CN105449573B - 具有电流计量的中压电气保护装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及容纳在外壳中的中压电气装备，包括绝缘气体并且包括至少一个执行电气功能的装置，该装置或者装置的其中一个执行断路器功能，电气功能或者每个电气功能与所谓的主要馈通件组相关联，其包括一定数量的馈通件，该数量对应于相数。该装备的特征在于，其包括与断路器相关联的所谓的附加馈通件组(32)，通过在外壳外侧的绝缘和防护的母线组K，该附加组的馈通件分别电连结和机械连结至所谓的主要馈通件组的馈通件(9)，这两组馈通件(9)和(32)分别接收保护电流变压器(16)和具有低电压环的测量电流变压器(17)。

Description

具有电流计量的中压电气保护装备

技术领域

本发明涉及一种容纳在外壳中的中压电气保护设备，该外壳包括绝缘气体并且包括执行电气功能的至少一个装置，该装置或者装置的其中一个执行断路器功能，电气功能或者每个电气功能与所谓的主要馈通件组相关联，其包括一定数量的馈通件(feedthrough)，该数量对应于设备的相数。

背景技术

传统地，安装在电气变电站中的装置是空气绝缘的。电气变电站置于配电盘中以形成变压器或者递送变电站。

涉及空气中有源部件的绝缘的该技术的缺点是非常麻烦，因为它加强有源部件与地面之间的绝缘距离，根据电压水平，该距离可达几十厘米。

相反地，通常称为GIS(气体绝缘开关装备)的气体绝缘设备不需要这些长距离，因而装置能够完善安全地运行，因为它们的包含母线的密封外壳是密闭的并且包含绝缘气体。因此，执行该技术的设备比空气绝缘功能单元占据更小的空间。

这些所谓的GIS装置能够合并多个功能(分离器、开关、断路器等)以便形成具有“紧凑”型设计优点的功能单元。

所有这些功能可以通过包含绝缘气体的密闭腔室内部发现的母线连接。绝缘被认为是一体的，由于其金属外壳，这使得GIS装置不敏感于其外部环境和恶劣的周围湿度以及在配电盘中遭遇的温度。事实上，该金属外壳包括其内部的电场线，不像绝缘外壳，其具有在绝缘体中的电场线梯度，这导致在绝缘材料中的内部电场作为湿度和外部温度水平的函数显著增加，以至创建部分表面或内部的放电。

因此，这些GIS型的设备是紧凑的并且具有多个功能，这些功能中的每个配备三个馈通件，每个馈通件对应于一个相。电缆被电连接至前述馈通件并且用于到其它装置的出口或者作为入口。这些馈通件确保闭合度以及电缆至腔室的连接。腔室还包括内部至腔室并且相对相的将功能单元的功能连结在一起的母线。

在相当于传统GIS整体设备(3个功能或其它)体积的体积中，计量功能与传统电流传感器的合并是不容易实现的，传统电流传感器往往是笨重的。

事实上，传统的环氧测量传感器和铠装连接母线通常被使用，使连接端部裸露。在高温、湿度和灰尘情况下的这些系统促进表面放电。

因此，这些传统的电流传感器提供很少阻力或不提供阻力至具有恶劣温度、湿度和化学应力的环境。此外，这些传统的传感器在保护断路器两侧的这些传感器的位置提供很小的模块化，该保护断路器往往置于中心位置。

当今，由于递送变电站或其它设备能够不仅计量从分配器到客户端的能量而且计量在使用风力发电、生物量和通常可持续能源生产的情况下从客户端到分配器的能量的事实，考虑电流测量传感器的地方模块化的期望非常高。由于该事实，在传统的解决方案中增加附加模块是不可缺少的，并且使该设备更加麻烦。这种增加与紧凑度需求不一致。

此外，具有测定电流的中压功能单元不允许左右可逆供电。

发明内容

本发明解决这些问题并且提供用于计量电流的中压功能单元，它是紧凑的，对于具有恶劣温度、湿度以及化学应力的环境具有较高抵抗性，在传感器的位置具有一定的模块化，其能够可逆地定位于保护断路器的左边或右边，并且允许由功能单元的右手侧或左右侧对功能单元供电。

为此目的，本发明的主题是先前所述型的中压电气设备，该设备的特征在于，其包括与断路器相关联的所谓附加馈通件组，通过在外壳的外部绝缘且防护的母线，该附加组的馈通件被电连结和机械连结至所谓主要馈通件组的馈通件，这两组馈通件分别接收保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器。由于这些特征，使得所获得的设备合并计量功能至对应于不包含任何计量功能的传统装置体积的体积中。

此外，该布置允许诸如分离器的其它装置直接相连至断路器的右边或右边。

根据一特定实施方式，该设备包括至少两个装置，装置中的其中一个执行断路器功能，并且其它装置或者至少一个其它装置与附加馈通件组相关联，通过绝缘且防护的所谓的第二附加外部母线，该馈通件组的馈通件分别电连结至对应所谓的主要馈通件组的馈通件，附加馈通件组接收测量电流变压器。根据第二装置置于断路器的右边还是左边并且根据供电至设备的方向，这些特征允许测量从分配器至客户端或者从客户端至分配器的电流。

根据一特定实施方式，该设备包括三个装置，分别是分离器、断路器以及分离器，每个装置与附加馈通件组和附加绝缘和防护的母线相关联，附加馈通件组与两个能够接收测量电流变压器的分离器相关联。

此外，这允许上文已经提到的一些优点，根据分配至递送变电站的任务(计量从分配器至客户端或者从客户端至分配器的电流)，在测量传感器在一个分离器或其它分离器上的布置方面许多的模块化。

根据一特定特征，上述电流变压器或每个上述电流变压器围绕对应馈通件组的馈通件并且从附加母线的连接界面至所述馈通件的放置。

低压变压器与绝缘和防护的母线组合的使用能够获得对于在周围恶劣环境条件的不敏感。

根据另一特征，相的数量是三个，从而，每个功能配备三个馈通件，每个馈通件对应于一个相。

根据另一特征，所述设备包括在每个端部可延长的馈通件，所述馈通件允许设备耦接至相同类型的另一设备。

根据另一特征，变压器或各变压器通过紧固至所述设备的固定支撑件的不锈钢材料板围绕对应的馈通件或各馈通件紧固，并且包括紧固至所述板的四个杆，所述杆垂直于所述板延伸，并且与设置在变压器中的四个椭圆形孔配合，以便允许变压器的在其围绕馈通件安装期间的引导。

该系统能够保证安装保护和测量电流传感器期间没有对中压馈通件的冲击。

附图说明

然而，在下文仅以示例的方式给出的涉及所附附图的详细描述中，本发明的其它优点和特征将变得更加显而易见，其中：

图1至图5在不同的视图中示出了现有技术的中压功能单元，而图6至图18涉及根据本发明的中压功能单元。

图1示出了功能单元的电路图，其示出由该功能单元执行的不同电流功能，

图2示出了该单元在工作位置的正视图，

图3示出了从设备的后面观察的该单元内部的一部分，

图4是所述单元的透视图，其部分地示出其内部并且从前面观察，

图5是沿图4中V-V的剖面图，

图6和图7分别示出对应于根据本发明的功能单元的两个实施方式的两个电路图，通过供电至单元的方向彼此区别，

图8是示出根据本发明的一个实施方式的从装置的前面观察的功能单元内部的透视图，

图9是示出了将保护传感器安装在根据本发明的馈通件上的局部透视图，

图10是沿大致垂直于功能单元的纵向方向的平面的局部剖面图，并且示出了包括测量和保护传感器以及附加母线的组件在属于功能单元的一个装置的一个相的馈通件上的安装，

图11是这些传感器以及附加母线在该组件在馈通件上的安装位置的局部剖面图，

图12和图13是该功能单元的两个透视图，示出了从后面看的其内部，

图14是根据本发明的一特定实施方式的示出将传感器紧固在馈通件上的有利方法的局部透视图，

图15是这些传感器中一个的正视图，

图16、图17和图18是对应于根据本发明的功能单元的单个不同实施方式的三个电路图。

具体实施方式

图1至图5示出了由平行连接的三个装置1、2、3形成的现有技术的功能单元U，第一装置1包括电连结至接地分离器1a的分离开关，第二装置包括电连结至接地分离器2a的断路器，并且第三装置也包括接地分离器3a的分离开关，所有这些装置容纳在密闭腔室C中。

这些不同的功能通过容纳在该密闭腔室中的内部母线J相位接相位(phase byphase)的电连结，所述腔室包含绝缘气体，如图3所示。绝缘绝缘是一体的，由于金属外壳形成腔室的外部，这使得设备不敏感于其外部环境以及恶劣的周围湿度和遭遇的温度。

如图4所示，与不同功能相关联的单元包括电连结至出口或入口电缆的一定数量的馈通件11、12和13。每个功能配备三个馈通件，一个馈通件用于每个相。这些馈通件确保电缆与腔室之间的电气密闭度。腔室在其两个对置端部还包括允许其与其它功能单元相连的可延长馈通件14、15。

图6和图7可见对应于本发明的两个不同实施方式的两个不同的电路图，其中，在图6中，经由功能单元的左手侧电流I至功能单元的提供是有效的，并且在图7中，经由功能单元的右手侧，该电流I是有效的。根据本发明，低压保护电流变压器16和低压测量电流变压器17在断路器2的下游串联连接。另一测量电流变压器18可选地置于分离器的上游，该分离器位于功能单元的输出端从而能够测量通过客户端供至分配器的电流。

图12和图13更加具体地示出了单元内的导体的内部路由。因此，当经由如图12所示的右手侧供电时，三个导体28、29、30相位对相位(phase by phase)的连接至输入分离器的输入端，随后，该分离器的输出端经由馈通件11、12、13来提供，该馈通件分别由导体25、26、27连结至断路器的输入端，随后，相接着相地连接至馈通件8、9、10，该馈通件本身通过其它导体22、23、24连结至馈通件5、6、7，该馈通件电连结至输出分离器的输入端，其输出端通过其它导体19、20、20连结至设备的输出端。

相同的连接原理应用于在图13中所示的功能单元，不同之处在于经由单元的左手侧供电。

根据本发明，并且如更加具体地在图8至图11中所示，在断路器处，单元包括一组三个附加馈通件31、32、33，每个馈通件与一个相相连并且每个馈通件布置在馈通件8、9、10的下方，所谓的第一或主要馈通件与断路器2相连。

该单元U还包括(与该新的馈通件组相连的)附加母线K，其是绝缘且防护的，该母线包括三个组件i、j、k，每个组件包括一部分直线母线，其在两个对置端部机械连结至两个T形连接元件35、36，每个连接元件包括更具体地在图11中示出的中空部，组件的这两个中空部分别能够接收与对应于一个和相同相的断路器相连的两个馈通件8、31的两个自由端部。因此，当馈通件的这些自由端部安装在连接元件中时，这些连接元件35、36以刚性方式围绕馈通件安装，以这样的方式以便确保其紧固至所述馈通件并且确保一个或相同相的这两个馈通件8、31之间的导电。

在一种情况下，这两个T形连接元件35、36支撑所谓的保护测量变压器16，其与断路器配合，并且在另一种情况下，支撑所谓的测量电流变压器17，其允许电流的计量。这两个传感器是低电压环的，并且每个传感器以两块的形式出现，每个传感器包括三个孔，在围绕馈通件安装这些连接元件之前，通过该孔围绕连接元件安装所述传感器。因此，在馈通件上的连接元件的安装位置，用于保护测量和电流材料的这些传感器分别环绕三个连接元件，并且馈通件的自由端部位于这些连接元件中。

如图8所示，根据本发明的一特定实施方式，断路器上游和下游的分离器还与附加馈通件组49、50、51和52、53、54并与附加母线相关联，附加馈通件能够接收附加测量电流变压器。

因此，根据用户期望的功能单元的制造，用户能够选择将这些测量电流变压器置于断路器的右边还是左边。

图14和图15示出了将传感器围绕馈通件紧固的有利实施方式，该紧固能够在安装保护和测量电流传感器期间保证在馈通件上无冲击。这些紧固工具包括不锈钢板37(以便避免由于傅科电流(Foucault currents)的加热)，所述板紧固至形成结合至功能单元框架的支撑并且能够由馈通件穿过的板38，并且四个杆39至42紧固至该板且垂直于所述板延伸，所述杆用于引导传感器。

传感器配备有椭圆形孔43至46，其以这种方式布置以便对中在四个杆上。这些杆的长度至少等于馈通件的长度，并且由于该事实，在围绕馈通件滑动传感器之前，重量重(10至20kg)的传感器的引导从定位传感器的起初是有源的。此外，该系统具有足够的刚度和强度以避免馈通件上的冲击和振动。事实上，随着时间的推移，在馈通件上的冲击能够引起气体泄漏或者绝缘体老化，这可能损害设备。该系统能够保证安装传感器或者维护操作期间装置的可靠性以及个体的安全性。

图16示出了根据本发明的一特定实施方式的功能单元，该功能单元包括所谓的双分离器电气保护装置，其具有右边的入口。该单元包括与包括接地位置的上游的分离器和也包括接地位置的下游的分离器串联连接的断路器。该功能单元与上游的并联连接的两个分离开关47、48串联连接，并且每个分离开关包括接地位置，这两个分离开关在输入端电连结至电流供应源，并且在输出端电连结至功能单元U的输入端，以这样的方式以便提供至其的电流供应。

图17示出如先前所描述的一个并且相同的功能单元，但这次具有左边的入口。

图18示出相同于在图16中所示的发明的另一实施方式，不同之处在于，这次两个上游和下游分离器是分离开关并且断路器包括接地位置。

可见，在所有这些实施方式中，断路器在输入端包括与测量电流变压器串联的保护电流变压器，并且还可以包括位于分离器的输入端的另一测量电流变压器，分离器位于输出端并且测量递送至分配器的电流量。

因此，根据本发明，具有用于恶劣环境的气体绝缘的中压功能单元已被生产，其包括模块化电流传感器，即，其可以放置在不同位置或可以不放置在不同位置。

创新在于紧凑系统设计，包括，在一个或每个装置的水平，通过绝缘和防护的母线电连结的两组馈通件以及两个块，其分别包括低压保护电流变压器和测量电流变压器。这些变压器围绕馈通件并且从母线的连接界面至所述馈通件的布置。

本发明可有利地应用于恶劣环境，尤其是在恶劣湿度和温度的情况。本发明能够易于增加一个或多个测量电流变压器至功能单元的左边或右边并且还允许用于由该单元的右手或左手侧供电。

从而，根据本发明，组件被生产，其通过包围主要母线、内部设备、馈通件、外部母线以及测量变压器的腔室形成，与使用传统的具有绕组的测量变压器相比，测量变压器提供较高阻力至恶劣环境和较高寿命。

由本发明提供的模块化能够将这些传感器定位在每个功能(用于分配器并用于客户端部)。从而，在使用风力发电、生物量和通常可持续能源生产的情况下，该模块化提供执行用于分配器以及客户端的计量的可能性。

此外，允许左右双向供电的该设备在布置要增加的功能单元时提供良好的塑性。

本发明能够合并计量功能至对应于传统的整体设备体积的体积中。

除此之外，该布置导致紧凑度的增加，这意味着在变压器箱中并且用于设备的该布置被优化。此外，安装和维修非常快。本发明可有利的应用于所有递送变电站，其中从电网的下游或下游(可持续能源的情况)的计量是需要的。

当然，本发明不限制于所描述和示出的实施方式，其仅通过示例的方式给出。

因此，例如，上游和下游的分离器可以是简化的分离器，或者其他分离开关或者其他包括分离工具的任何类型的装置。

相反地，本发明包括所描述的工具的所有技术等价物以及它们的组合，如果其组合是在本发明的构思中进行。

Claims (7)

1.一种容纳在外壳中的中压电气保护设备，外壳内包括绝缘气体并且包括至少一个执行电气功能的装置，所述装置或者所述装置的其中一个执行断路器功能，所述电气功能与包括一定数量馈通件的所谓的主要馈通件组相关联，该数量对应于所述设备的相数，

其特征在于，所述中压电气保护设备包括与断路器（2）相关联的所谓的附加馈通件（31，32，33）组，通过设置在所述外壳的外部的第一绝缘和防护的母线K，该附加馈通件组的馈通件分别电连结和机械连结至所谓的主要馈通件组的馈通件（8，9，10），主要馈通件组的馈通件（8，9，10）和附加馈通件组的馈通件（31，32，33）分别用于接收保护电流变压器（16）和具有低电压环的测量电流变压器（17）。

2. 根据权利要求1 所述的设备，其特征在于，它包括至少两个装置（2，3），其中的一个装置（2）执行所述断路器功能，并且其它装置或者至少一个其它装置与其相应的附加馈通件组（49，50，51 或52，53，54）相关联，通过绝缘和防护的所谓的第二附加外部母线 K，所述其它装置的附加馈通件组的馈通件分别电连结至与其对应的所谓的主要馈通件组（5，6，7或11，12，13）的馈通件，该其它装置的附加馈通件组用于接收测量电流变压器（17）。

3. 根据权利要求1 或2 所述的设备，其特征在于，其包括三个装置（1，2，3），分别是第一分离器（1）、断路器（2）以及第二分离器（3），每个装置与相应的附加馈通件组（49，50，51、31，32，33或52，53，54）以及相应的附加绝缘和防护的母线相关联，所述断路器的附加馈通件组与能够接收测量电流变压器的所述两个分离器相关联。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器分别围绕与它们对应的主要馈通件组的馈通件和附加馈通件组的馈通件并且从相应的母线K的T形连接元件（35，36）的连接界面至所述对应的馈通件放置。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述相数是三，从而，每个电气功能配备有具有三个馈通件的主要馈通件组，每个馈通件对应于一个相。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括在每个端部可延长的馈通件（14，15），所述可延长的馈通件用于允许所述设备联接至相同类型的另一设备。

7. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器通过紧固至所述设备的固定支撑件（38）的不锈钢材料板（37）分别围绕各自的馈通件紧固并且包括紧固至所述板（37）的四个杆（39，40，41，42），每个所述杆（39至42）垂直于所述板延伸，并且用来与分别设在所述保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器中的四个椭圆形孔（43 至46）配合，从而允许在保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器围绕各自的馈通件安装期间引导保护电流变压器和具有低电压环的测量电流变压器。