CN103311840B - 环网开关柜用固体组合单元 - Google Patents

Abstract

一种环网开关柜用固体组合单元，解决了现有的固体绝缘环网柜存在的不密封或密封不严，三工位隔离接地开关无可视断口的问题，该环网开关柜用固体组合单元包括三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块，其技术要点是：三工位隔离接地开关模块是由小型模块化操动机构和具有可视断口的三工位隔离接地开关极柱组成，真空断路器及负荷开关模块是由真空断路器及负荷开关极柱和小型多功能操动机构组成，真空断路器及负荷开关模块和三工位隔离接地开关模块的通用连接法兰之间，用硅橡胶密封圈密封，并用螺栓连接固定。其结构紧凑，设计合理，部件容易实现模块化，断口可见以及绝缘强度高，互换性好，便于安装、调试，使用安全可靠。

Description

环网开关柜用固体组合单元

技术领域

本发明涉及一种环网供电和终端供电用的开关设备，特别是一种小型模块化结构的固定式环网开关柜用固体组合单元。它主要用于城市建筑、商场、公用事业、机场、铁路、交通、煤炭、化工、钢铁、工矿企业及输变电站和发电厂等场所的环网开关柜。

背景技术

环网开关柜（环网柜）是组装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的高压开关设备，其核心部分大多采用真空断路器及负荷开关和隔离开关，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。环网柜按绝缘介质一般分为空气绝缘、固体绝缘和六氟化硫（SF6）绝缘三种，是环网供电和终端供电的重要开关设备。空气绝缘柜的各电器元件及导电回路暴露在空气中，体积大并且耐环境差，适用于一般的运行环境。随着电力市场的发展和高压开关技术的进步，体积庞大的空气绝缘柜，如GG-1A已经被体积较小的XGN2及体积更小的SF6充气柜所代替。但SF6气体是“京都议定书”明确的温室气体之一，对环境影响极大，已限制使用。

现有固体绝缘环网柜在运行中，仍存在一定的隐患。其断路器固封极柱安装时，要么是敞开的，要么是封闭不严，一旦其绝缘表面被异物和潮气等污染，就会发生漏电甚至短路事故，危及运行安全；隔离接地开关不具备关合短路电流的能力，不存在可视断口。由于隔离功能的安全可靠性是致命的，在隔离断口方面，目前主流产品仍采用传统的、空气绝缘的隔离、接地开关和隔离接地三工位开关。如公布号为CN102664363A的“固体绝缘真空环网柜”，记载的结构是标准电缆头、标准硅橡胶干式母线通过螺钉安装在柜体中的真空开关单元上，将标准电缆头、标准硅橡胶干式母线分别安装在固封极柱的电缆插头和母线插头上。采用的是三工位真空灭弧室，其自身具有合闸、分闸隔离、接地共三个工作位置，简化了开关的结构；工作过程中不产生有害物质，具有环保性，减少了设备的维护、延长了使用寿命。但是由于采用真空灭弧室做隔离开关，其断口不可见，一但发生机械故障或者真空灭弧室漏气，将危及人身安全，且不符合标准要求。其真空灭弧室水平放置，瓷壳受横向力作用，易破裂，且操作绝缘子导向套摩擦阻力大。断路器进线存在不密封或密封不严的问题。如公告号为CN202230967U的“户内高压真空断路器、隔离和接地开关组合电器”，公开的一体化结构复杂，实际操作中，对中心很难控制，且隔离开关为单纯的空气绝缘，没有固体绝缘，不具备快速合闸功能，不具有关合短路电流的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种环网开关柜用固体组合单元，解决了现有的固体绝缘环网柜存在的不密封或密封不严，三工位隔离接地开关无可视断口的问题，其结构紧凑，设计合理，部件容易实现模块化，断口可见以及绝缘强度高，互换性好，便于安装、调试，使用安全可靠。

本发明所采用的技术方案是：该环网开关柜用固体组合单元包括三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块，三工位隔离接地开关模块是由小型模块化操动机构和具有可视断口的三工位隔离接地开关极柱组成，真空断路器及负荷开关模块和三工位隔离接地开关模块的连接法兰之间，用硅橡胶密封圈密封，并用螺栓连接固定，其特征在于：所述小型模块化操动机构包括三工位隔离接地开关极柱用安装架及利用安装架上的轴承座和支架组装的转轴和机构本体，转轴采用外周为六方的空心轴，空心轴内腔设置有直板扭簧，空心轴和直板扭簧的一端利用同一轴套组装在轴承座上，轴套的横截面内周为六角形，外周为圆形；机构本体包括夹板式框架，组装在框架内的棘轮，与棘轮外周相啮合的棘爪，凸轮，驱动凸轮的轴转动的操作轴，机构本体固定于安装架另一端的支架上，空心轴的另一端与机构本体的棘轮同轴固定连接，一起转动，凸轮的轴心与棘轮的轴心位于同一轴线上，操作轴驱动凸轮转动，带动不同位置上的棘爪分别与棘轮离合，使棘轮和空心轴同时转动或同时停止，直板扭簧的另一端与凸轮的轴固定连接，并随凸轮转动完成能量的储存，随棘轮和空心轴的转动完成能量的释放；三工位隔离接地开关极柱的上、下出线端的连接法兰结构相同；真空断路器及负荷开关模块由小型模块化结构的真空断路器及负荷开关极柱和小型多功能操动机构组成，真空断路器及负荷开关极柱的表链触指连接座的左、右出线端的连接法兰结构相同，安装输出静触头的输出静触座的出线端法兰与三工位隔离接地开关极柱上、下出线端的连接法兰结构相同；小型多功能操动机构包括组装有传输轴及输出连杆组的极柱安装架和机构主体，机构主体的夹板框架通过输出连杆组支架与极柱安装架组装在一起，实现空合空分操作的储能合闸簧和储能分闸簧位于同一夹板框架内，机构主体的夹板框架上组装有自动手动一体化储能电机，自动手动一体化储能电机轴上同轴固定小链轮和棘轮，小链轮通过链条连接大链轮，固定在传输轴端部的传输轴拐臂利用连杆与输出轴拐臂铰接，输出轴拐臂另一端连接储能分闸簧，与大链轮同轴组装的凸轮轴组件的拉杆通过双排链连接储能合闸簧。

所述三工位隔离接地开关极柱包括采用环氧树脂制成的外壳，封装在外壳绝缘腔体内的静刀安装孔、空心轴拐臂、空心轴支架、连板、刀架、隔离刀、刀座、表链触指连接座、接地座，密封外壳的密封垫和后封板；小型模块化操动机构的机构本体的操作轴驱动凸轮的轴转动，凸轮外周的凸台顶开棘爪，直板扭簧释放能量驱动棘轮和空心轴转动，直到棘轮被下一棘爪顶住停止转动。

所述真空断路器及负荷开关极柱包括采用环氧树脂制成的外壳，封装在外壳绝缘腔内的真空灭弧室、表链触指连接座和安装输出静触头的输出静触座，导电软连接及绝缘拉杆；小型多功能操动机构的自动手动一体化储能电机轴上同轴固定小链轮和棘轮，小链轮通过链条连接大链轮，合、分闸电磁铁或合、分闸按钮分别推动合、分闸半轴转动的同时，带动扣锁储能合、分闸簧的合、分闸挚子脱扣，释放能量的储能合、分闸簧分别带动输出轴转动，在输出轴转动的同时，带动通过连杆和传输轴拐臂铰接的传输轴转动，传输轴带动输出连杆组实现断路器或负荷开关的合、分闸操作。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明由三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块组成，三工位隔离接地开关模块的上下两出线端采用相同结构的法兰结构，真空断路器及负荷开关模块可以分别安装在三工位隔离接地开关模块上、下端，组成下、上隔离结构环网开关柜用固体组合单元，所以其结构紧凑，设计合理，部件容易实现模块化，互换性好，便于安装、调试，三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块可以任意组合，通用性强。三工位隔离接地开关模块具有观察可视断口的观察窗，可以观测到电路的关合，隔离和接地的工作状态。三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块之间的连接法兰，用硅橡胶密封，螺栓固定，使用安全可靠，是一种全密封全绝缘的固体环网柜用组合单元，不仅绝缘强度高，而且断口可见。因此，本发明解决了现有空气绝缘环网柜存在的体积大、供电连续性差以及SF6污染环境等问题；解决了现有的固体绝缘环网柜存在的不密封或密封不严，三工位隔离接地开关无可视断口的问题。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步的描述。

图1是本发明的一种下隔离结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图3沿A-A线的剖视图；

图5是本发明的一种上隔离结构示意图；

图6是图5的侧视图；

图7是图5的俯视图；

图8是图6沿B-B线的剖视图。

图中序号说明：1真空断路器及负荷开关模块、2三工位隔离接地开关模块、3小型多功能操动机构、4真空断路器及负荷开关极柱、5三工位隔离接地开关极柱、6小型模块化操动机构、7输出连杆组、8传输轴、9真空断路器及负荷开关极柱的外壳、10隔离刀、11观察窗、12三工位隔离接地开关极柱的外壳、13接地座、14三工位隔离接地开关极柱的表链触指连接座、15刀座、16空心轴支架、17空心轴拐臂、18连扳、19刀架、20后封板、21密封垫、22硅橡胶密封圈、23输出静触头、24真空灭弧室、25真空断路器及负荷开关极柱的表链触指连接座、26导电软连接、27绝缘拉杆、28输出导电棒、29静刀安装孔。

具体实施方式

根据图1～8详细说明本发明的具体结构。该环网开关柜用固体组合单元包括真空断路器及负荷开关模块1和三工位隔离接地开关模块2。根据实际使用要求，可以由位于上部的真空断路器及负荷开关模块1和下部的三工位隔离接地开关模块2组成下隔离结构环网开关柜用固体组合单元。其中真空断路器及负荷开关模块1的输出静触头23安装在三工位隔离接地开关模块2出线端的静刀安装孔29上，连接法兰之间用硅橡胶密封圈22密封，螺栓连接固定。也可以由位于上部的三工位隔离接地开关模块2和位于下部的真空断路器及负荷开关模块1组成上隔离结构环网开关柜用固体组合单元。只是需要将真空断路器及负荷开关模块1的输出静触头23替换为输出导电棒28，安装在三工位隔离接地开关极柱的表链触指连接座14上，连接法兰之间用硅橡胶密封圈22密封，螺栓连接固定。

上述三工位隔离接地开关模块2是由小型模块化操动机构6和具有可视断口的三工位隔离接地开关极柱5组成。其中三工位隔离接地开关极柱5包括采用环氧树脂制成的外壳12，封装在外壳12绝缘腔体内上出线端的静刀安装孔29、空心轴拐臂17、空心轴支架16、连板18、刀架19、隔离刀10、刀座15、下出线端的表链触指连接座14、接地座13，密封外壳12的密封垫21和后封板20等件。隔离刀10可以采用铬铜材料制造，使其具有关合短路电流的能力。外壳12绝缘腔体内部可以是空气或充惰性气体、氮气绝缘。在外壳12的侧壁上，设置能够观察到内部隔离刀10所处断口位置的可视隔离刀10分断的观察窗11，使隔离断口易于观察。因外壳12利用密封垫21和后封板20形成密闭绝缘腔体，故可以实现极柱5的绝缘腔体与外界的完全隔离；还可以在外壳12的外表面喷金属漆层或半导电层。这样不仅可触摸，而且不会对人体产生伤害；并可以利用接地座13直接接地，以进一步提高隔离的安全可靠性。在静刀安装孔29的上出线端和表链触指连接座14的下出线端分别设置结构相同的连接法兰，以便与真空断路器及负荷开关极柱4的安装输出静触头23的输出静触座出线端法兰连接，根据实际需要组成上隔离开关下断路器的上隔离型组合单元，或组成上断路器下隔离开关的下隔离型组合单元。

小型模块化操动机构6包括极柱用安装架、利用安装架上的轴承座和支架组装的转轴及机构本体等部件。其中转轴的结构采用外周为六方的空心轴，空心轴内腔设置有直板扭簧，空心轴和直板扭簧的一端利用横截面内周为六角形，外周为圆形的同一轴套组装在轴承座上。机构本体包括夹板式框架，组装在框架内的棘轮，棘爪，凸轮，驱动凸轮的轴转动的操作轴等件。与棘轮外周相啮合的多个棘爪分别是：分闸棘爪、合接地棘爪、分接地棘爪和合闸棘爪。机构本体固定在安装架另一端的支架上。空心轴的另一端与棘轮同轴固定连接，一起转动。凸轮的轴心与棘轮的轴心位于同一轴线上。操作轴驱动凸轮转动，可以带动不同位置上的棘爪分别与棘轮的离合，使棘轮和空心轴同时转动或同时停止。直板扭簧的另一端与凸轮轴固定连接，并随凸轮转动而完成能量的储存，也可随棘轮和空心轴的转动而完成能量的释放。当操作轴驱动凸轮的轴转动，而棘轮被多个棘爪中的一个顶住不再转动时，则直板扭簧此时被储能。当转动的凸轮外周的凸台顶开各棘爪中的一个时，直板扭簧就释放能量，从而驱动棘轮和空心轴转动，直到棘轮被下一个棘爪顶住时，停止转动。利用小型模块化操动机构6驱动三工位隔离接地开关极柱5的空心轴拐臂17转动，空心轴拐臂17带动通过连扳18铰接的刀架19推动隔离刀10绕刀座15转动，使隔离刀10与上部安装在静刀安装孔29里的静刀（静触头23）分开，实现与带电体的分离。继续操作小型模块化操动机构6，将隔离刀10与接地座13接通，实现可靠接地。此时可以安全的进行检修等维护工作。隔离刀10所处断口位置的工作状态，关合、隔离、接地可以通过观察窗11观测到。通过弹簧可以分别实现各棘爪的复位。

上述真空断路器及负荷开关模块1是由真空断路器及负荷开关极柱4和小型多功能操动机构3组成。其中真空断路器及负荷开关极柱4包括采用环氧树脂制成的外壳9，封装在外壳9绝缘腔内的真空灭弧室24、表链触指连接座25和安装输出静触头23的输出静触座，导电软连接26及绝缘拉杆27等件。真空断路器及负荷开关极柱的表链触指连接座25的左、右出线端的连接法兰结构相同，安装输出静触头23的输出静触座的出线端法兰与三工位隔离接地开关极柱5的上、下出线端的连接法兰结构相同。

上述小型多功能操动机构包括组装有传输轴8及输出连杆组7的极柱安装架和机构主体等件。其中极柱安装架是安装真空断路器及负荷开关极柱4和机构主体的固定部件。极柱安装架可以根据不同的极柱设计成不同的结构样式，以便于组成不同的真空断路器及负荷开关模块。机构主体包括夹板框架，组装在夹板框架上的自动手动一体化储能电机，输出轴及输出轴拐臂，由凸轮、凸轮的轴和拉杆等构成的凸轮轴组件，由大链轮、小链轮和链条构成的链轮组件，储能分、合闸簧，分、合闸半轴，分、合闸挚子，分、合闸电磁铁，分、合闸按钮，棘轮和棘爪等件。机构主体的夹板框架通过输出连杆组支架与极柱安装架组装在一起。输出轴通过连杆与传输轴8端部上的传输轴拐臂铰接。传输轴拐臂和输出连杆组7组成连杆机构用于拉动绝缘拉杆27。储能合闸簧和储能分闸簧位于同一夹板框架内，可以实现空合空分操作。固定在传输轴8端部的传输轴拐臂利用连杆与输出轴拐臂铰接，输出轴拐臂的另一端连接储能分闸簧。自动手动一体化储能电机的轴上同轴固定小链轮和棘轮，小链轮通过链条连接大链轮，与大链轮同轴组装的凸轮轴组件的拉杆，通过导向轮支撑的双排链连接储能合闸簧。利用合、分闸电磁铁或合、分闸按钮分别推动合、分闸半轴转动，合、分闸半轴带动扣锁储能合、分闸簧的合、分闸挚子脱扣，使储能合、分闸簧松开释放能量。释放能量的储能合、分闸簧分别带动输出轴转动，在输出轴转动的同时，带动通过连杆和传输轴拐臂铰接的传输轴8转动，传输轴8带动输出连杆组7实现断路器及负荷开关的合、分闸操作。

以下通过对位于上部的真空断路器及负荷开关模块1和下部的三工位隔离接地开关模块2组成的下隔离结构环网开关柜用固体组合单元的合闸、分闸隔离、接地共三个工位的操作，进一步描述本发明的使用工况。当使用操作手柄顺时针操动三工位隔离接地开关模块2的小型模块化操动机构6时，小型模块化操动机构6的操作轴驱动凸轮的轴转动，而棘轮被多个棘爪中的一个顶住不再转动时，则直板扭簧此时被储能。当转动的凸轮外周的凸台顶开多个棘爪中的一个时，直板扭簧就释放能量，从而驱动棘轮和空心轴转动，直到棘轮被下一棘爪顶住时，停止转动。使用操作手柄使小型模块化操动机构6的操作轴驱动凸轮转动，转动的凸轮使直板扭簧释放能量，并通过空心轴转动带动空心轴拐臂17移动，空心轴拐臂17带动通过连扳18铰接的刀架19推动隔离刀10绕刀座15转动，使隔离刀10与上部安装在静刀安装孔29里的静刀（静触头23）接触，实现快速合闸操作。当小型模块化操动机构6的操作轴使隔离刀10与静刀分开时，与带电体分离，实现快速分闸隔离操作；当小型模块化操动机构6的操作轴使隔离刀与接地座13接触时，实现快速接地操作。

三工位隔离接地开关极柱5的外壳12和真空断路器及负荷开关极柱4的外壳9，外表面均喷金属漆层或半导电层，并直接接地。这样不仅可触摸，而且不会对人体产生伤害；并可以利用接地座13直接接地，以进一步提高隔离的安全可靠性。

Claims (3)

1.一种环网开关柜用固体组合单元，包括三工位隔离接地开关模块和真空断路器及负荷开关模块，三工位隔离接地开关模块是由小型模块化操动机构和具有可视断口的三工位隔离接地开关极柱组成，真空断路器及负荷开关模块和三工位隔离接地开关模块的连接法兰之间，用硅橡胶密封圈密封，并用螺栓连接固定，其特征在于：所述小型模块化操动机构包括三工位隔离接地开关极柱用安装架及利用安装架上的轴承座和支架组装的转轴和机构本体，转轴采用外周为六方的空心轴，空心轴内腔设置有直板扭簧，空心轴和直板扭簧的一端利用同一轴套组装在轴承座上，轴套的横截面内周为六角形，外周为圆形；机构本体包括夹板式框架，组装在框架内的棘轮，与棘轮外周相啮合的棘爪，凸轮，驱动凸轮的轴转动的操作轴，机构本体固定于安装架另一端的支架上，空心轴的另一端与机构本体的棘轮同轴固定连接，一起转动，凸轮的轴心与棘轮的轴心位于同一轴线上，操作轴驱动凸轮转动，带动不同位置上的棘爪分别与棘轮离合，使棘轮和空心轴同时转动或同时停止，直板扭簧的另一端与凸轮的轴固定连接，并随凸轮转动完成能量的储存，随棘轮和空心轴的转动完成能量的释放；三工位隔离接地开关极柱的上、下出线端的连接法兰结构相同；真空断路器及负荷开关模块由小型模块化结构的真空断路器及负荷开关极柱和小型多功能操动机构组成，真空断路器及负荷开关极柱的表链触指连接座的左、右出线端的连接法兰结构相同，安装输出静触头的输出静触座的出线端法兰与三工位隔离接地开关极柱上、下出线端的连接法兰结构相同；小型多功能操动机构包括组装有传输轴及输出连杆组的极柱安装架和机构主体，机构主体的夹板框架通过输出连杆组支架与极柱安装架组装在一起，实现空合空分操作的储能合闸簧和储能分闸簧位于同一夹板框架内，机构主体的夹板框架上组装有自动手动一体化储能电机，自动手动一体化储能电机轴上同轴固定小链轮和棘轮，小链轮通过链条连接大链轮，固定在传输轴端部的传输轴拐臂利用连杆与输出轴拐臂铰接，输出轴拐臂另一端连接储能分闸簧，与大链轮同轴组装的凸轮轴组件的拉杆通过双排链连接储能合闸簧。

2.根据权利要求1所述的环网开关柜用固体组合单元，其特征在于：所述三工位隔离接地开关极柱包括采用环氧树脂制成的外壳，封装在外壳绝缘腔体内的静刀安装孔、空心轴拐臂、空心轴支架、连板、刀架、隔离刀、刀座、表链触指连接座、接地座，密封外壳的密封垫和后封板；小型模块化操动机构的机构本体的操作轴驱动凸轮的轴转动，凸轮外周的凸台顶开棘爪，直板扭簧释放能量驱动棘轮和空心轴转动，直到棘轮被下一棘爪顶住停止转动。

3.根据权利要求1所述的环网开关柜用固体组合单元，其特征在于：所述真空断路器及负荷开关极柱包括采用环氧树脂制成的外壳，封装在外壳绝缘腔内的真空灭弧室、表链触指连接座和安装输出静触头的输出静触座，导电软连接及绝缘拉杆；小型多功能操动机构的自动手动一体化储能电机轴上同轴固定小链轮和棘轮，小链轮通过链条连接大链轮，合、分闸电磁铁或合、分闸按钮分别推动合、分闸半轴转动的同时，带动扣锁储能合、分闸簧的合、分闸挚子脱扣，释放能量的储能合、分闸簧分别带动输出轴转动，在输出轴转动的同时，带动通过连杆和传输轴拐臂铰接的传输轴转动，传输轴带动输出连杆组实现断路器或负荷开关的合、分闸操作。