CN110048335B - 一种开关柜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关柜，该开关柜包括柜体，所述柜体内设有控制器和分相断路器，控制器分相控制所述分相断路器，分相断路器的一端分相连接母线室内的三相母线上，分相断路器的另一端的各触点相连后接地，所述柜体内还设有单相断路器，单相断路器与分相断路器沿水平方向布置，单相断路器与接地装置串联并位于接地装置和分相断路器之间，所述控制器控制连接所述单相断路器。通过增加一个单相断路器，在单相对地短路时，能够在故障相判断出错、将正常相金属接地导致相间短路时，迅速将正常相金属接地断开，避免事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关柜。
背景技术
随着电网的发展，架空线路逐渐被固体绝缘的电缆线路所取代。由于固体绝缘击穿的积累效应，其内部过电压，特别是电网发生单相间歇性弧光接地过电压及由此而激发的铁磁谐振过电压会对电网的运行造成较大威胁，如间歇性电弧的不断熄灭和重燃，使非故障相的弧光电压幅值达到相电压的3~4倍，电弧会造成失火或设备绝缘击穿，最终导致相间短路事故。针对这种问题，授权公告号为CN101557083B、授权公告日为2011.09.07的中国专利文件公开了一种手车式开关消弧装置，该消弧装置包括仪表室、母线室、断路器手车室和电压互感器手车室，仪表室内设有控制器，断路器手车室内设有真空断路器，电压互感器手车室内设有电压互感器，上述方案在一定程度上解决了中压配电系统三相母线单相弧光接地等故障的问题。但该保护装置采用单断路器的方案，由于单断路器合分时间间隔要求50ms，不能满足消弧装置合错相时必须立即分闸的要求。此外，采用的斥力机构断路器机械性能较差，影响断路器的使用寿命；铁磁式电压互感器存在铁磁谐振现象，对电网安全运行存在巨大隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关柜，以解决现有技术中的开关柜采用单断路器的方案在判断失误对正常相合闸接地导致相间短路后分闸速度无法满足要求的问题。
为实现上述目的，本发明开关柜的技术方案是：
1、开关柜包括柜体，所述柜体内设有母线室和分相断路器室，所述分相断路器室内设有分相断路器，柜体内设有分相控制所述分相断路器的控制器，所述分相断路器的一端分相连接母线室内的三相母线上，分相断路器的另一端的各触点相连后与接地装置连接，所述柜体内还设有单相断路器，所述单相断路器与分相断路器室沿水平方向布置，所述单相断路器与接地装置串联，所述控制器控制连接所述单相断路器。
2、在1的基础上，所述开关柜包括单相断路器室，所述单相断路器设置在单相断路器室内，所述单相断路器室内还设有与所述接地装置串联的电流互感器，所述电流互感器与所述控制器电连接。电流互感器能够监测开关柜内的电流。
3、在2的基础上，所述电流互感器为零序电流互感器。通过零序电流的变化情况判断是否出现选相错误，方案可靠，简单易行。
4、在1或2或3的基础上，所述柜体内还设有PT室，所述PT室内设有电压互感器，所述电压互感器分相连接于三相母线上，并与所述控制器电连接。电压互感器监测母线三相及零序电压，判断母线是否出现故障。
5、在4的基础上，所述电压互感器为电子式电压互感器。电子式电压传感器包括电阻分压型电子式电压传感器或电容分压型电子式电压传感器，传统的电磁式电压互感器在电网过电压时易激发铁磁谐振，而电子式电压传感器依靠电阻分压或电容分压，不存在铁磁谐振隐患。
6、在4的基础上，所述PT室内还设有过电压保护器，所述过电压保护器与所述电压互感器分相并联。过电压保护器，能够限制母线过电压，避免激发其他电压互感器的铁磁谐振。
7、在4的基础上，所述PT室位于分相断路器室的上方，所述电压互感器与三相母线的电连接位置位于母线和分相断路器与三相母线的电连接位置之间。电压互感器能够限制电压保护分相断路器。
8、在1或2或3的基础上，所述分相断路器位于柜体的底部。使柜体的结构更紧凑。
9、在1或2或3的基础上，定义柜体的柜门为柜体的前方，所述分相断路器室与单相断路器沿柜体的前后方向布置。便于操控断路器手车。
10、在1或2或3的基础上，所述单相断路器为单相速断断路器。能够加快断路器的分闸，保证分闸速度。
本发明的有益效果是：通过在柜体内设置单相断路器并使分相断路器与单相断路器串接，将合闸动作与分闸动作交由两台断路器分工完成。分相断路器负责合闸动作，合闸时间在25ms内；单相速断断路器负责分闸动作，分闸时间在15ms内。因此，在故障相选相错误，并在选相错误等异常合闸情况下时，单相断路器能够迅速断开，避免相间短路导致损失。
附图说明
图1为本发明开关柜的具体实施例一的结构示意图；
图2为图1中的右视图；
图3为本发明开关柜的具体实施例一的电气原理图；
图4为本发明开关柜的具体实施例一的选相错误动作示意图；
图5为本发明开关柜的具体实施例一的运行流程图；
图6为本发明开关柜的具体实施例一的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的开关柜的具体实施例一，如图1和图2所示，开关柜包括柜体1，柜体1上设有观察窗19以工作人员用户观察开关柜内部的运行情况，柜体1内部通过隔板围成封闭的五个腔室，分别为母线室2、单相断路器室6、仪表室18、PT室15以及分相断路器室12。如图1所示，母线室2和单相断路器室6位于柜体1的后方，且母线室2位于单相断路器室6的上方；柜体1的前方从上至下依次布置仪表室18、PT室15以及分相断路器室12，其中单相断路器室6和分相断路器室12沿水平方向布置，便于单相断路器室6和分相断路器室12串联在一起。分相断路器室12内设有分相断路器10，PT室15内设有电子式电压互感器13，电子式电压互感器13构成了电压互感器，仪表室18内设有控制器17，仪表室18和母线室2完全隔离，保证了检修、调试以及运行检查过程中的安全。
本实施例中，母线室2内设有三相主母线3，三相主母线3架设在三个穿墙套管4上，三相主母线3引出三条分支母线5分别与断路器上静触头盒内的断路器上静触头22相连，断路器手车11上的分相断路器10的三个断路器上动触头23用于在合闸时与断路器上静触头22连接。分相断路器室12内设置有断路器手车11，断路器手车11上安装有分相断路器10，分相断路器10的断路器下动触头25用于在合闸时与断路器下静触头24连接，断路器下静触头24位于断路器下静触头盒内。
本实施例中，断路器下静触头24通过接地装置9接地，本实施例中，接地装置9为金属导体，在其他实施例中，接地装置可以为小电阻或消弧线圈或消弧线圈并联小电阻接地；单相断路器室6内设有单相断路器7，本实施例中的单相断路器7为单相速断断路器，在其他实施例中，单相断路器也可以是普通的单相断路器，单相断路器7串联在金属导线9上，分相断路器10的三个断路器下静触头24的导线汇合到一起后与单相断路器串联配合使用，大大缩短断路器的分合闸时间使其配合动作合闸时间为10ms，分闸时间为6ms。单相断路器室6内还设置有零序电流互感器8，零序电流互感器8构成了电流互感器，零序电流互感器8串联在金属导线9上并位于大地和单相断路器7之间，零序电流互感器8在接地开关合闸期间，如果非故障相开关误合接地，或者原非故障相又出现单相接地短路时，通过检测零序电流互感器8二次电流的突变，控制器17发出跳闸指令，单相断路器7在5ms内分闸，防止两相短路。同时，通过零序电流互感器8二次电流可准确获得系统的接地电容电流。
本实施例中，在三条支路母线5与分相断路器10之前，三条支路母线5先与电压互感器静触头21连接，在开关柜工作时，电压互感器手车14上的三个电压互感器动触头20用于与电压互感器静触头21接触，电压互感器能够限制电压保护分相断路器；本实施例中的电子式电压互感器13可以是电阻分压型电子式电压互感器或电容分压型电子式电压互感器，传统的电磁式电压互感器在电网过电压时易激发铁磁谐振，而电子式电压互感器依靠电阻分压或电容分压，不存在铁磁谐振隐患。本实施例中，电压互感器手车14上还设有过电压保护器16，过电压保护器能够限制母线过电压，避免激发其他电压互感器的铁磁谐振，在其他实施例中，也可以不设置过电压保护器。
本实施例中，分相断路器10采用的是磁力机构真空断路器，相较于市场上流行的斥力机构断路器有显著优点。斥力机构断路器，机械寿命5000次低于国家标准，常温下退磁（5%/年），超过70℃急速退磁，套筒安装不安全且体积大。磁力机构真空断路器，机械寿命超3万次，磁控记忆合金常温下不退磁，居里温度高达300℃，采用固封极柱安装，体积小，兼容标准弹簧机构断路器，在其他实施例中，也可以为斥力机构断路器。
如图3为本发明的系统结构图，包括三相主母线3、控制器18、分相断路器10、单相断路器7、接地装置9、零序电流互感器8、电子式电压互感器13、过电压保护器16。所述电子式电压互感器13分相挂接于所述三相主母线3上，所述过电压保护器16与所述电子式电压互感器13分相并联，所述电子式电压互感器13还与控制器18相连，所述分相断路器10一边与所述三相主母线3分相连接，所述分相断路器10另一边三相三个触点相连并通过接地线与所述单相断路器7相连，所述单相断路器7通过接地线与所述接地装置相连，所述接地装置通过接地线接地，所述零序电流互感器8设置于所述接地线上，所述零序电流互感器8与所述控制器18相连，所述控制器18控制连接所述分相断路器10、单相断路器7以及接地装置9。所述接地装置9能在所述控制器18的控制下，将小电阻、小电抗或金属导体串接入接地线中。
如图6所示的本发明的系统结构图，包括处理器、电子式电压互感器（PT）、零序电流互感器（CT）及接地装置；其中，处理器包括运行监测模块、选相选线模块、接地控制模块、故障报警模块、故障录波模块、通信模块；所述运行监测模块连接电子式电压互感器，所述选相选线模块连接零序电流互感器，所述接地控制模块控制连接所述接地装置里的三相分相断路器和单相速断断路器。
如图5所示的本发明的运行流程图，所述控制器18通过所述电子式电压互感器13实时监测所述三相主母线3的各相电压以及零序电压，当零序电压发生突变时认为出现单相对地短路故障（具体判断算法等为现有技术，本发明不再赘述），此时零序电压突变触发所述控制器18中的选相选线模块投入运算分析，尽快定位出故障相。定位出故障相后，所述控制器18控制故障相对应的所述分相断路器10中的刀闸合闸，使故障相金属接地，并保持设定的时间。
此时所述控制器18通过所述零序电流互感器8实时监测接地线上的零序电流，若零序电流突变，超过设定值，则认为故障相选择错误，系统误将正常相金属接地，此时接地故障相和金属接地正常相发生相间短路，需立即断开正常相的金属接地；而分相断路器10的合分闸时间间隔要求50ms，无法满足要求；此时所述单相断路器7迅速分闸，分闸时间5ms，迅速切断了正常相的金属接地。具体过程如图4所示，其中101为B相发生单相接地短路故障；102为由于选相错误，误将A相金属接地；103为零序电流超限，将所述单相断路器7分闸，切断A相金属接地；104为所述分相断路器10中A相分闸，所述单相断路器7合闸，恢复误合闸前状态，重新判断选相。
在故障相金属接地后，零序电流维持在设定范围内，则认为选相正确，保持故障相金属接地设定的时间（例如30s）后，所述控制器18控制所述分相断路器10中的故障相对应刀闸分闸，所述控制器18再次判断故障是否依旧存在，若不存在，此故障为瞬时故障，电网恢复正常运行；若仍存在，此故障为永久故障，所述分相断路器10再次合闸，等待人工巡检排查故障后，人为分闸使电网恢复正常运行。所述控制器18中的故障报警模块和故障录波模块在故障发生时启动，完成故障声、光报警及故障时各相电压、零序电压、电网各线路电流、零序电流等关键波形的录制；通信模块将故障过程中故障相、故障线、故障录波、断路器动作、断路器状态等关键信息上报至上位机，并能接收上位机指令，进行状态上报或分合闸动作等，实现消弧装置的远程监测、运维。
所述控制器选相选线模块算法先进，能够迅速准确选相选线。当发生接地故障时，零序电压突变触发选相选线模块投入运算分析，选相算法能够在单相接地故障发生后的四分之一或二分之一周波内准确监测出故障相；选线算法采用最大增量法和暂态相关性分析法相结合，能够在接地合闸一个工频周波内完成故障线路选择。
本发明的开关柜的具体实施例二，与具体实施例一的区别在于，所述单相断路器室内不设置电流互感器。
本发明的开关柜的具体实施例三，与具体实施例一的区别在于，所述柜体内不设置PT室。
本发明的开关柜的具体实施例四，与具体实施例一的区别在于，所述断路器手车室与单相断路器室沿柜体的左右方向布置。
本发明的开关柜的具体实施例五，与具体实施例一的区别在于，所述断路器手车室与单相断路器室位于柜体的中间位置，PT室位于柜体的底部。
本发明采用分相断路器串联单相断路器的组合设计，两个断路器配合工作，使得分、合闸时间大大缩短；采用磁力机构断路器替代传统的斥力机构断路器，机械性能显著提高，寿命长，磁特性优良，安全性能好，体积小；采用电子式电压传感器替代传统的电压互感器，不存在铁磁谐振，避免了铁磁谐振可能引起的电网过电压危害。此外，本发明中分相断路器及电压传感器均采用手车形式，灵活性高，可以随时更换，提高检修效率，缩短检修时间。
Claims (5)
1.一种开关柜，包括柜体，所述柜体内设有母线室和分相断路器室，所述分相断路器室内设有分相断路器，柜体内设有分相控制所述分相断路器的控制器，所述分相断路器的一端分相连接母线室内的三相母线上，分相断路器的另一端的各触点相连后与接地装置连接，其特征在于：所述柜体内还设有单相断路器，所述单相断路器与分相断路器室沿水平方向布置，所述单相断路器与接地装置串联，所述控制器控制连接所述单相断路器；所述开关柜包括单相断路器室，所述单相断路器设置在单相断路器室内，所述单相断路器室内还设有与所述接地装置串联的电流互感器，所述电流互感器与所述控制器电连接；所述柜体内还设有PT室，所述PT室内设有电压互感器，所述电压互感器分相连接于三相母线上，并与所述控制器电连接；所述PT室位于分相断路器室的上方，所述电压互感器与三相母线的电连接位置位于母线和分相断路器与三相母线的电连接位置之间；所述分相断路器位于柜体的底部；定义柜体的柜门为柜体的前方，所述分相断路器室与单相断路器沿柜体的前后方向布置；所述单相断路器和分相断路器串接。
2.根据权利要求1所述的开关柜，其特征在于：所述电流互感器为零序电流互感器。
3.根据权利要求1所述的开关柜，其特征在于：所述电压互感器为电子式电压互感器。
4.根据权利要求1所述的开关柜，其特征在于：所述PT室内还设有过电压保护器，所述过电压保护器与所述电压互感器分相并联。
5.根据权利要求1或2所述的开关柜，其特征在于：所述单相断路器为单相速断断路器。
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2018
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