压器，低压配电盘和连接件，在该变压器和该高压设备和低压配电盘之间使用了相应的配线和接线端。

[47]图2表示根据本发明目的实现的紧凑型变电站的整体透视图。

[48]图3表示前图所示同一变电站的平面视图。

[49]图4表示前两图所示变电站的侧面正视图。

[50]图5以透视图形式表示根据本发明目的变压器盖的延伸部分的细节。

[51]图6表示构成可拆式保护模件之部件的透视图。

[52]图7表示该可拆式保护模件的后视图。

[53]图8表示根据本发明目的，结合了一个可拆式保护单元的变电站的透视图。

[54]图9表示一模块化和紧凑型变电站移去了保护单元的细节，可以清楚地看到变压器和中间电压元件的连接接线端。

[55]图10表示该保护元件合适地连接到该变电站的细节图。

具体实施方式

[56]图1代表一典型构造的变电站，由高压开关装置1，一变压器2和一低压配电盘3构成，该高压设备1通过相应的配线21和接线端22被连接到该变压器，该低压配电盘3也通过配线20和接线端23被连接到该变压器。在该图中还表示该高压环路的输入端8和输出端9，还有低压配电电缆，该电缆从该配电盘3引出，用于向相应的设备供电。

[57]所以，所公开的紧凑型变电站包括，一高压设备1，一变压器2和一低压配电盘3，本发明的新颖性在于，所述三个部件被共同安装而形成一个紧凑型模块，其中该高压设备1和该实际低压配电盘3被直接安装在该变压器2上，特别地安装在该变压器2的实际盖5上，该装置是模块化的，也就是说，每个部件发挥各自的特征和功能。

[58]该变电站包括一台架6，由该变压器的延伸部分构成，所述变压器2和该低压配电盘3通过该台架连接，而该高压设备1和该变压器2之间的配线在代表性结构中是直接通过其构成保护功能元件的第三位置1″′实现的。

[59]在本发明的图中，已表示的高压设备由三个高压单元或位置1′，1″和1″′构成，但是，从逻辑上讲，根据所需要的电力布局，可以使用更多或更少数量的所述单元或位置。另外，所说的保护功能元件通过保险丝实现，其连接到该第三位置1″，然而，如果使用自动断路器来实现该保护功能，本发明的发变电站也一样有效。

[60]如图5所见，该台架6的构成是该变压器2的一个垂直的延续部分，所以它也充满绝缘液体，它到该变压器的连接位于其内部，通过相应的接线端12，经过该台架6的正面，到达其外部，该低压配电盘3的母线就直接旋入所述连接端12。这些母线被安装在该低压配电盘3的后部，所以该低压配电盘精确地悬挂于该台架6，并且它的所有控制元件位于前面，以这种方式能够容易和舒适地接近并操作。

[61]对于该高压设备1，它直接安装在该变压器盖5上，在该变压器和结合该保护功能元件的单元或位置之间的电连接是直接地和内部地完成的。

[62]然而，在图6，7，8，9和10中所示的优选实施例中，在该高压设备1和变压器2之间的连接，是通过一保护模件7完成的，该保护模件结合了该三相保险丝，因此该保护模件直接地相互连接了该高压设备元件1和该变压器2。显然，在利用自动断路器实现保护功能的情况下，将不需要使用该可拆式保护模件7。

[63]该保护模件7优选地由一金属底盘构成，该底盘结合了一些连接端(13)，用于与该高压设备和一些连接端14连接，以便与该变压器连接，适当的保险丝18被安装在每副连接端之间，相应于相同的电相。逻辑上讲，该变压器2和该高压设备1都具有一些电连接端，这些电连接端成座的形式，所述电连接端通过相应的连接装置建立了与该保护模件7的电气连接。

[64]所以，当一个保险丝烧坏时，该保护模件7就被拆走，并安装一个新的保护模件，因此该三相保险丝的更换是同时的，因此避免了操作时可能出现的错误。在图6和7中表示了一种方案，其中该保护模件7通过一个不可分割的底座构成，该底座带有三相保险丝18和它们相应的连接端，显然，尽管每个保险丝与其相应的插入式连接端可被构成一个独立的单元，但在这种情况下使用的装置允许这三个单元相互固定，以便经常操作实现这三个保险丝的同时更换。

[65]简单地说，并回到图5，为了该模件7与该变压器2的结合，将在变压器盖5上，通过一支座，设有一后坐(set back)型凸出物17，在其上将安装前述的座或连接端15，而该中间电压模件1的连接端16被安装在所述单元或位置1″′的正面，与连接端15在一个相同的垂直平面内，以这种方式，通过一个简单的插入动作和一个很容易接近的前面位置，该保护模件7被快速地连接或断开，如在图8和9中所能见到的。

[66]如能够在图10中所见，该保护模件7结合了一个把手17，以利于操作，一些横向销18防止更换错误的模件。

[67]该保护模件7可选择地结合一个有关变流器的继电器，该继电器通过保险丝实现该系统的保护功能，提供以下保护功能，诸如接地事故，过载，低压短路，一个保险丝熔断时在一相或两相下操作，测定电流，测定电压和功率和甚至变压器的温度。

[68]在一优选实施中，该变流器通过一些环状线圈构成，其围绕变压器2和保护模件7之间的连接端安装，因此该模件具有一与连接端14相应的环或套管19，在其内部安装所述环状线圈。

[69]另外，该继电器可选择地与遥控装置的集成系统通信，该遥控装置允许查询该变电站状态，以及独立地启用或不启用所希望的保护功能。

[70]同样地，在该变压器盖的后坐(set back)型凸出物17上，安装高压调节器24和高压开关25，这些元件位于该操作面板上的一垂直平面内，提供的是前面，因此能够比较舒适地接近并操作。

[71]另外，注意所有操作和控制装置优选地容易接近而操作，可以预知，该变压器的温度计26被安装在该变电站的前面部分。

[72]最后，已经说过，该紧凑模块化装置形成一个在该变电站内容易移动的单元，因为该变压器被安装在轮11上。

Claims (10)

1.模块化变电站，其包括一高压设备，该设备具有保护功能、一变压器和一低压配电盘，该高压设备(1)被连接到该变压器(2)和该变压器被连接到该低压配电盘，从该低压配电盘显露有关的电缆，用于以低压向设备或建筑配电和供电，

其特征在于，相应于所述高压设备(1)、所述变压器(2)和所述低压配电盘(3)的三个部件被共同安装形成一个模块化单元，该安装方式为：该高压设备(1)和低压配电盘(3)被安装在该变压器(2)本身上，该变压器(2)用作支撑元件支撑该高压设备(1)和低压配电盘(3)，从而在所述三个部件之间以直接的方式实现电连接，不需使用外部电缆带条。

2.根据权利要求1所述的模块化变电站，其特征在于，该高压设备(1)和该低压配电盘(3)被直接安装在该变压器(2)的盖上，因而该高压设备(1)和该配电盘(3)都在一相同的垂直平面上，进而使该变电站的所有需要操作和维护的元件被安装在一相同的垂直的和前面的平面内，从而有利于接近和操作所述元件，在该前面的平面上的所述元件包括有高压调节器(24)、高压开关(25)、变压器温度计(26)的读取和调节件、电子控制继电器的读取和调节件。

3.根据权利要求1所述的模块化变电站，其特征在于，在该变压器(2)和该高压设备(1)之间的配线由在该变压器盖上的一后坐型凸出物(17)实现，该凸出物构成一种竖立的支座，该高压设备(1)被安装在该支座上，并通过一些插入式连接端(15)建立电连接，从而使该高压设备(1)的所有操作元件被安装在前面，继而利于操作者接近。

4.根据权利要求1所述的模块化变电站，其特征在于，在该变压器(2)和该低压配电盘(3)之间的配线由一台架(6)实现，该台架构成该变压器盖的垂直延续部分并用绝缘液体填充，在该台架内部有该变压器(2)的连接件，所述连接件通过一些连接端(12)通向所述台架(6)的外面，该连接端被安装在该台架(6)的前部，并且该低压配电盘(3)本身的电接头直接旋拧在所述连接端上，该配电盘被垂直悬挂于该台架，使控制元件被设置在前面，从而有利于操作者接近。

5.根据权利要求1所述的模块化变电站，其特征在于，该高压保护功能元件由一可拆式保护模件(7)实现，通过所述保护模件(7)在该变压器(2)和该高压设备(1)之间建立内部连接。

6.根据权利要求5所述的模块化变电站，其特征在于，该可拆式保护模件(7)结合了与所述高压设备(1)连接的三个插入式连接端和用于与所述变压器(2)连接的、相同数量的另外三个插入式连接端，在所述连接端之间以固定方式安装有相应的保险丝(18)，因而通过更换整个保护模件来实现一个或几个保险丝的更换，为此该变压器具有一些连接端(15)，且中间电压单元(1′″)具有相应的连接端(16)。

7.根据权利要求5或6所述的模块化变电站，其特征在于，该可拆式保护模件(7)包括与一继电器相联的变流器，该继电器实现该系统的熔线丝保护，从而提供以下保护功能：接地故障、过载、低压短路、在一保险丝已熔断时在一相电或两相电下操作、测定电流、测定电压和功率以及温度，该继电器可与一遥控集成系统通信，这使因而该变电站的状态可被查询，以及可独立地允许启用或不允许启用所希望的保护功能。

8.根据权利要求6所述的模块化变电站，其特征在于，该插入式连接通过插座和连接装置实现。

9.根据权利要求1、5或6所述的模块化变电站，其特征在于，在该变压器(2)的盖(5)的后坐型凸出物(17)上，定位有高压调节器(24)和高压开关(25)，所述高压调节器(24)和所述高压开关(25)位于操作面板上的一垂直平面内，有利于操作者在前面接近。

10.根据权利要求9所述的模块化变电站，其特征在于，该变压器(2)被安装在轮(11)上，这有利于由该高压设备(1)、该变压器(2)和该低压配电盘(3)形成的单独的单元或装配件的移动性。

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