CN105703225A - 一种开关柜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关柜，包括母线室、仪表室、机构室、电缆室、开关室和泄压通道，所述仪表室、机构室和电缆室组成开关柜的前柜，所述母线室、开关室和泄压通道组成开关柜的后柜，所述开关室内由上至下依次设置上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组，开关柜还设有一热能回收系统；所述前柜和后柜中的各功能室区呈阶梯式分布。该开关柜兼备固定柜、中置式手车柜和充气柜的优点，整体单元及母线模块化设计，热能回收系统可将热量转化为电能，单独供应开关柜内部的照明系统，且安装维护安全简便。

Description

一种开关柜

技术领域

本发明涉及一种配电柜，具体说，是涉及一种开关柜，更具体的说是涉及一种密封式高压开关柜，属于电气设备技术领域。

背景技术

高压开关柜是用于实现电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电器产品。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分，在整个电力工业中占有非常重要的地位。

目前国内外6～40.5KV的高压开关柜(断路器开关柜)主要有固定式开关柜(固定柜)、中置式或移开式开关柜(手车柜)、充气式柜(充气柜)和固体绝缘开关柜，上述各种高压开关柜各有优缺点。

固定柜为第一代高压开关柜产品，其柜体即内部部件均采用固定连接，结构简单，元件少，散热好，导电母线连接可靠，稳定性比较高，柜体尺寸较小且占地面积小；但发生故障需要检测维修，因其固定连接的方式导致需整个线路需断电，且拆卸麻烦，使固定柜的检修时间长而从导致停电时间长，给输电用电带来了极大的不便。

为了改进固定柜存在的问题，手车式开关柜调整了断路器在柜体内的位置，将断路器与一车体整合成一可移动的手车断路器，检修时可将断路器部分抽出柜体，更换方便；但由于导电体间净距的要求，使得手车柜的尺寸较固定柜大且辅助绝缘体多。根据断路器在柜体内的位置可分为中置柜和移开柜；这些开关柜中断路器手车的定位和锁紧装置均设在手车的底部，受其自身结构的限制，这类定位和锁紧装置一般适用于小电流开关柜，不能抵御较大的电动力力矩。因为当开关柜短路电流达到50kA及以上时，产生的电动力非常大，且该电动力产生在手车动触头与开关柜静触头的连接处。由于电动力作用点距手车底部距离较大，因此相对底部手车定位装置容易产生较大的力矩，进而易发生手车松动移位，导致动、静触头脱开。中置式手车柜，由于一次插头滑动连接不可靠，导致接触发热，而且其结构散热性差，常因过热引起绝缘老化、爆炸等事故。所以现有手车定位、锁紧方式很难满足开关柜大电流、高开断的要求。为了提升手车开关柜在合闸通路工作中的稳定性，现有技术有大量关于手车固定方式及装置的改进，如中国专利申请CN102983524公开了一种开关柜断路器手车，包括车体，车体头部设有动触头，车体两侧分别设有定位板；定位板上设有与手车定位装置的轨道凹槽相适配的导向轮，以及与手车定位装置的试验位锁孔和工作位锁孔相适配的弹性锁杆。该申请公开的定位装置及其应用而得的开关柜断路器手车能够实现手车的准确导向和左右限位，并能满足不同位置状态下手车的稳固定位，可有效减小电动力产生的作用力矩，进而能够克服较大电动力；但仍无法实现与固定柜相同或相近的稳定性能；此外中置柜的柜内断路器一般采用VS1或VD4真空断路器，动静触头对位准确与否无法监测，触头盒的结构使得不利于触头散热，绝缘组件易老化，发生绝缘击穿放电事故。

上述两种开关柜均有两个缺点：占地空间大和一次回路带电主元件未完全封闭在开关柜内。此两类的开关柜的发展也主要是根据这两个特点为方向。此外，无论是固定柜还是手车柜均为开放式，即柜内开关设备和连接部件均直接暴露于大气中，外壳防护等级低，适用性差，对环境空气质量比较敏感，很难适用我国南方、沿海地区以及地下场所凝露污秽严酷场所的运行条件。同时因为设有散热孔或散热风扇，空气在配电柜内流通，容易受灰尘、潮湿空气影响性能，更容易造成设备氧化及表面绝缘性能降低，从而缩短设备的使用寿命。

由于环境对开关柜影响大这一问题，后续研发出了一种密封式充气柜，如C-GIS；该开关柜整个柜体为密封式，且可通过对柜内充入SF6提高柜内压力以保证绝缘性能，且可以通过缩小绝缘净距而减小柜体尺寸，且防护等级IP高，解决了环境影响对设备的问题；但仍有漏气现象发生，当漏气时便出现因绝缘距离不够使得设备将无法正常运行使用且安全隐患极大，极易发生事故；此外，因其结构元件与柜体成一体式，当设备需要检修或者更换时，无法实现针对零件或个别组件的检测和维修更换，使其仅能作为一次性配电柜使用，维修成本极高；整体更换也大大增加停电范围和时间，降低了供电的连续性；此外，充气柜的另一缺陷是柜内充入的SF6已被列为温室气体，属于应当减排之列，与我国现大力推进节能减排相悖。

近年来，新推出的固体绝缘开关柜，与上述开关柜不同的是采用了固体绝缘方式进行绝缘。所谓固体绝缘，与固封极柱不同的是其不仅仅固封每项的真空灭弧室，而是将灭弧室和与之相关的部件采用环氧树脂进行整体浇注，这样一来使得开关内部相间即对地的安全绝缘距离从空气绝缘的125mm缩短到了毫米级，虽然大大的减小了开关柜的尺寸体积；该开关柜绿色环保，适合配网自动化，抗环境污染强；但由于其采用了固体绝缘方式形成固体绝缘件，该固体绝缘件易受潮老化，绝缘性能降低且无法实时监控监管，反而易发生绝缘击穿放电事故；制作工艺复杂，且高性能及稳定性佳的绝缘材料是固体绝缘开关柜的一大难关，此外此类开关柜同样具有固定柜的缺点，发生故障需要检测维修极其不便；国内企业还在进一步的研发中，而国外进口价格昂贵成本高。

目前，以上开关柜均不能满足电力系统对供电质量和可靠性越来越高的要求，也不能满足电力系统对高压开关设备的经济性、可靠性越来越高的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种结合现有技术中各种柜体的优点又避免了其缺点的综合性开关柜，以满足电力系统对高压开关设备的经济性、可靠性越来越高的要求。

为实现上述发明目的，本发明提供一种开关柜，具有固定柜的结构简单且运行稳定的优点，整体单元及母线模块化设计，且安装维护安全简便；开关柜呈落地式组装柜体结构，包括母线室、仪表室(低压室)、机构室、电缆室、开关室和泄压通道；其中仪表室、机构室和电缆室组成开关柜的前柜A，在前柜A中由上至下依次为仪表室、机构室和电缆室；母线室、开关室和泄压通道组成开关柜的后柜B，在后柜B中，由上至下依次为母线室、开关室和泄压通道；开关室内由上至下依次为上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组，开关柜还设有一热能回收系统；其中，开关柜的前柜A和后柜B中的各功能室区优选呈阶梯式分布。

优选地，换热器为上窄下宽的圆锥形，换热器的表面上设有多个热能转化装置，且变电站内由散热通道散发的热量通过矩形箱体上的吸气口穿过换热器表面上的换热管后进入换热器内，然后经过换热器正下方的出气口管排出。

更优选地，热能转换装置将热气的热量转换为电能后充电至蓄电池。

更优选地，蓄电池可供应箱式变电站的照明系统。

更优选地，照明系统通过预设照明时间来达到自动照明功能。

优选地，母线室的顶面与仪表室的顶面齐平，母线室的底面(开关室的顶面)高于仪表室的底面，开关室的顶面低于仪表室的顶面但高于仪表室的底面(机构室的顶面)，开关室的底面(泄压通道的顶面)低于机构室的底面(电缆室的顶面)，开关室(母线室的底面)的顶面高于机构室的顶面，泄压通道的底面(后柜B的底面)与电缆室的底面(前柜A的底面)齐平；此处柜体可根据六面视图名为顶面、底面、左面、右面、前面和后面，其中柜体的前面在本申请中称为该柜体的主视图面。

优选地，前柜A和后柜B的相对面柜壁贴合且活动连接呈该开关柜使用状态或出厂状态。为了清楚并简要描述该开关柜的进一步结构，将前柜A与后柜B贴合的相对面称为前柜A的后面(该面的柜壁简称为后壁)，将后柜B与前柜A贴合的相对面称为后柜B的前面(该面的柜壁简称为前壁)；其中，前柜A和后柜B的相对面的柜壁贴合且活动连接，活动连接为螺接。

优选地，开关柜柜体选用框架式柜体与隔板、面板组合安装，或者采用不同功能室区柜体组合安装。

更优选地，所述开关柜的各功能室区采用面板拼接而成，且各面板拼接处为固定连接，优选的实施方式可采用焊接，或采用面板折叠后再经焊接而成。

优选地，开关柜采用不锈钢材质或铝合金制成，强度佳且不易变形。

更优选地，前柜采用框架柜体与隔板和面板组合安装或通过面板拼合各功能室区柜体后再组合安装而成，且前柜的后面呈开放状态；后柜中的母线室和开关室采用封闭或非封闭式柜体组合安装。作为另一种优选方式，后柜可采用框架柜体与隔板和面板铆合，且可通过加入填充胶以保证柜体的密封性和稳固性。

优选地，上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组构成两组隔离开关断口；隔离开关的上静触头与上进线绝缘子组的一端连接，隔离开关的下静触头与接地开关连接，两个隔离开关的动触头分别独立的连接断路器组件的两端；当两个动触头分别与上静触头和下静触头闭合时，隔离开关合闸，即开关柜内隔离开关呈通路状态。

优选地，仪表室的顶部设有一小母线室，用于排布小母线。

优选地，泄压通道通过安装于开关室内底面或顶面的泄压阀实现；且泄压通道优选为不锈钢材质制成金属支架。

与现有技术相比，本发明提供的开关柜除具备强度高，外形美观，结构紧凑节能，占地小，互换性好，抗氧化性能强，散热好，传输大电流，高电压，密封性好，拆卸简便易操作外，还具备以下优点：

1.柜体结构的小型化，整个密封开关室的尺寸仅为1000长*650宽*1300高，可靠墙安装且运行占地少，节省了一定的占地面积以提高土地的利用率；

2.组装式的柜体结构为制造商提供了预制、仓储、运输上的便利条件和制造上的灵活适应性，同时也为用户提供了精度较高的产品；

3.防护等级高，使用环境广泛，降低因环境因素带来的故障率、污染、氧化等，提高设备使用寿命，能作为高海拔地区使用的开关设备，密封性能好，完全不漏气，经检测，该开关柜的防护等为最高防护等级达IP67；

4.柜内接线安装方便，电缆排布合理，尤其是下出电缆从前柜出接线，检测维护方便；

5.采用中置式导轨，相对减少了由于开关柜安装基础偏差而造成的动静触头接触不良、温升过高等现象；

6.断路器本体与柜体设有一动静触头可靠接地，无论在工作位置还是隔离位置都能确保断路器组件接地可靠；

7.简化了柜体内的元件，取消了动静触头盒的结构，有利于触头散热；适应传输大电流且选用快速接地开关，符合GB3906-2006的要求。

8.热能回收系统可将热量转化为电能，单独供应配电自动化柜内部的照明系统。

综上述，本发明提供的开关柜，尤其是作为高压开关柜，可满足电力系统对高压开关设备的经济性、可靠性高要求，大大的提高了供电运行的连续性。

附图说明

图1为本发明提供的开关柜的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。

本发明提供了一种开关柜，具有固定柜的结构简单且运行稳定的优点，整体单元及母线模块化设计，且安装维护安全简便；如图所示，开关柜呈落地式组装柜体结构，包括母线室0、仪表室(低压室)1、机构室2、电缆室3、开关室4和泄压通道5；其中仪表室、机构室和电缆室组成开关柜的前柜A，在前柜A中由上至下依次为仪表室、机构室和电缆室；母线室、开关室和泄压通道组成开关柜的后柜B，在后柜B中，由上至下依次为母线室、开关室和泄压通道；开关室内由上至下依次为上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组，开关柜还设有一热能回收系统；其中，开关柜的前柜A和后柜B中的各功能室区优选呈阶梯式分布。

热能回收系统包括矩形箱体，所述矩形箱体上分别设置有吸气口、出气口、换热器和蓄电池。换热器为上窄下宽的圆锥形，换热器的表面上设有多个热能转化装置，且变电站内由散热通道散发的热量通过矩形箱体上的吸气口穿过换热器表面上的换热管后进入换热器内，然后经过换热器正下方的出气口管排出。热能转换装置将热气的热量转换为电能后充电至蓄电池。蓄电池可供应箱式变电站的照明系统。照明系统通过预设照明时间来达到自动照明功能。

母线室的顶面与仪表室的顶面齐平，母线室的底面(开关室的顶面)高于仪表室的底面，开关室的顶面低于仪表室的顶面但高于仪表室的底面(机构室的顶面)，开关室的底面(泄压通道的顶面)低于机构室的底面(电缆室的顶面)，开关室(母线室的底面)的顶面高于机构室的顶面，泄压通道的底面(后柜B的底面)与电缆室的底面(前柜A的底面)齐平；此处柜体可根据六面视图名为顶面、底面、左面、右面、前面和后面，其中柜体的前面在本申请中称为该柜体的主视图面。前柜A和后柜B的相对面柜壁贴合且活动连接呈该开关柜使用状态或出厂状态。为了清楚并简要描述该开关柜的进一步结构，将前柜A与后柜B贴合的相对面称为前柜A的后面(该面的柜壁简称为后壁)，将后柜B与前柜A贴合的相对面称为后柜B的前面(该面的柜壁简称为前壁)；其中，前柜A和后柜B的相对面的柜壁贴合且活动连接，活动连接为螺接。开关柜柜体选用框架式柜体与隔板、面板组合安装，或者采用不同功能室区柜体组合安装。所述开关柜的各功能室区采用面板拼接而成，且各面板拼接处为固定连接，优选的实施方式可采用焊接，或采用面板折叠后再经焊接而成。开关柜采用不锈钢材质或铝合金制成，强度佳且不易变形。前柜采用框架柜体与隔板和面板组合安装或通过面板拼合各功能室区柜体后再组合安装而成，且前柜的后面呈开放状态；后柜中的母线室和开关室采用封闭或非封闭式柜体组合安装。作为另一种优选方式，后柜可采用框架柜体与隔板和面板铆合，且可通过加入填充胶以保证柜体的密封性和稳固性。上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组构成两组隔离开关断口；隔离开关的上静触头与上进线绝缘子组的一端连接，隔离开关的下静触头与接地开关连接，两个隔离开关的动触头分别独立的连接断路器组件的两端；当两个动触头分别与上静触头和下静触头闭合时，隔离开关合闸，即开关柜内隔离开关呈通路状态。仪表室的顶部设有一小母线室，用于排布小母线。泄压通道通过安装于开关室内底面或顶面的泄压阀实现；且泄压通道优选为不锈钢材质制成金属支架。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关柜，其至少包括母线室、仪表室、机构室、电缆室、开关室和泄压通道，其特征在于：所述仪表室、机构室和电缆室组成开关柜的前柜，所述母线室、开关室和泄压通道组成开关柜的后柜，所述开关室内由上至下依次设置上进线绝缘子组、断路器组件、接地开关和下出线绝缘子组，开关柜还设有一热能回收系统，该热能回收系统包括矩形箱体，所述矩形箱体上分别设置有吸气口、出气口、换热器和蓄电池。

2.如权利要求1所述的开关柜，其特征在于：所述换热器为上窄下宽的圆锥形，换热器的表面上设有多个热能转化装置，且变电站内由散热通道散发的热量通过矩形箱体上的吸气口穿过换热器表面上的换热管后进入换热器内，然后经过换热器正下方的出气口管排出。

3.如权利要求2所述的开关柜，其特征在于：所述热能转换装置将热气的热量转换为电能后充电至蓄电池。

4.如权利要求1所述的开关柜，其特征在于：所述蓄电池可供应箱式变电站的照明系统。

5.如权利要求4所述的开关柜，其特征在于：所述照明系统通过预设照明时间来达到自动照明功能。