CN110224330A - 一种高原环保气体绝缘型中压开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，包括柜体，所述柜体由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室、机构室、绝缘气体密封室和泄压通道，控制室位于柜体的前侧，机构室与绝缘气体密封室相接，下侧为泄压通道；本发明将环保气体(干燥空气或N₂)用于12kV电压等级高原环保气体绝缘型中压开关成套设备，解决了传统空气柜体积大，电器元件易受高原环境中高寒、潮湿、凝露等的影响；也消除了SF₆气体绝缘柜带来的气体回收和大气环境污染问题，适应当今节能减排和环境保护的要求；本发明满足在海拔4000米及以下特殊环境条件下可靠、稳定运行的要求，同时具备便于运输、便于安装、无污染、免维护的特点。

Description

一种高原环保气体绝缘型中压开关设备

技术领域

本发明涉及电力开关设备技术领域，具体的涉及一种高原环保气体绝缘型中压开关设备。

背景技术

电力系统是整个国民经济赖以存在发展的根基，随着电力行业的高速发展，开关设备需求量有较大幅度增长，在配电网中，开关柜是开关设备的主要工作形态之一，它是一种组合式电器，可以集断路器、负荷开关、接触器、隔离开关、熔断器、互感器、避雷器、电容器、母线以及相应的量测装置、控制装置、保护装置、监测诊断装置、信号装置、连锁装置以及通信系统于一个金属外壳内。作为电力系统中量大而面广的供配电装置，目前，创新和技术进步主要围绕着开关设备在安全性、可靠性、小型化、智能化和环保等市场和时代发展需求不断展开，其产品的优越性更直接影响到电力系统的稳定性和经济性的好坏。

随着高海拔地区大气参数对电气设备外绝缘影响的研究工作进一步深入，我们认识到，海拔高度增加，气压降低，相对空气密度变小，增大了气体分子间的自由程,游离能力增强，使空气绝缘强度下降。同时高海拔地区绝对湿度降低，绝对湿度对放电电压的影响主要在于空气中的水分子和电子、离子的碰撞机会。绝对湿度降低，碰撞机会减少，游离能力增强，从而降低了放电电压。根据研究所多年研究得出的结论是：海拔每升高100米，电器产品外绝缘强度约下降1％，对设备安全、稳定及可靠运行产生了极大的危害。

目前，常规气体绝缘开关设备以空气作为介质，制造工艺已经非常成熟，但占地面积较大，并且容易受外部环境的影响，高海拔、严寒、潮湿、脏污等自然条件容易引起设备的故障。后期设备维护量大，不稳定因素较多，寿命终结后回收利用性差，易造成资源的浪费；气体绝缘金属封闭开关设备(简称充气柜)是电网中不可或缺的产品，其大量应用于电网配电系统中，直接关系到电网的可靠运行。虽然适用于平原地区的环保充气柜已有一定的研究基础。但是，在高海拔地区中使用的配电设备，大多数都没有采用针对高原型的充气柜，而是直接将常规型的充气柜用于高海拔地区，高海拔地区相对来说：对充气柜内的气箱强度要求更高；对电晕及放电电压的影响；对介质冷却效应，即产品温升的影响；空气压力降低会对充气柜机械结构和密封性能造成不良影响；高原地区的辐射照度强，紫外线强对设备的影响；日温差或温度变化对设备的影响；绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响；同时传统的开关柜往往采用电磁式机械结构来实现电力系统中的控制、配电等主要功能，其直接采用人工操作，运行维护往往会消耗极大的人力和物力，还会造成维护不及时，设备损坏等问题。

综上所述，现有技术中将常规型空气绝缘开关成套设备、常规型充气绝缘开关成套设备直接应用于高海拔地区存在很多问题，影响电网运行安全可靠性。因此，研制能够适用于高海拔地区的环保气体绝缘型中压开关成套设备的需求已经迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，满足在海拔4000米及以下特殊环境条件下可靠、稳定运行的要求，同时具备便于运输、便于安装、无污染、免维护的特点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，包括柜体，所述柜体由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室、机构室、绝缘气体密封室和泄压通道，控制室位于柜体的前侧，机构室与绝缘气体密封室相接，后侧为泄压通道；

所述绝缘气体密封室采用低压力的干燥空气或N₂作为绝缘介质，将高压元件器件主母线、三工位开关、真空灭弧室极柱及真空断路器密封于气室内，电缆终端、固体绝缘母线、避雷器、电压电流互感器均为插接式结构安装在机构室内，从与绝缘气体密封室相接的机构室通过预留的母线连接套管、出线套管密封连接，绝缘气体密封室内各高压元件器件安装信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器，与控制室内信号处理模块、通讯模块和人机交互界面连接，将采集的信号传输至处理模块，处理模块根据采集到的数据执行自控和保护。

进一步的，所述三工位开关包括合闸工位、隔离工位、接地工位，三工位开关安装在真空灭弧室极柱旁，主母线连接真空灭弧室极柱，主母线经母线连接套管进入绝缘气体密封室，其余线路从出线套管进入入绝缘气体密封室；

所述三工位开关通过定位底座及定位销与导电触头配合来限定各导电触头的相对位置，通过定位支杆来确定三工位开关的安装板与各导电触头的相对位置，从而实现对各部件的定位，然后翻动底板，通过所述操作孔拧紧固螺钉即可实现对三工位开关的装配，提高了三工位开关的安装效率和安装精度。

进一步的，所述处理模块控制安装在可对真空断路器进行操作的断路器操作机构，处理模块接收信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器信号，同时通过控制室内各仪表进行显示；

所述处理模块的通讯模块与附近的供电站的警示装置可连接，实时传输相关参数。

进一步的，所述柜体上设有通风口，通风口为散热网板以“W”形连在一起的结构，将金属加强弯板焊接在散热网板两端，散热网板的倾角范围为20-60°；

进一步的，所述泄压通道与每个气室连接，每个气室设有专门的泄压装置和独立的气室密度监视模块。

进一步的，所述柜体上部或下部设有外锥套管，所述外锥套管采用卡接式绝缘堵头，包括底座和绝缘堵头本体，底座通过螺钉与外锥套管顶端相接；

所述绝缘堵头本体通过卡接结构与底座卡接，并整体套设在与底座相接的外锥套管上；通过在外锥套管一侧设计有快速安装卡接结构，使安装和拆卸过程快速、方便；

所述绝缘堵头一次浇注成形，绝缘性能优异，试验成本低。

进一步的，所述绝缘气体密封室分为母线气室和断路器气室，可在主母线带电情况下进行断路器气室的调试工作；所述绝缘气体密封室内依次为母线气室、断路器气室和三工位开关。

本发明的有益效果：本发明的高原环保气体绝缘型中压开关设备，包括柜体，所述柜体由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室、机构室、绝缘气体密封室和泄压通道，控制室位于柜体的前侧，机构室与绝缘气体密封室相接，下侧为泄压通道；本发明将环保气体(干燥空气或N₂)用于12kV电压等级高原环保气体绝缘型中压开关成套设备，解决了传统空气柜体积大，电器元件易受高原环境中高寒、潮湿、凝露等的影响；也消除了SF₆气体绝缘柜带来的气体回收和大气环境污染问题，适应当今节能减排和环境保护的要求；同时通过对柜体和电器元件的绝缘优化、模块化设计和智能单元设计，使高原环保气体绝缘型中压开关成套设备不仅体积小，更具有智能化、免维护、可靠性高等特点；本发明满足在海拔4000米及以下特殊环境条件下可靠、稳定运行的要求，同时具备便于运输、便于安装、无污染、免维护的特点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述高原环保气体绝缘型中压开关设备的结构示意图；

图2为本发明实施例所述散热网板的结构示意图(a为平板有效散热表面积，b为开关设备外部的空气对流，c为散热网板有效散热表面积)；

图3位本发明实施例所述信号处理模块的控制原理图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-柜体，2-控制室，3-机构室，4-绝缘气体密封室，5-泄压通道，6-母线气室，7-断路器气室，8-三工位开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-3所示

一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，包括柜体1，所述柜体1由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室2、机构室3、绝缘气体密封室4和泄压通道5，控制室2位于柜体1的前侧，机构室3与绝缘气体密封室4相接，后侧为泄压通道5；

所述绝缘气体密封室4采用低压力的干燥空气或N₂作为绝缘介质，将高压元件器件主母线、三工位开关8、真空灭弧室极柱及真空断路器7密封于气室内，电缆终端、固体绝缘母线、避雷器、电压电流互感器均为插接式结构安装在机构室3内，从与绝缘气体密封室4相接的机构室3通过预留的母线连接套管、出线套管密封连接，绝缘气体密封室4内各高压元件器件安装信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器，与控制室2内信号处理模块、通讯模块和人机交互界面连接，将采集的信号传输至处理模块，处理模块根据采集到的数据执行自控和保护。

所述三工位开关8包括合闸工位、隔离工位、接地工位，三工位开关8安装在真空灭弧室极柱旁，主母线连接真空灭弧室极柱，主母线经母线连接套管进入绝缘气体密封室，其余线路从出线套管进入入绝缘气体密封室4；

所述三工位开关8通过定位底座及定位销与导电触头配合来限定各导电触头的相对位置，通过定位支杆来确定三工位开关8的安装板与各导电触头的相对位置，从而实现对各部件的定位，然后翻动底板，通过所述操作孔拧紧固螺钉即可实现对三工位开关8的装配，提高了三工位开关8的安装效率和安装精度。

上述设计为了解决由于三工位开关8的安装精度差会导致柜体电阻变大、三工位开关8操作困难等问题；

将环保气体(干燥空气或N₂)用于12kV电压等级高原环保气体绝缘型中压开关成套设备。目前，在高海拔地区，主要使用空气绝缘开关设备和SF₆气体充气柜。当前国内还没有开发高原型环保气体绝缘开关设备的技术研究；采用高海拔环境模拟技术、计算仿真研究技术，将环保气体(干燥空气或N₂)用作12kV电压等级高原环保气体绝缘型中压开关成套设备的气体绝缘介质；

所述信号处理模块控制安装在可对真空断路器7进行操作的断路器操作机构，处理模块接收信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器信号，同时通过控制室内各仪表进行显示；

所述处理模块的通讯模块与附近的供电站的警示装置可连接，实时传输相关参数；

为了实现智能化的设计，如图3所示，本发明的高原环保气体绝缘型中压开关设备，高压元件器件主母线、三工位开关8、真空灭弧室极柱及真空断路器7密封于气室内，电缆终端、固体绝缘母线、避雷器、电压电流互感器均为插接式结构安装在机构室3内，从与绝缘气体密封室4相接的机构室3通过预留的母线连接套管、出线套管密封连接，绝缘气体密封室4内各高压元件器件安装信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器，与控制室2内信号处理模块、通讯模块和人机交互界面连接，将采集的信号传输至处理模块，处理模块根据采集到的数据执行自控和保护；

通过智能化的监控相关参数，实时反映到仪表或者供电站，无需人工读取相关参数，在某一参数低于预设值的阈值时可报警；

所述柜体1上设有通风口，通风口为散热网板以“W”形连在一起的结构，将金属加强弯板焊接在散热网板两端，散热网板的倾角范围为20-60°；

通风口结构设计拟采用散热网板以“W”形连在一起的形状，将金属加强弯板焊接在散热网板两端，散热网板的倾角范围为20-60度。图2显示了“W”形通风口散热图，a表示平板有效散热表面积，c表示散热网板有效散热表面积；b表示开关设备外部的空气对流，该结构比较简捷，在不更改通风通道和通风口尺寸的前提下，通过此装置安装，可以提升开关柜的通风及散热能力；

增强散热的方式有增大散热面积，加强通风。

所述泄压通道与每个气室连接，每个气室设有专门的泄压装置和独立的气室密度监视模块。

由于三工位开关的安装精度差会导致开关柜整体电阻变大、三工位开关操作困难等问题，为解决这类问题：

柜体上部或下部设有外锥套管，所述外锥套管采用卡接式绝缘堵头，包括底座和绝缘堵头本体，底座通过螺钉与外锥套管顶端相接；

所述绝缘堵头本体通过卡接结构与底座卡接，并整体套设在与底座相接的外锥套管上；通过在外锥套管一侧设计有快速安装卡接结构，使安装和拆卸过程快速、方便；

所述绝缘堵头一次浇注成形，绝缘性能优异，试验成本低。

所述绝缘气体密封室分为母线气室和断路器气室，可在主母线带电情况下进行断路器气室的调试工作；所述绝缘气体密封室内依次为母线气室、断路器气室和三工位开关。

本发明的高原环保气体绝缘型中压开关设备，包括柜体，所述柜体由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室、机构室、绝缘气体密封室和泄压通道，控制室位于柜体的前侧，机构室与绝缘气体密封室相接，下侧为泄压通道；本发明将环保气体(干燥空气或N₂)用于12kV电压等级高原环保气体绝缘型中压开关成套设备，解决了传统空气柜体积大，电器元件易受高原环境中高寒、潮湿、凝露等的影响；也消除了SF₆气体绝缘柜带来的气体回收和大气环境污染问题，适应当今节能减排和环境保护的要求；同时通过对柜体和电器元件的绝缘优化、模块化设计和智能单元设计，使高原环保气体绝缘型中压开关成套设备不仅体积小，更具有智能化、免维护、可靠性高等特点；本发明满足在海拔4000米及以下特殊环境条件下可靠、稳定运行的要求，同时具备便于运输、便于安装、无污染、免维护的特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：包括柜体，所述柜体由敷铝锌钢板螺栓栓接，内部分为控制室、机构室、绝缘气体密封室和泄压通道，控制室位于柜体的前侧，机构室与绝缘气体密封室相接，后侧为泄压通道；

所述绝缘气体密封室采用低压力的干燥空气或N₂作为绝缘介质，将高压元件器件主母线、三工位开关、真空灭弧室极柱及真空断路器密封于气室内，电缆终端、固体绝缘母线、避雷器、电压电流互感器均为插接式结构安装在机构室内，从与绝缘气体密封室相接的机构室通过预留的母线连接套管、出线套管密封连接，绝缘气体密封室内各高压元件器件安装信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器，与控制室内信号处理模块、通讯模块和人机交互界面连接，将采集的信号传输至处理模块，处理模块根据采集到的数据执行自控和保护。

2.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述三工位开关包括合闸工位、隔离工位、接地工位，三工位开关安装在真空灭弧室极柱旁，主母线连接真空灭弧室极柱，主母线经母线连接套管进入绝缘气体密封室，其余线路从出线套管进入入绝缘气体密封室；

所述三工位开关通过定位底座及定位销与导电触头配合来限定各导电触头的相对位置，通过定位支杆来确定三工位开关的安装板与各导电触头的相对位置，从而实现对各部件的定位，然后翻动底板，通过所述操作孔拧紧固螺钉即可实现对三工位开关的装配，提高了三工位开关的安装效率和安装精度。

3.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述处理模块控制安装在可对真空断路器进行操作的断路器操作机构，处理模块接收信号采集模块、温度检测模块和电流电压互感器信号，同时通过控制室内各仪表进行显示；

所述处理模块的通讯模块与附近的供电站的警示装置可连接，实时传输相关参数。

4.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述柜体上设有通风口，通风口为散热网板以“W”形连在一起的结构，将金属加强弯板焊接在散热网板两端，散热网板的倾角范围为20-60°。

5.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述泄压通道与每个气室连接，每个气室设有专门的泄压装置和独立的气室密度监视模块。

6.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述柜体上部或下部设有外锥套管，所述外锥套管采用卡接式绝缘堵头，包括底座和绝缘堵头本体，底座通过螺钉与外锥套管顶端相接；

所述绝缘堵头本体通过卡接结构与底座卡接，并整体套设在与底座相接的外锥套管上；通过在外锥套管一侧设计有快速安装卡接结构，使安装和拆卸过程快速、方便；

所述绝缘堵头一次浇注成形，绝缘性能优异，试验成本低。

7.如权利要求1所述的一种高原环保气体绝缘型中压开关设备，其特征在于：所述绝缘气体密封室分为母线气室和断路器气室，可在主母线带电情况下进行断路器气室的调试工作；所述绝缘气体密封室内依次为母线气室、断路器气室和三工位开关。