CN109888657B - 铁路牵引变高压开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压电气设备领域，尤其是一种铁路牵引变高压开关。包括主进线断路器、备用进线断路器、主接地开关、备用接地开关、主母线断路器、备用母线断路器、进线套管、母线套管、进线断路器操动机构、接地开关操动机构、母线断路器操动机构。断路器由真空灭弧室、铜导电件和固体绝缘材料构成。导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。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。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，提高了可靠性。

Description

铁路牵引变高压开关设备

技术领域

本发明涉及高压电气设备领域，尤其是一种铁路牵引变高压开关。

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。为电气化机车提供电力的牵引变电站的安全性和可靠性也越来越重要，随着高铁时代的到来，面临市场需求日益旺盛的局面。铁路牵引供电线路实行分段供电，当有机车通过时，该段线路电流较大（如复兴号动车需要的电流达到1000A）；当机车通过后，该段线路的电流急速变小，甚至于降到零。由此对铁路牵引开关设备冲击极大，严重影响开关设备的使用寿命。常规的铁路牵引开关设备以气体绝缘为主，如公开号CN201490613U公开了两相共箱的铁路开关柜。现有气体绝缘开关存在体积大、安全性低（存在气体泄漏、爆燃等风险）。

发明内容

本发明的目的是提出一种铁路牵引变高压开关设备，体积小、安全性高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种铁路牵引变高压开关设备，包括主进线断路器、备用进线断路器、主接地开关、备用接地开关、主母线断路器、备用母线断路器、进线套管、母线套管、进线断路器操动机构、接地开关操动机构、母线断路器操动机构。主进线断路器、备用进线断路器、主接地开关、备用接地开关、主母线断路器、备用母线断路器均由真空灭弧室、铜导电件和固体绝缘材料构成。导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。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压件，消除局部尖端放电现象。

半导电缓冲层主要作用是消除导电体表面存在的尖端、毛刺等影响局部放电的因素；同时在导电体发热时，缓冲因热胀冷缩带来的固体绝缘材料与导电体之间的应力，避免产生间隙和固体绝缘材料开裂。半导电缓冲层的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间。半导电缓冲层厚度在0.5-2毫米之间。半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶。半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。

一种铁路牵引变高压开关设备，采用双回路结构，互为备用。进线断路器、接地开关、母线断路器密封在不锈钢壳体内。进线断路器极柱、接地开关极柱、母线断路器极柱安装在不锈钢壳体的前板上。进线断路器操动机构、接地开关操动机构、母线断路器操动机构分别安装在对应的不锈钢壳体的前板正面。进线断路器操动机构与进线断路器极柱中间通过拉杆连接，进线断路器极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在进线断路器极柱法兰里，拉杆穿过密封波纹套。母线断路器操动机构与母线断路器极柱中间通过拉杆连接，母线断路器极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在母线断路器极柱法兰里，拉杆穿过密封波纹套。接地开关操动机构与接地开关极柱中间通过拉杆连接，接地开关极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在接地开关极柱法兰里，拉杆穿过密封波纹套。母线断路器操动机构位于安装板上部，接地开关操动机构位于安装板中部，进线断路器操动机构位于安装板下部。母线断路器操动机构、接地开关操动机构和进线断路器操动机构之间有机械联锁装置和电气联锁控制电路。母线套管连接变电站内母线电缆，进线套管连接变电站内进线电缆或铁路牵引高压电缆。进线套管为⊥型结构，3个接头（2进1出）。母线套管采用上下L型结构，安装时一个朝前，另一个朝后，目的在于主母线和备用母线错开平行排列。母线套管与母线断路器极柱动端口连接，母线断路器静端极柱静端口与接地开关极柱上端口连接，接地开关极柱下端口与进线断路器极柱静端口连接，进线断路器极柱动端口与进线套管连接。

壳体主体用的冷板，机构安装板是45#钢，绝缘件过板用不锈钢防涡流。

接地开关极柱可以采用真空灭弧室开关，也可以采用空气绝缘开关。

密封波纹套可以防止灰尘和水汽进入极柱拉杆室，影响绝缘性能。

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；导电体和固封材料之间采用了半导电缓冲层，提高了产品的绝缘寿命；3、密封波纹套，提高了拉杆室防尘和水汽的能力，提高了产品的可靠性；4、联锁装置提高了产品的运行安全性。

附图说明

附图1 铁路牵引变高压开关示意图

附图2 断路器极柱剖视示意图

附图标号说明： 1、主进线套管，2、备用进线套管，3、主进线断路器，3.1、静端铜导电件，3.2、真空灭弧室，3.3、动端铜导电件，3.4、拉杆室，3.5、波纹套凹槽，3.6、静端法兰，3.7、动端凹槽，3.8、带电传感器，3.9绝缘层，3.10、静端均压件，3.11、半导电缓冲层，3.12、动端均压件，3.13、动端连接均压环，3.14、拉杆均压件，3.15、半导电屏蔽层，4、备用进线断路器，5、主接地开关，6、备用接地开关，7、主母线断路器，8、备用母线断路器，9、母线套管，10、进线断路器操动机构，11、接地开关操动机构，12、母线断路器操动机构，13、拉杆，14、密封波纹套。

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所示，一种铁路牵引变高压开关设备，包括主进线断路器3、备用进线断路器4、主接地开关5、备用接地开关6、主母线断路器7、备用母线断路器8、主进线套管1、备用进线套管2、母线套管9、进线断路器操动机构10、接地开关操动机构11、母线断路器操动机构12。断路器由真空灭弧室、铜导电件和固体绝缘材料构成。接地开关可以采用真空灭弧室，也可以用空气开关。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压件，消除局部尖端放电现象。

图2是断路器极柱的剖视示意图，为了便于说明，半导电缓冲层3.11和半导电屏蔽层3.15做了放大处理。如图2所示，断路器极柱由静端铜导电件3.1、真空灭弧室3.2、动端铜导电件3.3、拉杆室3.4、波纹套凹槽3.5、静端法兰3.6、动端凹槽3.7、带电传感器3.8、绝缘层3.9、静端均压件3.10、半导电缓冲层3.11、动端均压件3.12、动端连接均压环3.13、拉杆均压件3.14、半导电屏蔽层3.15构成。静端铜导电件3.1与真空灭弧室3.2的静端铜件紧固在一起，动端铜导电件3.3固定在真空灭弧室3.2的动端并通过弹簧触指与动端的铜导电件连接。断路器极柱上部向左的外锥形连接面，通过静端法兰3.6与其他部件固定。静端法兰3.6与静端铜导电件3.1之间有带电传感器3.8，带电传感器3.8超过外锥形连接面与静端法兰3.6的交界线，起到静端法兰3.6连接面的电场均压作用。动端凹槽3.7用于与接地开关对应的连接铜件，通过弹簧触指连接。断路器极柱中部向右的内锥锥形连接面与进线套管或接地开关连接和绝缘密封。动端铜导电件3.3与内锥面底部内有动端连接均压环3.13，主要作用是对内锥底部与动端铜导电件3.3过渡面的电场均压，防止过渡面出现电场集中现象。真空灭弧室3.2静端设有开口向下的静端均压件3.10，动端设有开口向上的动端均压件3.12。动端铜导电件3.3设有拉杆均压件3.14，拉杆均压件3.14开口向下，并超过真空灭弧室开断时拉杆与动端铜件的连接面，主要解决拉杆与铜导件连接部位的电场均压问题。断路器极柱通过绝缘层3.9实现电气绝缘。绝缘层3.9外部是半导电屏蔽层3.15。断路器极柱下部设有拉杆室3.4，拉杆室3.4呈锥形结构。拉杆室外部是绝缘层3.9。在断路器极柱底部法兰上设有设有波纹套凹槽3.5，用于固定波纹套和密封拉杆室3.4，防止灰尘和水汽进入拉杆室3.4。静端铜导电件3.1外表面设有半导电缓冲层3.11，动端铜导电件3.3在动端连接均压环3.13以内部分和拉杆均压件3.14以外部分铜件表面设有半导电缓冲层。

半导电缓冲层3.11主要作用是消除导电体表面存在的尖端、毛刺等影响局部放电的因素；同时在导电体发热时，缓冲因热胀冷缩带来的固体绝缘材料与导电体之间的应力，避免产生间隙和固体绝缘材料开裂。半导电缓冲层的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间。半导电缓冲层厚度在0.5-2毫米之间。半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶。半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。

一种铁路牵引变高压开关设备，采用双回路结构，互为备用。进线断路器、接地开关、母线断路器密封在不锈钢壳体内。进线断路器极柱、接地开关极柱、母线断路器极柱安装在不锈钢壳体的前板上。进线断路器操动机构、接地开关操动机构、母线断路器操动机构分别安装在对应的不锈钢壳体的前板正面。进线断路器操动机构10与进线断路器极柱中间通过拉杆13连接，进线断路器极柱与安装板之间有密封波纹套14，密封波纹套固定在进线断路器极柱法兰的波纹套凹槽3.5里，拉杆13穿过密封波纹套14并带动密封波纹套一起运动。母线断路器操动机构12与母线断路器极柱中间通过拉杆连接，母线断路器极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在母线断路器极柱法兰里，拉杆穿过密封波纹套。接地开关操动机构11与接地开关极柱中间通过拉杆连接，接地开关极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在接地开关极柱法兰里，拉杆穿过密封波纹套。母线断路器操动机构位于安装板上部，接地开关操动机构位于安装板中部，进线断路器操动机构位于安装板下部。母线断路器操动机构、接地开关操动机构和进线断路器操动机构之间有机械联锁装置和电气联锁控制电路。母线套管连接变电站内母线电缆，进线套管连接变电站内进线电缆或铁路牵引高压电缆。进线套管为⊥型结构，3个接头（2进1出）。母线套管9采用上下L型结构，安装时一个朝前，另一个朝后，目的在于主母线和备用母线错开平行排列。母线套管与母线断路器极柱的动端口连接，母线断路器极柱的静端口与接地开关极柱的上端口连接，接地开关极柱的下端口与进线断路器极柱的静端口连接，进线断路器极柱的动端口与进线套管连接。

壳体主体用的冷扎板，机构安装板是45#钢，绝缘件过板用不锈钢防涡流。

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、密封波纹套，提高了拉杆室防尘和水汽的能力，提高了产品的可靠性；4、联锁装置提高了产品的运行安全性。

实施例2

固体绝缘材料选用环氧树脂。均压件选用0.5毫米厚的不锈钢网制作。

其余同实施例1。

实施例3

固体绝缘材料选用三元乙丙橡胶。均压件选用碳纤维通过模具加工制作。

Claims (7)

1.一种铁路牵引变高压开关设备，包括主进线断路器（3）、备用进线断路器（4）、主接地开关（5）、备用接地开关（6）、主母线断路器（7）、备用母线断路器（8）、主进线套管（1）、备用进线套管（2）、母线套管（9）、进线断路器操动机构（10）、接地开关操动机构（11）、母线断路器操动机构（12）；其特征在于：母线断路器操动机构（12）位于安装板上部，接地开关操动机构（11）位于安装板中部，进线断路器操动机构（10）位于安装板下部；断路器极柱与安装板之间有密封波纹套，密封波纹套固定在断路器极柱的法兰里，拉杆（13）穿过密封波纹套（14）；母线套管与母线断路器极柱的动端口连接，母线断路器极柱的静端口与接地开关极柱的上端口连接，接地开关极柱的下端口与进线断路器极柱的静端口连接，进线断路器极柱的动端口与进线套管连接；断路器由真空灭弧室、铜导电件和固体绝缘材料构成；导电体连接处设有均压件，导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层；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。

2.如权利要求1所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：断路器和接地开关采用固体绝缘材料，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所述铁路牵引变高压开关设备，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2所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：断路器极柱由静端铜导电件（3.1）、真空灭弧室（3.2）、动端铜导电件（3.3）、拉杆室（3.4）、波纹套凹槽（3.5）、静端法兰（3.6）、动端凹槽（3.7）、带电传感器（3.8）、绝缘层（3.9）、静端均压件（3.10）、半导电缓冲层（3.11）、动端均压件（3.12）、动端连接均压环（3.13）、拉杆均压件（3.14）、半导电屏蔽层（3.15）构成。

5.如权利要求4所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：静端法兰（3.6）与静端铜导电件（3.1）之间有带电传感器（3.8），带电传感器（3.8）超过外锥形连接面与静端法兰（3.6）的交界线，动端铜导电件（3.3）设有拉杆均压件（3.14），拉杆均压件（3.14）开口向下，并超过真空灭弧室开断时拉杆与动端铜件的连接面，动端铜导电件（3.3）与内锥面底部内有动端连接均压环（3.13）。

6.如权利要求1所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶，半导电缓冲层（3.11）的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间，半导电缓冲层厚度在0.5-2毫米之间。

7.如权利要求6所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。

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