CN109036947A - 高安全性一二次融合柱上开关 - Google Patents

Abstract

一种高安全性一二次融合柱上开关，包括柱上户外真空断路器、电磁式电压互感器、馈线终端装置，柱上户外真空断路器包括箱体、弹簧操作机构、设置在箱体内的三组灭弧组件，箱体顶端设置能够抵抗各向应力的密封结构，底侧固定能够监测爆震，并报警的爆震检测箱。该柱上开关具有更高的集成度的同时具有更优的安全性能。

Description

高安全性一二次融合柱上开关

技术领域

本发明涉及电力系统使用的柱上开关，具体涉及一种一二次融合柱上开关。

背景技术

目前，国家电网以打造“安全可靠、融合高效”为技术目标，以需求为导向，检测为保障，对配电网建设改造中的户外真空断路器，按照总体设计标准化，功能模块模块独立化、设备互换灵活化的思路，优先解决配电自动化建设中面临的遥信抖动，一二次接口的兼容性和扩展性、终端新增线损采集功能等问题，提出了柱上真空断路器应设置高精度、宽范围的电压传感器和电流传感器，满足故障检测、测量、计算等功能和计算线损的要求。为满足这个要求，柱上真空断路器要配置电子式电流互感器、电子式电压互感器。然而，现有的柱上真空断路器配置的电子式电流互感器、电压互感器真空散乱，体积大，且真空断路器内部布局不合理，从而造成其性能不可靠。

现有技术，中国专利(CN206992571U，柱上开关一二次融合成套设备)，公开了一种结构紧凑，集成度高的住上开关。但集成度提高，设备更紧凑，箱体在户外工作，有密封要求。夏季户外高温，箱体膨胀，长期使用会出现变形，造成密封不良，安全性降低。

如中国专利(CN201720683272.5一种ZW20柱上开关箱体防水机构)，方形盖，矩形密封圈。盖体在高温下，通常夏季金属外壳太阳暴晒可达70-80度，方形盖，尤其是长方形盖，线性膨胀量不同，同时箱体膨胀量与盖体存在差异，容易出现密封圈错位，导致密封不良。

此外，由于设备集中化程度高，配合更紧密，故障后造成的损失也更大。中国专利(CN201410774905.4柱上开关爆震指示器)通过系列连杆和报警装置实现在故障导致爆震后的报警操作，但是这种连杆结构，由于需要多次的传导，在爆震时，如果连杆本身在震动下出现位移，有可能会无法报警，因此其可靠性比较低。而且，连杆配合需要的空间也比较大，结构非常复杂，安装、生产都比较困难。

现有技术中，一二次融合柱上开关的安全性需要进一步的提高，来匹配其高集中度的安装结构。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种安全性更高的一二次融合柱上开关。

为了实现上述目的，本发明包括柱上户外真空断路器、固定在柱上户外真空断路器的支架上的电磁式电压互感器、与电磁式电压互感器电连接的馈线终端装置，所述的柱上户外真空断路器包括箱体、弹簧操作机构、设置在箱体内的三组灭弧组件，所述的三组灭弧组件的两端上分别连接有露在箱体外的三个进线接线柱和三个出线接线柱，所述的灭弧组件包括绝缘盒、设置绝缘盒内的真空灭弧室、连接在真空灭弧室与出线接线柱之间的出线连杆、连接在真空灭弧室与进线接线柱之间的进线连杆，所述的真空灭弧室通过拉杆组件与弹簧操作机构上的主轴连接，拉杆组件包括与主轴联动设置的绝缘拉杆、套装在绝缘拉杆上的弹簧、连接在绝缘拉杆与真空灭弧室之间的拉杆，所述的绝缘盒上对应出线连杆处套装有电子式电流互感器，所述的箱体的内壁上固定有电子式电压互感器，电子式电压互感器的一次接线端子通过一次导线与出线连杆电连接，电子式电压互感器的二次接线端子通过二次导线连接在箱体外壁上的航插上，航插通过电缆连接在馈线终端装置上，箱体顶部包括一个锥台型凸起，锥台型凸起顶端开口，开口包括一个环形连接部，连接部开有同轴的环形凹槽，凹槽纵截面为等腰梯形，还包括环形密封圈，密封圈包括插入部和密封部，插入部与环形凹槽配合，插入部能插入环形凹槽中，插入部内圈与密封部连接，密封部的纵截面为1/2-3/4球面；

还包括顶盖，顶盖包括一个锥台部，一个固定部，和一个减压部，固定部为环形，其通过螺栓与箱体固定连接，固定部与箱体顶面之间固定第二密封圈，锥台部形成的空间用于容纳锥台型凸起，减压部包括第一减压部和第二减压部，第二减压部为球面，第一减压部连接锥台部和第二减压部，第一减压部的纵截面是两个对称的圆弧；锥台部顶面内侧固定密封环，密封环纵截面为圆弧形，临近密封圈的一侧圆弧直径与密封部纵截面圆弧直径相同，且其对称轴与环形凹槽纵截面上的底垂直，其圆弧的角度在120-180°范围内；

箱体的底面下侧固定爆震检测箱，爆震检测箱内固定多个压电组件，压电组件包括一个固定在爆震检测箱内顶面上的压电陶瓷片，压电陶瓷片底面固定一个滑竿，滑竿底端与爆震检测箱内底面固定连接，滑竿上套装一个环形重锤，滑竿直径小于重锤内圈直径；压电陶瓷片，两侧电极通过导线与直流电机连接，直流电机转子端部与一个同轴的螺纹筒固定连接，螺纹筒内螺接一个螺杆，螺杆伸出螺纹筒，伸出端固定一个同轴的圆柱形导电柱，还包括一个固定环，固定环上固定导向柱，所述螺杆上开有与轴线平行的导向槽，所述导向柱伸入导向槽中，导向柱与导向槽滑动配合；还包括连接柱，连接柱沿螺杆行进方向对称设置，螺杆行进使导电柱能够将对称的两个连接柱连通，对称的连接柱通过导线与报警装置连接。

进一步的，所述密封圈的密封部内设置一个同心的空心环，空心环的纵截面为圆形，空心环内底部铺撒铁屑和铁球，铁球直径不大于毫米；密封部临近密封环的一侧设置一个环形凹入部，该凹入部纵截面为弧形，其弧线的对称轴在空心环纵截面圆心所在的平面上；密封环上设有与凹入部贴合的凸出部，凸出部内的中部固定电磁线圈，电磁线圈的导线穿过顶盖，其接头位于固定在顶盖上的防水盒内；还包括两个接线柱，接线柱间隔设置，伸入空心环中，抵触空心环临近凹入部的一侧；接线柱位于空心环内的一端连接导电片或球，使该端始终与铁屑或铁球接触；接线柱通过导线伸出顶盖外，接线端位于防水罩内。

进一步的，空心环内固定多个格挡段，格挡段临近凹入部的一侧固定金属片，金属片两端伸出格挡段，格挡段内不铺撒铁屑和铁球。

进一步的，所述直流电机，螺纹筒，螺杆，固定环以及连接柱都固定在稳定盒内，稳定盒通过弹簧固定在爆震检测箱的底面上。

连接柱有多对，沿螺杆轴线方向间隔排列，每一对连接柱与一个报警装置连接。

进一步的，一对连接柱与气体发生器连接，串联电路上设置蓄电池作为电源；气体发生器固定于伸缩筒内，伸缩筒包括一个内筒和一个外筒，内筒竖向设置固定在箱体侧壁上，内筒顶端开口，外筒底端开口罩在内筒外，气体发生器位于内筒中，气体发生器出气端与气囊连通，气筒充气后为柱形，能够将外筒顶起，伸缩筒位于拉杆的下侧，外筒升起能够将拉杆一端顶起，使进线接线柱和出线接线柱断开。

本发明的有益效果在于：

1、密封圈能够抵抗各个方向的形变，始终保持良好的密封效果，同时箱体顶部设置有锥形部，防止积水，提高密封效果的目的是为了保障箱体的极端条件下始终保持密封状态，避免由于故障等因素，出现密封不良，引发二次危险的发生。

2、爆震检测装置的结构简单，可靠性高，利用重锤和压电陶瓷在爆震下碰撞产生的直流电驱动直流电机带动连接柱接通报警电路，避免了连杆结构的误操作的可能，利用材料自身的特质，保证检测装置长时间有效工作。此外，通过控制重锤的重量能够定义爆震发生的最低振幅，即避免干扰。同时，将滑竿的与检测箱底面角度进行优化组合，能够检测到不同方向的振动，例如设置多个角度滑竿的组合，与检测箱底面之间的角度，15、30、45、60、90 度，当然压电陶瓷片与滑竿垂直设置，这样便于重锤激发压电陶瓷片。这样就能够检测多个方向的振动。压电陶瓷片的选择范围较大，主要考虑的因素在于激发后的电压和电流大小，要与直流电机匹配，使直流电机产生足够的驱动力，使螺杆前进。更细致一些的是控制螺杆的行进速度，也就是说，有效激发次数与螺杆行进的速度之间的关系。这个可以根据实际需求来设计，选择常用的压电陶瓷片与直流电机进行多次匹配实验即可。从而使装置能够有较大的适用范围。

3、密封圈的密封状态能够进行检测，电磁线圈吸引铁屑和铁球形成导线，或是吸引他们与金属片接触共同形成导线，当密封圈位置偏移，凹入部和凸出部会错位，电磁线圈无法吸引铁屑和铁球形成导线，尤其是设置了格挡段的密封圈，电磁线圈一方面由于位置变化吸引力的强度变弱，方向改变，铁屑和铁球无法与金属片接触，从而不能形成导线，则在接线柱接通通路监测设备时，就能够发现线路不通，则能够基本判断密封圈错位。

4、爆震检测箱内的直流电机等组件放在由弹簧减震的盒子内，避免元件在震动下损坏。

5、爆震下降线路断开能够避免不必要的危险和损失，利用气体发生器和气囊推动伸缩筒操作，能够第一时间自动操作，及时有效。气体发生器和气囊是汽车安全领域常用的部件。只是气囊的形状要变换成柱状，配合将外筒顶出。

附图说明

图1为一二次融合柱上开关主体结构图。

图2为一二次融合柱上开关内部结构图。

图3为户外真空断路器的剖视结构图。

图4为箱体主体结构示意图。

图5为密封结构示意图。

图6为密封圈结构示意图。

图7为爆震监测组件剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1-6所示，包括柱上户外真空断路器10、固定在柱上户外真空断路器10的支架11 上的电磁式电压互感器20、与电磁式电压互感器20电连接的馈线终端装置30，所述的柱上户外真空断路器10包括箱体12、弹簧操作机构、设置在箱体12内的三组灭弧组件13，所述的三组灭弧组件13的两端上分别连接有露在箱体12外的三个进线接线柱14和三个出线接线柱15，所述的灭弧组件13包括绝缘盒131、设置绝缘盒131内的真空灭弧室132、连接在真空灭弧室132与出线接线柱15之间的出线连杆133、连接在真空灭弧室132与进线接线柱14之间的进线连杆134，所述的真空灭弧室132通过拉杆组件16与弹簧操作机构上的主轴17连接，拉杆组件16包括与主轴17联动设置的绝缘拉杆161、套装在绝缘拉杆161上的弹簧162、连接在与绝缘拉杆161与真空灭弧室132之间的拉杆163，所述的绝缘盒131上对应出线连杆133处套装有电子式电流互感器18，所述的箱体12的内壁上固定有电子式电压互感器19，电子式电压互感器19的一次接线端子通过一次导线191与出线连杆133电连接，电子式电压互感器19的二次接线端子通过二次导线连接在箱体12外壁上的航插121上，航插 121通过电缆31连接在馈线终端装置30上。如图2所示，所述的出线接线柱15包括导电杆 151、包裹在导电杆151上的绝缘层152，所述的导电杆151的一端设置有露在绝缘层152外的接线孔153，导电杆151的另一端上设置有卡装槽154，所述的出线连杆133上设置有与卡装槽154相配合的导电套135，该卡装槽154套装在导电套135上且构成导电杆151与导电套135的卡接配合。箱体12顶部包括一个锥台型凸起122，锥台型凸起122顶端开口，开口包括一个环形连接部123，连接部123开有同轴的环形凹槽，凹槽纵截面为等腰梯形。还包括环形密封圈70，密封圈70包括插入部71和密封部72，插入部71与环形凹槽配合，插入部71能插入环形凹槽中，起到固定密封圈70的作用，插入部71内圈与密封部72连接，密封部72的纵截面为1/2-3/4球面，临近连接部123的一侧紧贴连接部123表面。

还包括顶盖60，顶盖60包括一个锥台部，一个固定部，和一个减压部，固定部为环形，其通过螺栓与箱体12固定连接，固定部与箱体12顶面之间固定第二密封圈，锥台部形成的空间用于容纳锥台型凸起122，减压部包括第一减压部65和第二减压部66，第二减压部66为球面，第一减压部65连接锥台部和第二减压部66，第一减压部65的纵截面是两个对称的圆弧。锥台部顶面内侧固定环形密封环61，密封环61纵截面为圆弧形，临近密封圈70的一侧圆弧直径与密封部72纵截面圆弧直径相同，其对称轴与环形凹槽纵截面上的底垂直，其角度在120-180°范围内，角度太大不易安装，由于密封部要从上至下按压，使密封圈70卡入密封环61，因此角度太大，密封部72没有足够的压缩空间，会导致密封圈70受力过大从环形凹槽中脱落，角度太小，则接触面过小，密封效果不佳。此外，接触面积小，使得顶盖60 出现纵向位移的时候，没有足够的向密封部72施力的面积，不能有效的卡紧密封部72，有可能会造成密封圈70脱落。尤其是在故障后爆震发生时，需要有足够的有效接触面积，保持密封效果。第一和第二减压部能够在高温下，箱体12内气压变大首先将第一减压部顶起，压力持续变大则将第二减压部顶起，使箱体12内容积变大。防止箱体12内压力过大，造成密封不良。

密封圈70的密封部72内设置一个同心的空心环73，空心环73的纵截面为圆形，空心环内底部铺撒铁屑和铁球，铁球直径不大于2毫米。放铁球的目的一是能快速响应电磁吸引，二是铁球能够形成导电线路的主体，铁屑填充铁球之间的空隙即可，提高可靠性。密封部72 临近密封环61的一侧设置一个环形凹入部，该凹入部纵截面为弧形，其弧线的对称轴在空心环73纵截面圆心所在的平面上。密封环61上设有与凹入部贴合的凸出部62，凸出部62内的中部固定电磁线圈63，电磁线圈63的导线穿过顶盖60，其接头位于固定在顶盖上的防水盒64内。空心环73内临近凹入部的一侧固定多个间隔设置的金属片75。还包括两个接线柱 76，接线柱76间隔设置，伸入空心环73中，抵触空心环73临近凹入部的一侧。接线柱76位于空心环73内的一端可以连接导电片或球，使该端始终与铁屑或铁球接触。接线柱76通过导线伸出顶盖60外，接线端位于防水罩内。检修的时候，通过接通电磁线圈63的电源，使电磁线圈吸引铁屑和铁球集中到空心环临近凹入部的一侧，并与金属片75配合形成环形导线线圈。接线柱76与外部通路监测设备，如指示灯和电源连接，即可知道铁屑和铁锈是否被吸引到了临近凹入部的位置。但如果密封圈发生了位移，电磁线圈的吸引力则会将铁屑和铁球吸引到偏离金属片75的位置，使线路无法接通。由此则可以判断密封圈有没有发生位移。金属片75的两端向中心处，可以设置两个挡片，使金属片75对应的一段空心环73内没有铁屑，同时金属片75两端能够与铁屑和铁球接触。这样，对于检测密封圈与密封环61是否发生偏移就更准确。

箱体12的底面下侧固定爆震检测箱80，爆震检测箱80内固定多个压电组件90，压电组件90包括一个固定在爆震检测箱80内顶面上的压电陶瓷片91，压电陶瓷片91底面固定一个滑竿92，滑竿92底端与爆震检测箱80内底面固定连接，滑竿92上套装一个环形重锤93，重锤93，滑竿92直径小于重锤93内圈直径。压电陶瓷片91，两侧电极通过导线与直流电机83连接，直流电机83转子端部与一个同轴的螺纹筒84固定连接，螺纹筒84内螺接一个螺杆85，螺杆85伸出螺纹筒84，伸出端固定一个同轴的圆柱形导电柱，还包括一个固定环86，固定环86上固定导向柱，所述螺杆85上开有与轴线平行的导向槽，所述导向柱伸入导向槽中，导向柱与导向槽滑动配合。还包括连接柱87，连接柱沿螺杆85行进方向对称设置，螺杆行进使导电柱86能够与对称的连接柱87连通，对称的连接柱87通过导线与报警装置连接。报警装置可以是固定在箱体上警示灯，蜂鸣器，也可以是远程的报警装置。爆震发生，箱体 12带着爆震检测箱80震动，带动重锤93上下移动，重锤93锤击压电陶瓷片91，产生直流电，直流电带动直流电机工作，直流电机转子转动，带动螺纹筒84转动，导向柱的限制下螺杆85轴向运动，向连接柱87移动，爆震持续，电机持续转动，使导电柱与连接柱87接触接通报警电路。爆震检测箱80底面或侧面设置检修门。螺杆85的尾端设置一端光杆，防止螺纹筒84将螺杆85旋出。压电陶瓷片产生的电流大小与直流电机的工作电流匹配使直流电机产生的扭力要大于，螺纹筒和螺杆以及固定环配合需要克服的摩擦力。此外，连接柱87与导电柱之间的距离设置，根据需要而定，需要尽快报警，则距离设置的近些，需要验证爆震是否真实发生，延长报警时间可以放远一些。

所述直流电机83，螺纹筒84，螺杆85，固定环86以及连接柱87都固定在稳定盒81内，稳定盒81通过弹簧固定在爆震检测箱80的底面上。防止爆震干扰或是损坏这些元件。

连接柱87可以有多对，沿螺杆84轴线方向间隔排列，每一对连接柱87与一个报警装置连接。通过导电柱通过连接柱87的数量能够判断爆震的震动速度。

此外，为了使爆震能够进行危险情况自处理，设置一对连接柱87与气体发生器88连接，电路上设置电源。气体发生器88固定于伸缩筒89内，伸缩筒89包括一个内筒和一个外筒，内筒竖向设置固定在箱体12侧壁上，内筒顶端开口，外筒底端开口罩在内筒外，气体发生器位于内筒中，气体发生器88出气端与气囊连通，气筒充气后为柱形，能够将外筒顶起，伸缩筒89位于主轴17位于拉杆171的下侧，外筒升起能够将拉杆171一端顶起，使箱体内进线和出线断开连接。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高安全性一二次融合柱上开关，包括柱上户外真空断路器、固定在柱上户外真空断路器的支架上的电磁式电压互感器、与电磁式电压互感器电连接的馈线终端装置，所述的柱上户外真空断路器包括箱体、弹簧操作机构、设置在箱体内的三组灭弧组件，所述的三组灭弧组件的两端上分别连接有露在箱体外的三个进线接线柱和三个出线接线柱，所述的灭弧组件包括绝缘盒、设置绝缘盒内的真空灭弧室、连接在真空灭弧室与出线接线柱之间的出线连杆、连接在真空灭弧室与进线接线柱之间的进线连杆，所述的真空灭弧室通过拉杆组件与弹簧操作机构上的主轴连接，拉杆组件包括与主轴联动设置的绝缘拉杆、套装在绝缘拉杆上的弹簧、连接在绝缘拉杆与真空灭弧室之间的拉杆，所述的绝缘盒上对应出线连杆处套装有电子式电流互感器，所述的箱体的内壁上固定有电子式电压互感器，电子式电压互感器的一次接线端子通过一次导线与出线连杆电连接，电子式电压互感器的二次接线端子通过二次导线连接在箱体外壁上的航插上，航插通过电缆连接在馈线终端装置上，其特征在于，箱体顶部包括一个锥台型凸起，锥台型凸起顶端开口，开口包括一个环形连接部，连接部开有同轴的环形凹槽，凹槽纵截面为等腰梯形，还包括环形密封圈，密封圈包括插入部和密封部，插入部与环形凹槽配合，插入部能插入环形凹槽中，插入部内圈与密封部连接，密封部的纵截面为1/2-3/4球面；

还包括顶盖，顶盖包括一个锥台部，一个固定部，和一个减压部，固定部为环形，其通过螺栓与箱体固定连接，固定部与箱体顶面之间固定第二密封圈，锥台部形成的空间用于容纳锥台型凸起，减压部包括第一减压部和第二减压部，第二减压部为球面，第一减压部连接锥台部和第二减压部，第一减压部的纵截面是两个对称的圆弧；锥台部顶面内侧固定密封环，密封环纵截面为圆弧形，临近密封圈的一侧圆弧直径与密封部纵截面圆弧直径相同，且其对称轴与环形凹槽纵截面上的底垂直，其圆弧的角度在120-180°范围内；

箱体的底面下侧固定爆震检测箱，爆震检测箱内固定多个压电组件，压电组件包括一个固定在爆震检测箱内顶面上的压电陶瓷片，压电陶瓷片底面固定一个滑竿，滑竿底端与爆震检测箱内底面固定连接，滑竿上套装一个环形重锤，滑竿直径小于重锤内圈直径；压电陶瓷片，两侧电极通过导线与直流电机连接，直流电机转子端部与一个同轴的螺纹筒固定连接，螺纹筒内螺接一个螺杆，螺杆伸出螺纹筒，伸出端固定一个同轴的圆柱形导电柱，还包括一个固定环，固定环上固定导向柱，所述螺杆上开有与轴线平行的导向槽，所述导向柱伸入导向槽中，导向柱与导向槽滑动配合；还包括连接柱，连接柱沿螺杆行进方向对称设置，螺杆行进使导电柱能够将对称的两个连接柱连通，对称的连接柱通过导线与报警装置连接。

2.根据权利要求1所述的高安全性一二次融合柱上开关，其特征在于，所述密封圈的密封部内设置一个同心的空心环，空心环的纵截面为圆形，空心环内底部铺撒铁屑和铁球，铁球直径不大于毫米；密封部临近密封环的一侧设置一个环形凹入部，该凹入部纵截面为弧形，其弧线的对称轴在空心环纵截面圆心所在的平面上；密封环上设有与凹入部贴合的凸出部，凸出部内的中部固定电磁线圈，电磁线圈的导线穿过顶盖，其接头位于固定在顶盖上的防水盒内；还包括两个接线柱，接线柱间隔设置，伸入空心环中，抵触空心环临近凹入部的一侧；接线柱位于空心环内的一端连接导电片或球，使该端始终与铁屑或铁球接触；接线柱通过导线伸出顶盖外，接线端位于防水罩内。

3.根据权利要求2所述的高安全性一二次融合柱上开关，其特征在于，空心环内固定多个格挡段，格挡段临近凹入部的一侧固定金属片，金属片两端伸出格挡段，格挡段内不铺撒铁屑和铁球。

4.根据权利要求1所述的高安全性一二次融合柱上开关，其特征在于，所述直流电机，螺纹筒，螺杆，固定环以及连接柱都固定在稳定盒内，稳定盒通过弹簧固定在爆震检测箱的底面上。

5.根据权利要求4所述的高安全性一二次融合柱上开关，其特征在于，连接柱有多对，沿螺杆轴线方向间隔排列，每一对连接柱与一个报警装置连接。

6.根据权利要求5所述的高安全性一二次融合柱上开关，其特征在于，一对连接柱与气体发生器连接，串联电路上设置蓄电池作为电源；气体发生器固定于伸缩筒内，伸缩筒包括一个内筒和一个外筒，内筒竖向设置固定在箱体侧壁上，内筒顶端开口，外筒底端开口罩在内筒外，气体发生器位于内筒中，气体发生器出气端与气囊连通，气筒充气后为柱形，能够将外筒顶起，伸缩筒位于拉杆的下侧，外筒升起能够将拉杆一端顶起，使进线接线柱和出线接线柱断开。