CN101510671A - 一种互换式全固体绝缘固定开关回路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，开关回路被划分为四个可互换的功能单元，其中上部设有母线连接单元，上部母线连接单元连接中部开关功能单元，中部开关功能单元连接置于其下部的馈线单元，下部馈线单元连接设于其侧边的高压测量单元，各单元模块之间的连接采用统一的机械与电气参数标准的连接界面。各单元部件均系用环氧树脂或硅橡胶等绝缘材料浇注而成，在绝缘层外部喷涂金属接地层并可靠接地。其中上部母线连接单元、下部馈线单元及高压测量单元均采用三相一体化设计。本发明的优点是：互换性强，整体防护严密，安全环保、体积小；同时，受周围环境、凝露和污秽的影响小，适应性强，适合大批量标准化生产。

Description

一种互换式全固体绝缘固定开关回路

技术领域

本发明涉及一种互换式全固体绝缘固定开关回路，属于高压输配电开关技术领域。

背景技术

空气绝缘、气体绝缘和固体绝缘是中压开关设备的主要绝缘方式。对于空气绝缘而言，绝缘强度低，设备体积大，由于各带电回路暴露于空气中，维护人员可以外接触并产生严重后果，如果异物进入开关设备内部也可能出现严重的安全问题。但是，由于空气绝缘开关设备制造工艺和技术难度低，设备成本低，所以目前应用较为广泛。气体绝缘开关设备具有体积小，绝缘强度高的特点。目前主要采用SF₆气体作为绝缘介质，SF₆气体是一种电气性能优良、阻燃、安全的气体，但是SF₆气体的温室效应是CO₂的23900倍，而且在灭弧后会出现有毒的气体成分，对环境和人员都有非常不利的影响。在国际上SF₆气体已被指定为限制排放气体。在气体绝缘的研究领域中，发现并验证一种全新的安全、环保的，而且同时具备优良的绝缘和灭弧能力的气体非常重要，但是目前阶段的进展不是十分理想。采用固体绝缘的开关设备具备稳定的绝缘性能，所有带电部件都被固体绝缘材料封闭，绝缘材料外层通过金属接地，所以对于操作人员是绝对安全的。此外由于采用了固体绝缘方式，设备的体积也非常小，理论上可以制造出各种绝缘方式中体积最小的开关设备。

在现有中压开关设备的结构布局中，开关设备内部的母线单元、开关本体、馈线单元和测量系统都是各相独立配置的，各相的导体在柜内依次穿越各个功能部分，将设备连成一个不可能按功能模块独立拆卸的系统。此种系统方案的主要弊端有两个：

第一、设备中的各个部分不独立，相互之间的连接界面不统一，不便于批量生产，只能根据工程需求独立设计，投入的设计制造费用大、周期长；

第二、当设备出现故障或根据工程需要需对设备某一单元的布置方式进行调整时必须整体更换设备，所有主要的设计均需要做出重大的改动。

发明内容

本发明的目的是提供一种由可互换功能单元构成的、安全可靠、免维护的全固体绝缘固定开关回路。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，包括上部母线连接单元、中部开关功能单元、下部馈线单元及高压测量单元四个部分。所述上部母线连接单元连接中部开关功能单元，中部开关功能单元连接下部馈线单元，下部馈线单元连接设于其侧边的高压测量单元。各个功能单元部件均系用环氧树脂或硅橡胶等绝缘材料浇注而成，在绝缘层外部喷涂金属接地层并可靠接地。其中上部母线连接单元、下部馈线单元及高压测量单元均采用三相一体化设计。

本发明将中压开关设备内部回路进行合理划分，根据系统构成确定若干适当的功能单元，相同功能单元内部结构和布置可根据工程实际需要灵活变动。在各单元之间制定统一的接口及其机械与电气参数标准，从而保证各相同功能单元可以完全互换。这样在批量制造固体绝缘开关功能单元的基础上，可以满足大规模、灵活快速地搭建开关设备系统，从而可以从根本上改变现有的根据项目技术图纸设计开关设备的生产流程，并可以显著降低生产成本，提高产品的质量和可维护性。本发明所述方案采用功能明确的模块化设计，方案组合灵活。在具体工程应用中可以根据系统方案将预先制作好的标准化固体绝缘单元拼装连接即可构成完整的电力控制设备。

本发明的优点是：互换性强，整体防护严密，安全环保、体积小；同时，受周围环境、凝露和污秽的影响小，适应性强，适合大批量标准化生产。

附图说明

图1为本发明提供的一种互换式全固体绝缘固定开关回路的结构图；

图2为上部母线连接单元的立体图；

图3为中部开关功能单元的示意图；

图4为插座式连接界面组件的俯视图；

图5A为下部馈线单元的立体图；

图5B为下部馈线单元的局部视图；

图6为第二单元连接界面组件的结构示意图；

图7为馈线连接组件的结构示意图；

图8为高压测量单元的结立体图；

图9为高压测量单元内部连线示意图；

图10为穿心式电流互感器的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例来具体说明本发明。

实施例

如图1所示，为本发明提供的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，由上部母线连接单元1、中部开关功能单元2、下部馈线单元3、高压测量单元4组成。所述上部母线连接单元1连接置于中部的开关功能单元2，中部开关功能单元2连接置于其下部的馈线单元3，下部馈线单元3连接设于其侧边的高压测量单元4，所述各单元模块之间的连接采用统一的机械与电气参数标准的连接界面。除高压测量单元4以外的各单元均由各自的金属箱体支撑，各金属箱体具有标准的外部安装固定孔。金属箱体内的导电一次回路均系用环氧树脂或硅橡胶等绝缘材料浇注而成，外侧还喷涂有连续的金属接地层，接地层与金属箱体的接地系统可靠连接。其中上部母线连接单元1、下部馈线单元3及高压测量单元4内部布置方式和结构在满足功能要求的前提下都允许存在一定差异，同功能单元可以完全互换，以实现良好的工程适应能力。

如图2所示，为上部母线连接单元1的立体图，由金属箱体5、水平母线6、第一绝缘层7、金属屏蔽接地层8、插头式柜间绝缘母联器9、插座式柜间绝缘母联器24、第一单元连接界面组件10、分支母线23、第一插头25、第二绝缘层26及第二插头27组成。在金属箱体5的两侧分别设有插头式柜间绝缘母联器9及插座式柜间绝缘母联器24，为环氧浇注的三相一体式部件，在金属箱体5的底部设有第一单元连接界面组件10，也采用三相一体浇注结构，在金属箱体5内设有包裹有第一环氧绝缘层7的水平母线6，水平母线6的固定由插头式柜间绝缘母联器9及插座式柜间绝缘母联器24来保证，根据工程需要的不同，水平母线6可以设计成三相水平布置、三相垂直布置和“Γ”型布置等方案，在水平母线6上连接包裹有第二环氧绝缘层26的分支母线23，水平母线6的一端设于柜间绝缘母联器9外形成第一插头25，第一插头25与插座式柜间绝缘母联器24相配合，分支母线23的端部设于第一单元连接界面组件10外形成第二插头27。在本单元所有环氧绝缘层的外表面均涂有金属屏蔽接地层8，金属屏蔽接地层8与金属箱体5的接地系统可靠连接，母线连接单元1两侧的第一插头25与插座式柜间绝缘母联器24及下部的及第二插头27均满足统一的机械和电气参数规定，具有相同功能不同规格的单元只要上述界面相同就可以完全互换。当系统工程中需要使用多个上部母线连接单元1时，一个上部母线连接单元1的第一插头25插入相邻的上部母线连接单元1的插座式柜间绝缘母联器24内，不仅连接方便，而且对外接口统一，因此便于更换模块。

如图3所示，为中部开关功能单元2的示意图，由接地隔离复合开关11、复合开关绝缘拉杆43、复合开关操作机构12、连接导体13、真空灭弧部件14、断路器绝缘拉杆44、断路器操动机构15、金属箱体22、插座式连接界面组件16、第三插头28及下导体29组成。接地隔离复合开关11左端与插座式连接界面组件16，右端通过复合开关绝缘拉杆43与复合开关操作机构12相连接，插座式连接界面组件16结构如图4所示，插座式连接界面组件16与第二插头27相配合，接地隔离复合开关11通过连接导体13连接真空灭弧部件14，真空灭弧部件14一端通过断路器绝缘拉杆44连接断路器操动机构15，真空灭弧部件14另一端通过下导体29连接第三插头28。所述接地隔离复合开关11设置有隔离合、隔离分、接地合三个状态位置，通过复合开关操作机构12带动一次回路导体在水平方向运动实现前中后三个不同工作位置状态的切换。单元内部的接地隔离复合开关11和断路器的一次回路及串接其中的连接导体13均被环氧绝缘层和金属屏蔽层包裹，金属屏蔽层与金属箱体22上的接地系统连接并连续可靠接地。中部开关功能单元2对外的统一接口为插座式连接界面组件16及第三插头28，上述上部母线连接单元1的第二插头27可插入插座式连接界面组件16中，而第三插头28插入下个部件的相应位置中，因此只要本单元两个接口的规格统一，同功能不同内部结构的模块就能完成互换。

如图5A及图5B所示，为下部馈线单元3的立体图，由第二单元连接界面组件19、馈线连接组件20、馈线21及金属箱体29组成。在金属箱体29内设有馈线21，在馈线21的顶部设有馈线连接组件20，馈线连接组件20与第二单元连接界面组件19插接。第二单元连接界面组件19及一次回路导电连接部件均被固体绝缘层完全封闭，外侧均喷涂有金属接地层，因此，该单元可在高电压运行状态下也可以安全接触。

如图6所示，为第二单元连接界面组件19的结构示意图，为三相一体式结构，由第一插座31、第二插座32及第四插头33组成，在第二单元连接界面组件19的顶部设有与第三插头28相配合的第一插座31，在第二单元连接界面组件19的两端分别设有第二插座32与第四插头33。中部开关功能单元2中的第三插头28可插入第一插座31中，即为第三插头28与第一插座31相配合提供了一组统一的接口。

如图7所示，为馈线连接组件20的结构示意图，在馈线连接组件20的端部内设有与第四插头33相配合的第三插座35。第二单元连接界面组件19的第四插头33可插入第三插座35内。若在一次系统中需要多路馈线，则在与第二单元连接界面组件19相连的馈线连接组件20的另一端可以设置插座，而在另一个相配合的馈线连接组件20的两端分别设置与上述插座相配的插头与插座，这样多个连接组件20可以依靠对应的插头与插座接入。

如图8及图9所示，为高压测量单元4的立体图及高压测量单元4的内部接线示意图，由穿心式电流互感器17、电压互感器18、壳体36、金属屏蔽接地层37、第三绝缘层38、第五插头39及接线柱40组成。在壳体36的表面涂有金属屏蔽接地层37，在壳体36外引出有U相导体、V相导体及W相导体，在U相导体、V相导体及W相导体外包裹有环氧绝缘层38形成与第二插座32相配合的第五插头39，在壳体36上设有接线柱40，在U相导体、V相导体及W相导体上分别并联电压互感器18，电压互感器18的输出端分别接地及连接接线柱40，同时，在U相导体、V相导体及W相导体的电流方向上分别设有穿心式电流互感器17，电压互感器18及穿心式电流互感器17分别用于测量一次高压回路的电压与电流。如图8所示，高压测量单元设计成测量电流与电压于一体的组合式测量单元，为三相一体结构，将所有器件用环氧树脂浇注成一整体，高压测量单元的外部一次回路连接点设计成接插式，即第五插头39，在连接时将第五插头39插入第二插座32内完成连接，安装方便。电压表及电流表的二次接线连接在接线柱40上。

如图10所示，为穿心式电流互感器17的原理图，穿心式电流互感器17包括铁芯41，在铁芯41上设有二次绕组42，二次绕组42的一个输出端直接连接所述接线柱40，另一个输出端分别接地及连接接线柱40。穿心式电流互感器本身结构不设一次绕组，载流导线由L1至L2穿过由硅钢片制成的圆形铁芯41起一次绕组作用，二次绕组42则直接均匀地缠绕在圆形铁芯41上，与电流表线圈的二次负荷Z形成闭合回路。

本发明互换式全固体绝缘固定开关回路的工作原理为：本发明在总体结构上对开关回路进行了明确的功能划分，将整体的固体绝缘开关回路定义划分为：上部母线连接单元1、中部开关功能单元2、下部馈线单元3、高压测量单元4四个部分。在明确定义各单元之间连接机械及电气参数的基础上，保证各相同功能单元可以完全互换。各单元内部结构和布置可根据工程实际情况灵活变动，由于单元外界连接界面参数相互一致，并不影响单元的互换性。系统各单元内的一次导电部件均被硅橡胶或环氧绝缘层包裹，外侧喷涂有金属接地层。各单元内的金属接地层都与开关回路接地系统连接。由于在明确的功能划分和统一的连接界面参数定义基础上加工制造的功能单元具有完全的互换性，可以适合批量制造固体绝缘开关回路单元，制造、安装和维护都非常方便。

Claims (10)

1.一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，在上部设有母线连接单元(1)，上部母线连接单元(1)连接置于中部的开关功能单元(2)，中部开关功能单元(2)连接置于下部的馈线单元(3)，下部馈线单元(3)连接设于其侧边的高压测量单元(4)，各单元模块之间的连接采用统一的机械与电气参数标准的连接界面。

2.如权利要求1所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述上部母线连接单元(1)包括金属箱体(5)，在金属箱体(5)的两侧分别设有三相一体的插头式柜间绝缘母联器(9)及插座式柜间绝缘母联器(24)，在金属箱体(5)的底部设有三相一体的第一单元连接界面组件(10)，在金属箱体(5)内设有包裹有第一绝缘层(7)的水平母线(6)，在水平母线(6)上连接包裹有第二绝缘层(26)的分支母线(23)，水平母线(6)的一端设于柜间绝缘母联器(9)外形成第一插头(25)，第一插头(25)与插座式柜间绝缘母联器(24)相配合，分支母线(23)的端部设于第一单元连接界面组件(10)外形成第二插头(27)，在上部母线连接单元(1)内所有绝缘层的外表面均涂有金属屏蔽接地层(8)。

3.如权利要求2所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述第一绝缘层(7)与第二绝缘层(26)为硅橡胶或环氧绝缘层。

4.如权利要求2所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述水平母线(6)成三相水平布置、三相垂直布置或“Γ”型布置。

5.如权利要求2所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述中部开关功能单元(2)包括接地隔离复合开关(11)，接地隔离复合开关(11)左端与插座式连接界面组件(16)右端通过复合开关绝缘拉杆(43)与复合开关操作机构(12)相连接，插座式连接界面组件(16)与所述第二插头(27)相配合，接地隔离复合开关(11)通过连接导体(13)连接真空灭弧部件(14)，真空灭弧部件(14)通过断路器绝缘拉杆(44)连接断路器操动机构(15)，真空灭弧部件(14)通过下导体(29)连接第三插头(28)。

6.如权利要求5所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述下部馈线单元(3)包括金属箱体(29)，在金属箱体(29)内设有馈线(21)，在馈线(21)的顶部设有馈线连接组件(20)，第二单元连接界面组件(19)分别与馈线连接组件(20)及所述第三插头(28)插接。

7.如权利要求6所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，在所述第二单元连接界面组件(19)的顶部设有与所述第三插头(28)相配合的第一插座(31)，在第二单元连接界面组件(19)的两端分别设有第二插座(32)与第四插头(33)，在所述馈线连接组件(20)的端部内设有与第四插头(33)相配合的第三插座(35)。

8.如权利要求7所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述高压测量单元(4)包括壳体(36)，在壳体(36)的表面涂有金属屏蔽接地层(37)，在壳体(36)外引出有U相导体、V相导体及W相导体，在U相导体、V相导体及W相导体外包裹有第三绝缘层(38)形成与所述第二插座(32)相配合的第五插头(39)，在壳体(36)上设有接线柱(40)，在U相导体、V相导体及W相导体上分别并联电压互感器(18)，电压互感器(18)的输出端分别接地及连接接线柱(40)，同时在U相导体、V相导体及W相导体的电流方向上分别设有穿心式电流互感器(17)。

9.如权利要求8所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述穿心式电流互感器(17)包括铁芯(41)，在铁芯(41)上设有二次绕组(42)，二次绕组(42)的一个输出端直接连接所述接线柱(40)，另一个输出端分别接地及连接所述接线柱(40)。

10.如权利要求8所述的一种互换式全固体绝缘固定开关回路，其特征在于，所述第三绝缘层(38)为硅橡胶或环氧绝缘层。

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