CN108173159A - 电气化机车高压开关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压电气设备领域，尤其是电气化机车高压开关。包括主隔离开关、备用隔离开关、断路器、接地开关、操动机构、避雷器、电压互感器，水平并排布置于气箱内；采用真空灭弧室和固体绝缘材料。隔离开关操动机构采用了永磁机构，断路器采用气动操动机构。本发明缩小了开关的体积；降低了产品的局部放电量，提高了产品的寿命；简化了操动机构，提高了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及高压电气设备领域，尤其是电气化机车高压开关。
背景技术
随着中国经济的持续发展，铁道运输在中国交通运输的重要手段发挥着越来越积极的作用，中国铁道建设将进入黄金期，高铁、动车已成为出行的主要交通工具。作为电气化机车的配电设备，也随着高铁时代的到来，面临市场需求日益旺盛的局面。常规的开关设备以气体绝缘为主，体积大、安全性低。
发明内容
本发明的目的是提出电气化机车高压开关设备，体积小、安全性高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：电气化机车高压开关设备，包括主隔离开关、备用隔离开关、断路器、接地开关、操动机构、避雷器、电压互感器，其特征在于：主隔离开关、备用隔离开关、断路器、接地开关置于气箱内；主隔离开关、备用隔离开关、断路器水平并排布置,进线接地开关位于备用隔离开关上部，出线接地开关位于断路器上部，主隔离开关通过母线插头与备用隔离开关连接，备用隔离开关与断路器的左母线插头连接，PT通过PT插座与断路器母线连接，断路器出线端通过L型套管与出线接地开关连接，备用隔离开关母线端与进线接地开关连接。主隔离开关、备用隔离开关、断路器内有真空灭弧室，真空灭弧室内装有真空度压力传感器。真空度压力传感器位于真空灭弧室拉杆旁边。主隔离开关、备用隔离开关、断路器、接地开关安装在气箱前板上，前板外面安装有永磁操动机构、接地开关操动机构、气动操动机构。永磁操动机构有2台，分别连接主隔离开关和备用隔离开关的真空灭弧室拉杆。气动操动机构连接断路器的真空灭弧室拉杆。主隔离开关、备用隔离开关、断路器、接地开关均采用真空灭弧室和固体绝缘材料。固体绝缘材料表面非连接部位，固化有半导电屏蔽层，并与壳体连接。导电体连接处均设有均匀件，消除局部尖端放电现象。
主隔离开关包括主隔离开关极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的插座连接。主隔离开关极柱软连接仓内有母线，母线通过软连接与真空灭弧室动端连接，绝缘拉杆端头穿过软连接旋进真空灭弧室动端，固定软连接与真空灭弧室。母线前端是绝缘拉杆仓。绝缘拉杆仓开口端面固定在气箱的前板上。绝缘拉杆穿过气箱前板与永磁操动机构的动铁芯连接。主隔离开关母线通过右母线插头与备用隔离开关的左母线插座连接。
备用隔离开关包括备用隔离开关极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的插座连接。备用隔离开关极柱内有真空灭弧室。备用隔离开关极柱软连接仓内有母线，母线通过软连接与真空灭弧室动端连接，绝缘拉杆端头穿过软连接旋进真空灭弧室动端，固定软连接与真空灭弧室。绝缘拉杆仓开口端面固定在气箱的前板上。绝缘拉杆穿过气箱前板与永磁操动机构的动铁芯连接。备用隔离开关母线通过右母线插座与断路器极柱的左母线插头连接，通过左母线插座与主隔离开关母线插头连接，通过上母线插座与进线接地开关的套管插头连接。
进线接地开关极柱内有真空灭弧室，真空灭弧室静端通过套管与备用隔离开关母线连接，真空灭弧室动端通过软连接与接地端子连接。
断路器包括断路器极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的插座连接。断路器极柱静端向上、向后、向左开有3个对接用的插座。向上的插座连接出线接地开关的L型套管插头，向后的插座连接电缆套管，向左的插座连接避雷器。断路器极柱动端设有左母线插头和PT插座，动端软连接仓内有母线。PT通过套管与断路器的母线连接，避雷器通过插头与出线电缆和真空灭弧室静端连接。
出线接地开关极柱内有真空灭弧室，真空灭弧室静端通过套管与备用隔离开关母线连接，真空灭弧室动端通过软连接与接地端子连接。出线接地开关极柱的静端通过L型长套管与断路器极柱静端向上的插座连接。出线接地开关极柱的拉杆仓断面与气箱的前板通过螺丝连接。拉杆与接地操动机构拐臂上的连接块连接。
壳体采用304#不锈钢板材料，前板、底板、左侧板、右侧板焊接在一起，上盖板和后板采用螺丝固定。机构前板是开关和操动机构的支撑固定面。
接地开关操动机构位于进线接地开关和出线接地开关的正前方。接地开关操动机构包括花键轴、大齿轮、小齿轮、操作轴、拐臂、连接块等，花键轴两端通过轴承与支架连接，支架固定在前板上。大齿轮套在花键轴中间，大齿轮下方啮合着小齿轮。拐臂套在花键轴上，拐臂下部连接有连接块，连接块与接地拉杆连接。操作轴驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮，大齿轮驱动花键轴，花键轴带动拐臂，通过连接块驱动接地拉杆，实现接地开关的分合。接地开关操动机构同步驱动进行接地开关和出线接地开关。
永磁操动机构由动铁芯、永磁铁、线圈和壳体构成。动铁芯与隔离开关的绝缘拉杆一端连接，绝缘拉杆另一端与真空灭弧室的动端连接。永磁操动机构可以采用单稳态结构，也可以采用双稳态结构。永磁操动机构是一种用于高压真空开关永磁保持，电磁控制的操作机构。与传统操动机构相比较，具有主要部件少,是传统弹簧操作机构零部件的7%,无需机械脱扣锁扣装置，故障点少,高可靠性，使用寿命长,其中永磁操作机构寿命可达10万次以上，适用于高铁动车的频繁操作及高可靠要求。
气动操动机构采用高压压缩空气驱动，设有电磁阀控制合闸气门和分闸气门。
本发明的有益效果是：1、采用真空灭弧室和固体绝缘材料，缩小了开关的体积；2、极柱采用了均压件和半导电屏蔽接地层，降低了产品的局部放电量，提高了产品的寿命；3、永磁操动机构减小了开关整体的体积，提高了可靠性；4、气动操动机构简化了断路器的操控，更便于电气化机车的频繁操作。
附图说明
附图1 高压开关设备示意图
附图2 高压开关设备俯视图
附图标号说明： 1、主隔离开关，1.1、进线插座，1.2、母线插头，1.3、软连接仓，1.4、绝缘拉杆仓，2、进线接地开关，2.1接地端子，2.2、接地拉杆，3、断路器，3.1、避雷器插座，3.2、PT插座，3.3、左母线插头，4、出线接地开关，4.1、L型长套管，5、备用隔离开关，6、电缆靴，7、避雷器，8、电压互感器，9、永磁操动机构，10、接地开关操动机构，11、气动操动机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步描述。
实施例1
附图1为了便于说明，去掉了壳体部分。如附图1和图2所示，一种电气化机车高压开关设备，包括主隔离开关1、备用隔离开关5、断路器3、进线接地开关2、出线接地开关4、永磁操动机构9、接地开关操动机构10、气动操动机构11、避雷器7、电压互感器（PT）8，其特征在于：主隔离开关1、备用隔离开关5、断路器3、进线接地开关2和出线接地开关4置于壳体内；主隔离开关1、备用隔离开关5、断路器3水平并排布置,进线接地开关2位于备用隔离开关5上部，出线接地开关4位于断路器3上部，主隔离开关1通过母线插头1.2与备用隔离开关5连接，备用隔离开关5与断路器3的左母线插头3.3连接，电压互感器8（PT）通过PT插座3.2与断路器母线连接，断路器出线端通过L型长套管4.1与出线接地开关4连接，备用隔离开关母线端与进线接地开关2连接。主隔离开关1、备用隔离开关5、断路器3内有真空灭弧室，真空灭弧室装有真空度压力传感器。真空度压力传感器位于真空灭弧室动端的金属壳体上。主隔离开关1、备用隔离开关5、断路器3、进线接地开关2和出线接地开关4安装在气箱前板上，前板外面安装有永磁操动机构9、接地开关操动机构10、气动操动机构11。永磁操动机构有2台，分别连接主隔离开关1和备用隔离开关5的真空灭弧室拉杆。气动操动机构11连接断路器3的真空灭弧室拉杆。电气化机车高压开关设备的绝缘采用固体绝缘材料，如三元乙丙橡胶。固体绝缘材料表面非连接部位固化有半导电屏蔽层，并与气箱连接。导体连接处均设有均匀件，消除局部尖端放电现象。
主隔离开关1包括主隔离开关极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴6连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的进线插座1.1连接。主隔离开关极柱软连接仓内1.3有母线，母线通过软连接与真空灭弧室动端连接，绝缘拉杆端头穿过软连接旋进真空灭弧室动端，固定软连接与真空灭弧室。母线前端是绝缘拉杆仓1.4。绝缘拉杆仓1.4开口端面有半导电屏蔽接地层，与气箱前板固定在一起。绝缘拉杆穿过气箱前板与永磁操动机构的动铁芯连接。主隔离开关母线通过右母线插头1.2与备用隔离开关5的左母线插座连接。
备用隔离开关5包括备用隔离开关极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的插座连接。备用隔离开关极柱内有真空灭弧室。备用隔离开关极柱软连接仓内有母线，母线通过软连接与真空灭弧室动端连接，绝缘拉杆端头穿过软连接旋进真空灭弧室动端，固定软连接与真空灭弧室。绝缘拉杆仓开口端面固定在气箱的前板上。绝缘拉杆穿过气箱前板与永磁操动机构的动铁芯连接。备用隔离开关母线通过右母线插座与断路器极柱的左母线插头3.3连接，通过左母线插座与主隔离开关1的右边母线插头1.2连接，通过上母线插座与进线接地开关的套管插头连接。
进线接地开关极柱内有真空灭弧室，真空灭弧室静端通过套管与备用隔离开关母线连接，真空灭弧室动端通过软连接与接地端子连接。接地拉杆2.2连接真空灭弧室动端和接地开关操动机构9的拐臂。断路器3包括断路器极柱、电缆连接套管、绝缘拉杆，电缆连接套管的套管端与电缆靴连接，电缆连接套管插头端与隔离开关极柱静端的插座连接。断路器极柱静端向上、向后、向左开有3个对接用的插座。向上的插座连接出线接地开关的L型长套管插头4.1，向后的插座连接电缆套管，向左的避雷器插座3.1连接避雷器。断路器极柱动端设有左母线插头3.3和PT插座3.2，动端软连接仓内有母线。电压互感器8通过套管与断路器的母线连接，避雷器7通过插头与出线电缆和真空灭弧室静端连接。
出线接地开关极柱内有真空灭弧室，真空灭弧室静端通过套管与备用隔离开关母线连接，真空灭弧室动端通过软连接与接地端子连接。出线接地开关极柱的静端通过L型长套管与断路器极柱静端向上的插座连接。出线接地开关极柱的拉杆仓断面与气箱的前板通过螺丝连接。拉杆与接地操动机构拐臂上的连接块连接。
壳体采用304#不锈钢板材料，前板、底板、左侧板、右侧板焊接在一起，上盖板和后板采用螺丝固定。机构前板是开关和操动机构的支撑固定面。
接地开关操动机构10位于进线接地开关和出线接地开关的正前方。接地开关操动机构10包括花键轴、大齿轮、小齿轮、操作轴、拐臂、连接块等，花键轴两端通过轴承与支架连接，支架固定在前板上。大齿轮套在花键轴中间，大齿轮下方啮合着小齿轮。拐臂套在花键轴上，拐臂下部连接有连接块，连接块与接地拉杆连接。操作轴驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮，大齿轮驱动花键轴，花键轴带动拐臂，通过连接块驱动接地拉杆，实现接地开关的分合。接地开关操动机构同步驱动进行接地开关和出线接地开关。
永磁操动机构9采用双稳态结构。永磁操动机构9由动铁芯、永磁铁、合闸线圈、分闸线圈和壳体构成。动铁芯与隔离开关的绝缘拉杆一端连接，绝缘拉杆另一端与真空灭弧室的动端连接。
气动操动机构11采用高压压缩空气驱动，设有电磁阀控制合闸气门和分闸气门。
本发明的有益效果是：1、采用真空灭弧室和固体绝缘材料，缩小了开关的体积；2、极柱采用了均压件和半导电屏蔽接地层，降低了产品的局部放电量，提高了产品的寿命；3、永磁操动机构减小了开关整体的体积，提高了可靠性；4、气动操动机构简化了断路器的操控，更便于电气化机车的频繁操作。
实施例2
永磁操动机构采用单稳态结构，通过储能弹簧实现隔离开关的分闸操作。气动操动机构采用压缩空气驱动合闸，采用崔能弹簧分闸。固体绝缘材料选用环氧树脂。均压件选用0.1毫米厚的不锈钢网制作。气箱采用3毫米厚的304#不锈钢板。
其余同实施例1。
Claims (5)
1.电气化机车高压开关设备，包括主隔离开关（1）、备用隔离开关（5）、断路器（3）、进线接地开关（2）、出线接地开关（4）、永磁操动机构（9）、接地开关操动机构（10）、气动操动机构（11）、避雷器（7）、电压互感器（8），其特征在于：主隔离开关（1）、备用隔离开关（5）、断路器（3）、进线接地开关（2）和出线接地开关（4）置于壳体内；主隔离开关（1）、备用隔离开关（5）、断路器（3）水平并排布置,进线接地开关（2）位于备用隔离开关（5）上部，出线接地开关（4）位于断路器（3）上部，主隔离开关（1）通过母线插头（1.2）与备用隔离开关（5）连接，备用隔离开关（5）与断路器（3）的左母线插头（3.3）连接，电压互感器（8）通过PT插座（3.2）与断路器母线连接，断路器出线端通过L型长套管（4.1）与出线接地开关（4）连接，备用隔离开关母线端与进线接地开关（2）连接。
2.如权利要求1所述的电气化机车高压开关设备，其特征在于：主隔离开关（1）、备用隔离开关（5）、断路器（3）内有真空灭弧室，真空灭弧室装有真空度压力传感器，真空度压力传感器位于真空灭弧室动端的金属壳体上；绝缘采用固体绝缘材料，固体绝缘材料表面非连接部位固化有半导电屏蔽层。
3.如权利要求2所述的电气化机车高压开关设备，其特征在于：固体绝缘材料为三元乙丙橡胶或环氧树脂。
4.如权利要求1所述的电气化机车高压开关设备，其特征在于：接地开关操动机构（10）包括花键轴、大齿轮、小齿轮、操作轴、拐臂、连接块，花键轴两端通过轴承与支架连接，支架固定在前板上；大齿轮套在花键轴中间，大齿轮下方啮合着小齿轮；拐臂套在花键轴上，拐臂下部连接有连接块，连接块与接地拉杆（2.2）连接。
5.如权利要求1所述的电气化机车高压开关设备，其特征在于：永磁操动机构（9）由动铁芯、永磁铁、合闸线圈、分闸线圈和壳体构成。
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