CN102315605B - 正压力全密封固体绝缘开关特种设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体绝缘设备，尤其是一种适合于运行在地下、水中和极端潮湿环境中的正压力全密封固体绝缘开关特种设备。包括全密封的防腐蚀金属外壳，金属外壳上设置有公共母线系统，其一端连接有可互换固体绝缘开关单元，可互换固体绝缘开关单元的另一端连接有压力及湿度控制单元，在可互换固体绝缘开关单元与压力及湿度控制单元的一侧设有干燥压缩空气储气单元，在公共母线系统、可互换固体绝缘开关单元、压力及湿度控制单元与干燥压缩空气储气单元的外层包裹有固体绝缘层。本发明具有极强的环境适应能力，结构紧凑，安全可靠性极高，而且可以实现长时期的免维护。

Description

正压力全密封固体绝缘开关特种设备

技术领域

本发明涉及一种固体绝缘设备，尤其是一种适合于运行在地下、水中和极端潮湿环境中的正压力全密封固体绝缘开关特种设备。

背景技术

目前发展能适合在极端恶劣条件下正常运行的电力开关开关设备是电力行业发展的必然需求。

现有的设计和使用的各种特种设备主要采用了气体绝缘、固体绝缘和空气绝缘等方式，但是所有的开关设备均只能适合运行在地面上，而且对工作环境具有较高的要求，不适合将现有开关设备安装到低下土壤中或直接放在水中。目前特种设备仍然以空气绝缘为主，对环境适应能力本身就比较差，更不能适应严重潮湿的特殊工作环境，限制现有特种设备环境适应能力的主要原因在于：(1)设备主要依靠环境空气绝缘，当大量水分进入设备内部时绝缘和开断能力都严重下降；(2)设备主要的检测仪表，操作机构都暴露在与大气相通的环境中，设备的金属外壳只具备防止异物等进入的能力，不具备抵抗外部潮湿气体甚至水流进入设备的能力，不具备抵抗恶劣环境对设备零部件的负面影响的基本防护措施。

将特种设备和低压电力线路置入地表下的土壤中具有非常重大的意义，其方案的最终实现可以节约设备的占地面积，增加安全性，对于城市改造和环境保护都具有重要的意义。

当特种设备运行在地下时，环境非常潮湿，腐蚀严重而且附近可能有严重的积水，此外，当设备运行在地下、水中时，人员不可以像操作其它开关设备一样对设备进行本地控制，所以必须设计完整，可靠的状态反馈和通信控制措施，保证设备始终处于可控、可测的运行状态，这都是设计与开发适合在特殊环境下的低压设备的时必须解决的问题。

此外，随着利用潮汐能和海洋能发电的技术越来越成熟，沿海风力发电站也迅速增加，这些特殊的电力场所都要求电力设备具备更好的环境适应能力，如果电力设备能够运行在地下、水中和极端潮湿环境中，在上述发电系统的设计和布置过程中就会具有更大的灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种正压力全密封固体绝缘开关特种设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种正压力全密封固体绝缘开关特种设备，包括全密封的防腐蚀金属外壳，金属外壳上设置有公共母线系统，所述公共母线系统一端连接有可互换固体绝缘开关单元，可互换固体绝缘开关单元未与公共母线系统连接的另一端连接有压力及湿度控制单元，在可互换固体绝缘开关单元与压力及湿度控制单元的一侧设有干燥压缩空气储气单元，在公共母线系统、可互换固体绝缘开关单元、压力及湿度控制单元与干燥压缩空气储气单元的外层包裹有固体绝缘层，所述的压力及湿度控制单元包括温度及湿度传感器、压力传感器和压力及湿度调控装置，特种设备还包括加热器；设备内部压缩空气的干燥程度和压力由压力与湿度控制单元进行闭环控制，当内部空气温度和湿度都较低时，调控装置启动加热器对内部空气进行加热，当设备内部空气量不足以维持内部正常工作压力时，在调控装置的控制下安装在设备内部的压缩气瓶的出口阀门被打开，适量的压缩空气补充到设备内部。

所述的金属外壳是由3-6mm的不锈钢材料冲压、焊接而成。

所述的公共母线系统包括水平母线系统和垂直母线系统，水平母线系统的两端为锥形的可插拔式母线连接单元，垂直母线系统的两端设有锥形的可插拔式母线连接点。

所述的可互换固体绝缘开关单元包括六个一次母线插拔接口和具有多个防水三次连接端子的标准可互换单元。

所述的公共母线系统、可互换固体绝缘开关单元、压力及湿度控制单元与干燥压缩空气储气单元通过螺钉固定在金属外壳上。

本发明的有益效果是：本发明采用全密封、防腐蚀的金属外壳结构，内部的导电一次回路采用固体绝缘方式，所有带电部件由固体绝缘层包裹；在完全密闭的金属外壳内可充入了高于环境压力的干燥压缩空气，同时在内部设置有超高压力的补气装置，在压力控制单元的作用下，可以持久保持开关设备内部空间的压力始终高于环境压力，维持设备内部的干燥，使其始终可以在恶劣的环境条件下稳定地保持内部各元件和带电回路的正常运行条件，具有极强的环境适应能力，结构紧凑，安全可靠性极高，而且可以实现长时期的免维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图中：1.金属外壳，2.公共母线系统，3.可互换固体绝缘开关单元，4.压力及湿度控制单元，5.干燥压缩空气储气单元。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：包括全密封的防腐蚀金属外壳1，金属外壳1上设置有公共母线系统2，所述公共母线系统2一端连接有可互换固体绝缘开关单元3，可互换固体绝缘开关单元3未与公共母线系统2连接的另一端连接有压力及湿度控制单元4，在可互换固体绝缘开关单元3与压力及湿度控制单元4的一侧设有干燥压缩空气储气单元5，在公共母线系统2、可互换固体绝缘开关单元3、压力及湿度控制单元4与干燥压缩空气储气单元5的外层包裹有固体绝缘层，固体绝缘层由环氧树脂和硅橡胶构成。

金属外壳1是由3-6mm的不锈钢材料冲压、焊接而成，除了必要的母线连接点和控制线路连接点外，金属外壳形成了一个连续并且封闭的金属压力容器，在设计加工过程中对金属外壳的承压能力和密封能力都经过严格的设计和测试，金属外壳完全隔离了设备内外两部分的空间，正常条件下内外空间相互之间的气体不能对流和交换。

设备正常工作时，封闭的金属容器内部充入干燥的压缩空气，压缩空气压力高于环境气压或水压；即使由于工艺缺陷导致金属外壳出现细微的渗漏，渗漏方向始终是向外的，即只可能是内部的压力空气向外流动，外部潮湿气体或水分对设备内部零部件的正常工作条件没有影响。设备内部压缩空气的干燥程度和压力由压力与湿度控制单元4进行闭环控制，当内部空气温度和湿度都较低时，调控装置启动加热器对内部空气进行加热，当设备内部空气量不足以维持内部正常工作压力时，在气压控制单元的控制下安装在设备内部的压缩气瓶的出口阀门被打开，适量的压缩空气补充到设备内部，新释放的部分干燥的压缩空气可以帮助维持设备内部的压力状态。

公共母线系统2分为A、B、C三相，包括水平母线系统、垂直母线系统及与各分支母线的接点，水平母线系统的两端为锥形的可插拔式母线连接单元，垂直母线系统的两端设有锥形的可插拔式母线连接点。水平母线系统分位三相，各相在水平方向上等距离分布，间隔距离由额定电压和固体绝缘强度决定，并留有适当的余量，母线本体用固体绝缘材料包裹，在各水平母线两端是锥形的可插拔式的母线连接单元，母线连接单元具有良好的固体绝缘层和防水措施，母线连接单元一方面固定在开关单元的金属外壳上，实现不同开关设备间母线系统的连接，另一方面也起到支撑和固定水平母线的作用；开关设备内部的垂直母线系统从开关设备上部并行延伸到设备下部，把所有固体绝缘开关单元一次回路连接起来，所有的垂直母线均被固体绝缘材料严密包裹，具备良好的绝缘强度，在垂直母线的上有专用的锥形的可插拔式母线连接点；分支母线连接点也是固体绝缘的插拔式结构，具有密封能力，结构上和开关设备间母线连接单元相似的结构。

可互换固体绝缘开关单元3是一个整体单元，具有标准的电气参数和外部安装连接尺寸(相同电压和电流等级的单元可以完全互换的)，包括六个一次母线插拔接口和具有多个防水三次连接端子的标准可互换单元，三个一次母线插拔接口连接到垂直的固体绝缘母线上，其余三个一次母线插拔接口通过连接到安装在开关设备后部的插拔式馈线接口。

在六个一次母线插拔接口安装的一体化固体绝缘件内分支的一次母线穿过了可互换固体绝缘开关单元3内部的真空灭弧单元，真空灭弧单元在绝缘件外部机械操作机构的控制下实现回路的分合控制，可互换固体绝缘开关单元3在总体上包含了一体化浇注的固体绝缘一次部件和操作测量组件，两个部分通过单元金属框架固定在一起。

可互换固体绝缘开关单元3的操作测量组件包含了机械操作机构，保护和测量装置在及其它辅助控制部分，所述可互换固体绝缘开关单元3的开关采用真空灭弧，真空灭弧室及所有一次回路部件均被硅橡胶和环氧绝缘材料完全包裹，绝缘材料的厚度满足在正常空气条件下运行所需要的绝缘强度和爬电距离的要求；固体绝缘开关单元3所有外部一次连接点和二次连接点除了考虑绝缘强度和爬电距离等因素外还采取了可靠的防水措施，可以防止单元外部的潮湿气体和水分与低压一次回路接触，提高了固体绝缘开关单元的可靠性；可互换固体绝缘开关单元3中开关的分、合、储能等均采用电动操作，即采用电机驱动的储能和电磁线圈驱动的分合操作，储能电机也加强了动密封能力。

压力及湿度控制单元4设置在正压力全密封固体绝缘特种设备的最底部，包括温度及湿度传感器、压力传感器和压力及湿度调控装置。压力及湿度控制单元4实现压力、湿度两个量的闭环调节，开关设备底部的压缩气瓶储存了压力远高于设备内部正常空气压力的干燥空气，当内部空气温度和湿度都较低时，调控装置启动加热器对内部空气进行加热；当设备内部气体向外泄漏超出临界水平，内部压力下降较多并且内部空气量不足以维持正常的内部气压时，调控装置打开干燥压缩空气储气单元5的出口阀门，适量的高压压缩空气进入开关设备内部空间，提高内部设备空间干燥压缩空气的总量。

正压力全密封固体绝缘开关特种设备还包括固体绝缘接地隔离单元，固体绝缘接地隔离单元由上下六个母线连接端口、密闭容腔、移动导电柱和接地端口构成。固体绝缘接地隔离单元具有出线端接地、隔离和工作三个位置，通过移动导电柱沿密闭容腔滑动实现。在出线端接地位置，移动导电柱位于后部，使单元下部的三个出线端口导体与接地母线连接；在隔离位置，移动导电柱位于中部，三个出线端口悬空，与上部的进线端口和接地端口都不连接；在工作位置，移动导电柱位于最前端，三个出线端口和上部的三个进线端口分别相连。

正压力全密封固体绝缘开关特种设备内部所有一次回路的连接点都采用了外部固体绝缘的插拔式结构，结构上采取严密的防泄漏措施防止绝缘界面内外的气体相互流动，设备内部所有一次回路的连接点也采用防水的可插拔接头。公共母线系统2、可互换固体绝缘开关单元3、压力及湿度控制单元4与干燥压缩空气储气单元5通过螺钉固定在金属外壳1上。

虽然设备内部的干燥压缩空气具有实际的绝缘效果，但是在设计和测试过程中设备一次回路的绝缘和爬电距离是通过完全封闭的固体绝缘层保证的，设备一次回路及所有连接点均被绝缘材料完全包裹，所以即使设备内部严重渗入潮湿气体和水分也不会立即显著影响设备的安全运行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：包括全密封的防腐蚀金属外壳(1)，金属外壳(1)上设置有公共母线系统(2)，所述公共母线系统(2)一端连接有可互换固体绝缘开关单元(3)，可互换固体绝缘开关单元(3)未与公共母线系统(2)连接的另一端连接有压力及湿度控制单元(4)，在可互换固体绝缘开关单元(3)与压力及湿度控制单元(4)的一侧设有干燥压缩空气储气单元(5)，在公共母线系统(2)、可互换固体绝缘开关单元(3)、压力及湿度控制单元(4)与干燥压缩空气储气单元(5)的外层包裹有固体绝缘层，所述的压力及湿度控制单元(4)包括温度及湿度传感器、压力传感器和压力及湿度调控装置，特种设备还包括加热器；设备内部压缩空气的干燥程度和压力由压力与湿度控制单元(4)进行闭环控制，当内部空气温度和湿度都较低时，调控装置启动加热器对内部空气进行加热，当设备内部空气量不足以维持内部正常工作压力时，在调控装置的控制下安装在设备内部的压缩气瓶的出口阀门被打开，适量的压缩空气补充到设备内部。

2.根据权利要求1所述的正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：所述的金属外壳(1)是由3-6mm的不锈钢材料冲压、焊接而成。

3.根据权利要求1所述的正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：所述的公共母线系统(2)包括水平母线系统和垂直母线系统，水平母线系统的两端为锥形的可插拔式母线连接单元，垂直母线系统的两端设有锥形的可插拔式母线连接点。

4.根据权利要求1所述的正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：所述的可互换固体绝缘开关单元(3)包括六个一次母线插拔接口和具有多个防水三次连接端子的标准可互换单元。

5.根据权利要求1所述的正压力全密封固体绝缘开关特种设备，其特征在于：所述的公共母线系统(2)、可互换固体绝缘开关单元(3)、压力及湿度控制单元(4)与干燥压缩空气储气单元(5)通过螺钉固定在金属外壳(1)上。