CN102364783A - 一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，该装置有隔爆壳体，隔爆壳体内分为二次仪表隔爆腔、第一隔爆兼正压充气腔、第二隔爆兼正压充气腔和隔爆直流操作电源腔/隔爆出线腔；所述第一隔爆兼正压充气腔和第二隔爆兼正压充气腔内均设有一次回路带电元件；所述一次回路主接线采用固定式接线，一次回路带电元件及母线置于所述第一隔爆兼正压充气腔内和所述第二隔爆兼正压充气腔内；所述第一隔爆兼正压充气腔和所述第二隔爆兼正压充气腔内均充有惰性气体，所述第一隔爆兼正压充气腔或第二隔爆兼正压充气腔外部设有气体绝缘监视继电器。

Description

一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置

技术领域

本发明属于电力系统中的配电装置领域，特别涉及一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置。

背景技术

在高压开关柜的发展过程中绝缘技术起到了举足轻重的作用，目前高压开关柜中使用的主要绝缘技术有空气绝缘、气体绝缘两种。

基于空气绝缘技术的高压开关柜高压带电体间完全依靠外界空气作为绝缘介质，开关柜中部分带电体与空气直接接触，这是在高压开关柜中使用最广泛的技术，其特点是技术成熟、结构简单便于维护，缺点是电气性能会因周围环境、海拔高度变化而改变。

基于气体绝缘技术的高压开关柜(C-GIS)是将高压一次元件及母线在密闭箱体中，箱内充填电气性能稳定的气体作为开关设备的绝缘介质。其优点是：电气性能不受外界环境的影响，电气性能稳定设备可靠性高。

目前，煤矿井下在有爆炸性危险的场所使用的矿用隔爆型高压配电装置采用空气绝缘技术，如图1所示，图1为传统地矿用隔爆型高压配电装置正面整体示意图。如图2所示，图2为传统地矿用隔爆型高压配电装置元件布置剖面图。如图3所示，图3为传统地矿用隔爆型高压配电装置一次主线元件连接图。高压开关柜一次回路主接线有固定式和手车式两种结构。目前，煤矿井下在有爆炸性危险的场所使用的矿用隔爆型高压配电装置采用固定式结构。

目前国内煤矿已经基本实现综合机械化采煤，供电网路经深入到了井下的各个生产环节，高可靠性的供电系统是煤矿实现高产高效的保证，在煤矿井下供电网络中采用性能稳定、适应性强、维护量少、智能化高的供电设备是保证煤矿安全用电的关键。但是，目前在煤矿井下使用的矿用隔爆型高压配电装置在可靠性和安全性等方面易受多种因素影响。

目前矿用隔爆型高压配电装置采用的是空气绝缘技术，其技术成熟、结构简单便于维护，但是其电气性能会因周围环境、海拔高度变化而改变。

当煤矿井下爆炸性气体的渗入该设备内部时，可能会发生腔内爆炸破坏设备内的元器件，从而影响煤矿井下的供电安全和正常生产。

煤矿井下空间狭窄、通风不畅，污秽空气必然会加剧矿用隔爆电气设备中绝缘子、套管及母线的污染，严重时将引起电力设备发生绝缘闪络，引发事故。

空气湿度的影晌，在密闭的腔体内由于温差效应在裸露的导电发热部位形成凝露；同时由于气体放电参数随绝对湿度的增加而增大，使绝缘外壳表面的最短距高(爬电距离)减小，引起表面放电现象。

随着海拔的升高，气体密度减小，又增大了空气间隙被电击穿的可能性，致使设备的绝缘水平下降。

矿用隔爆型高压配电装置一次主回路采用插接式接线，在日常运行过程中，容易出现开关动、静触头松动、操作弹簧电气性能下降等现象，导致触头或联接部位温升超过环境温度，造成开关触头出现发热现象，严重时还可能造成开关设备烧毁等事故。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，来解决传统地矿用隔爆装置的安全隐患。

为实现上述发明目的，本发明提出一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，该装置有隔爆壳体，隔爆壳体内分为隔爆直流操作电源腔/隔爆出线腔、第一隔爆兼正压充气腔、第二隔爆兼正压充气腔和二次仪表隔爆腔；所述第一隔爆兼正压充气腔和第二隔爆兼正压充气腔内均设有一次回路带电元件；所述一次回路主接线采用固定式接线，一次回路带电元件及母线置于所述第一隔爆兼正压充气腔内和所述第二隔爆兼正压充气腔内；

所述第一隔爆兼正压充气腔和所述第二隔爆兼正压充气腔内均充有惰性气体，所述第一隔爆兼正压充气腔或第二隔爆兼正压充气腔外部设有气体绝缘监视继电器。

所述一次回路主接线的固定式接线方式分为进线+PT方式和出线/联络方式。

所述进线+PT方式下一次回路带电元件包括主母线、三工位隔离开关、熔断器和电压互感器；所述出线/联络方式下一次回路带电元件包括主母线、三工位隔离开关和真空断路器。

所述进线+PT方式下的第一隔爆兼正压充气腔内设有电压互感器；所述出线/联络方式下的第一隔爆兼正压充气腔内设有断路器。

所述第二隔爆兼正压充气腔内设有主母线和三工位隔离开关。

所述三工位隔离开关均设置在一次回路主接线的进线端。

所述进线+PT方式下的隔爆直流操作电源腔内设有直流操作电源，所述出线/联络方式下的隔爆出线腔内设有电缆出线。

所述进线+PT方式下的二次仪表隔爆腔内设有微机综合保护设备；所述出线/联络方式下的二次仪表隔爆腔内设有微机综合保护设备和断路器操作机构。

本发明具有如下特点：一次主回路采用固定式接线解决矿用隔爆型高压配电装置一次主回路使用插接式接线易引发触头故障的问题，从而提高了设备运行的可靠性。由于矿用隔爆兼正压型高压配电装置的一次元件均密封于封闭的正压充气腔内，使腔内元件始终处于正压纯净气体中，电气性能不受空气湿度和海拔高度的影响，因而电气性能稳定。在正压充气腔内充填纯净N₂，避免了因污秽、凝露引起的绝缘故障和金属件的氧化锈蚀，因此，可靠性高。正压充气腔配有气体绝缘监视继电器，当气腔内的压力或密度发生变化影响到开关柜电气性能时，能够及时发出报警和分闸信号，避免电气事故的发生和扩大。模块化双气腔结构通用性强、便于气腔的维护和设备运行，在更换前部气腔时不影响其他装置的工作。矿用隔爆兼正压型高压配电装置的进线端配有三工位隔离开关，将隔离功能和接地功能合一，减少了电气元件，方便了设备的检修。二次操作电源采用直流供电，可以保证任何情况下断路器的可靠工作。

附图说明：

图1为传统地矿用隔爆型高压配电装置正面整体示意图；

图2为传统地矿用隔爆型高压配电装置元件布置剖面图；

图3为传统地矿用隔爆型高压配电装置一次主线连线图；

图4为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置腔体正面示意图；

图5为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置出线/联络方案元件布置剖面图；

图6为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置出线/联络方案一次主线连线图；

图7为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置进线+PT方案元件布置剖面图；

图8为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置进线+PT方案一次主线连线图；

图9为本发明提出的矿用隔爆兼正压型高压配电装置的10kV供电系统图。

具体实施方案：

下面结合实施例和说明书附图对本发明进行进一步说明。

如图4所示，图4为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置腔体正面示意图。本发明的配电装置采用模块化双气腔结构。包括：隔爆出线腔14/隔爆直流操作电源腔14、第一隔爆兼正压充气腔12、第二隔爆兼正压充气腔13和二次仪表隔爆腔11。第一隔爆兼正压充气腔12和第二隔爆兼正压充气腔13统称为正压充气腔7。正压充气腔7内充填纯净N2。在正压充气腔7外部安装气体绝缘监视继电器10，监视正压充气腔内部N2的压力和密度。

如图5所示，图5为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置出线/联络方案元件布置剖面图。如图6所示，图6为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置出线/联络方案一次主线连线图。从图5和图6可知，元件包括：主母线1、电压互感器3(PT)、三工位隔离开关8、插拔式熔断器9和气体绝缘监视继电器10。如图7所示，图7为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置进线+PT方案元件布置剖面图。如图8所示，图8为本发明提出的矿用隔爆型高压配电装置进线+PT方案一次主线连线图。元件包括：主母线1、真空断路器2、电压互感器3(PT)、电流互感器4(CT)和接插件5。一次回路主接线采用固定式结构，解决了使用插接式接线易引发触头故障的问题，从而提高了设备运行的可靠性，根据功能要求主接线分为“进线+PT”和“出线/联络”两个方案。

进线端设三工位隔离开关8用于电气隔离和检修，隔离开关设有“合”、“分”、“接地”三种状态，方便电气系统设备的运行和检修。

采用气体绝缘技术，根据方案的不同将一次回路带电元件：主母线1、三工位隔离开关8、真空断路器2、电压互感器3及元件间母线布置于正压充气腔7中，解决矿用隔爆型高压配电装置中电气元件存在的受环境和海拔高度影响问题，从而提高矿用隔爆型高压配电装置的安全性。

二次操作电源由大容量PT提供，采用直流操作，由布置于“进线+PT”方案后下部的直流操作电源隔爆腔中的直流开关电源向微机综保提供操作电源、向断路器供电分合闸电源。

正压充气腔7、电缆进出线、二次微机保护等均有隔爆外壳6防护，保证整个装置符合煤矿井下使用条件。

某矿井下新建采区变电所一座，变电所采用新型《矿用隔爆兼正压型高压配电装置》12台，其中进线+PT柜2台、联络柜3台、联络+出线柜3台、出线柜4，用于采区负荷的供电。如图9所示，图9为本发明提出的矿用隔爆兼正压型高压配电装置的10kV供电系统图。

设备正常工作流程如下(以进线1工作、进线2带电备用为例)：

1)送电前经检测本系统中的各设备均处完好状态；

2)将各回路三工位隔离8开关处于“合”位置，断路器处于“分”位置；

3)由进线1本系统供电，二次直流电源获得由进线PT柜AH101提供的外部电源，各回路的断路器2处于允许合闸状态；

4)一段母线联络柜AH102断路器2合闸，一、二段母线间联络柜AH1062断路器2合闸；

5)一、二段母线带电，各馈出线回路根据负荷用电需求进行断路器2的分合闸操作。

6)当进线1电源消失或故障时时，二次操作及断路器分闸电源由直流后备电池提供，保证各回路断路器可靠分闸。同时直流后备电池可以保证二段母线联络柜AH202断路器2合闸，保证井下用电的连续。

用电设备检修时工作流程如下(以检修AH104柜负荷检修为例)：

1)AH104柜断路器2分闸；

2)AH104柜三工位隔离8开关处于“分”位置；

3)AH104柜断路器2合闸；

4)AH104柜三工位隔离8开关处于“接地”位置；

5)开始进线设备检修。

装置设备检修时工作流程如下(以检修AH104柜检修为例)：

1)AH104柜断路器2分闸；

2)AH104柜三工位隔离8开关处于“分”位置；

3)打开隔爆门进行装置维护。

本发明具有如下优势：

1)矿用隔爆兼型高压配电装置采用交流操作，当电源失电时仅能手动分合闸，本发明采用直流操作，可以保证矿用隔爆兼正压型高压配电装置在电源失电情况下可靠电动分合闸。

2)矿用隔爆兼型高压配电装置没有专用接地刀，设备检修时需要临时建立检修端的接地，本发明设有接地刀方便设备的维修。

3)矿用隔爆兼型高压配电装置为空气绝缘，长期使用后内部元件受粉尘、潮气影响元件的故障几率随使用时间的增加而增加，本发明主要元件置于正压充气腔内，元件工作状态稳定，大大降低了设备维修的次数。

4)矿用隔爆兼型高压配电装置一次接线为插接式，长期使用后触头易松动，造成电气接触不良，本发明采用固定式接线，始于长期使用。

矿用隔爆兼正压型高压配电装置的安装方式与矿用隔爆型高压配电装置相同，但设备维护简单、供电系统可靠性高，特别是煤矿发生灾害后，仅需对矿用隔爆兼正压型高压配电装置简单维护皆可恢复供电，加快了煤矿恢复生产的速度。

矿用隔爆兼正压型高压配电装置较矿用隔爆型高压配电装置主要技术性能比较见下表：

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，该装置有隔爆壳体，隔爆壳体内分为二次仪表隔爆腔、第一隔爆兼正压充气腔、第二隔爆兼正压充气腔和隔爆直流操作电源腔/隔爆出线腔；所述第一隔爆兼正压充气腔和第二隔爆兼正压充气腔内均设有一次回路带电元件；所述一次回路主接线采用固定式接线，一次回路带电元件及母线置于所述第一隔爆兼正压充气腔内和所述第二隔爆兼正压充气腔内；

所述第一隔爆兼正压充气腔和所述第二隔爆兼正压充气腔内均充有惰性气体，所述第一隔爆兼正压充气腔或第二隔爆兼正压充气腔外部设有气体绝缘监视继电器。

2.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述一次回路主接线的固定式接线方式分为进线+PT方式和出线/联络方式。

3.根据权利要求2所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述进线+PT方式下一次回路带电元件包括主母线、三工位隔离开关、熔断器和电压互感器；所述出线/联络方式下一次回路带电元件包括主母线、三工位隔离开关和真空断路器。

4.根据权利要求2所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述进线+PT方式下的第一隔爆兼正压充气腔内设有电压互感器；所述出线/联络方式下的第一隔爆兼正压充气腔内设有断路器。

5.根据权利要求1所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述第二隔爆兼正压充气腔内设有主母线和三工位隔离开关。

6.根据权利要求3或5所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述三工位隔离开关均设置在一次回路主接线的进线端。

7.根据权利要求2所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述进线+PT方式下的隔爆直流操作电源腔内设有直流操作电源，所述出线/联络方式下的隔爆出线腔内设有电缆出线。

8.根据权利要求2所述的一种矿用隔爆兼正压型高压配电装置，其特征在于，所述进线+PT方式下的二次仪表隔爆腔内设有微机综合保护设备；所述出线/联络方式下的二次仪表隔爆腔内设有微机综合保护设备和断路器操作机构。

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