CN111146725A - 一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，包括真空断路器、高压隔离开关、接地开关、电压互感器、避雷器、操作机构、安装板、压力监测传感器、控制模块及箱体；真空断路器与高压隔离开关、接地开关、电压互感器及避雷器之间，高压隔离开关之间，以及高压隔离开关与接地开关之间，均为锥面插拔拼接式连接结构，真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主绝缘均为柔性材料，固定在箱体底面上，并与操作机构和控制模块分别装配在安装板的两侧，所有高压部件主回路与安装板之间均为密封结构，并设置有压力监测传感器。能够在组装过约束的情况下适应车辆的频繁振动工况，绝缘安全性和可靠性高，通用高海拔环境，小型化、轻量化和集成化程度高，免维护，经济效益突出。

Description

一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱

技术领域

本发明涉及一种高压绝缘技术及高压电器集成技术，尤其涉及一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱。

背景技术

目前，在轨道交通领域，从接触网到电力机车或动车组之间的高压电器设备应用现状可归类为两种：第一，高压电器分散布局在车顶，设备之间通过铜排、软连线或电缆连接；第二，标准动车组上成熟应用的空气绝缘高压电气箱，将高压电器集成安装在箱体内部，但设备之间仍采用铜排或软连线连接。

上述两种当前成熟应用的车载高压电器技术均存在明显的应用局限性：

第一种分散布局的技术方案，由于高压电器均裸露在车顶，易受环境影响，在雾霾、霜冻等恶劣环境条件下高压电器容易发生污闪、高压放电等绝缘故障，影响型车秩序和安全，且分散在车顶的设备给日常及修程维护造成很大的麻烦，费时费力，成本高昂；

第二种空气绝缘高压箱技术方案已经取得实质性技术突破，能够很大程度上解决第一种方案存在维护成本高、受环境影响故障率高等问题，实现了车载网侧高压电器的集成化设计，但是对于高海拔地区的通用性较差，若应用于空气稀薄地区，为达到绝缘水平要求，需要进行系数修正，会导致整体尺寸空间较大，不利于车辆整体设计，而且，由于是对高压器件的集成，仍为空气绝缘，尽管能大幅度缩短维护周期，但是高级修仍需要进行部件级维护，未能将维护周期缩短至最低。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，能够在组装过约束的情况下适应车辆的频繁振动工况，绝缘安全性和可靠性高，通用高海拔环境，小型化、轻量化和集成化程度高，免维护，经济效益突出。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，包括真空断路器、两个高压隔离开关、两个接地开关、电压互感器、避雷器、操作机构、安装板、压力监测传感器、控制模块及箱体；

所述真空断路器与所述高压隔离开关、接地开关、电压互感器及避雷器之间为锥面插拔拼接式连接结构，所述两个高压隔离开关相互之间也为锥面插拔拼接式连接结构，所述高压隔离开关与接地开关之间也为锥面插拔拼接式连接结构；

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主绝缘体均为柔性材料，均由内绝缘件、内屏蔽件、外绝缘件及外屏蔽件层层叠加成型，拼接为一体后定在所述箱体底面上，并与所述操作机构和控制模块分别装配在所述安装板的两侧，所述安装板固定在所述箱体上，所有高压部件主回路与所述安装板之间均为密封结构并设置有所述压力监测传感器。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，解决了网侧高压电器受雾霾或高海拔等因素影响问题，同时提高网侧高压电器集成化程度、安全性以及经济效益，开发一种小型化、轻量化、免维护且能够适用电力机车或动车组车载振动等应用环境的固体绝缘集成技术，并研制一种固体绝缘高压电气箱，具有显著的前瞻性技术和应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱结构示意图。

图中：

1.真空断路器，2.避雷器，3.接地开关A，4.接地开关B，5.高压隔离开关A，6.高压隔离开关B，7.安装板，8.压力监测传感器，9.控制模块，10.电压互感器，11.操作机构，12.箱体。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其较佳的具体实施方式是：

包括真空断路器、两个高压隔离开关、两个接地开关、电压互感器、避雷器、操作机构、安装板、压力监测传感器、控制模块及箱体；

所述真空断路器与所述高压隔离开关、接地开关、电压互感器及避雷器之间为锥面插拔拼接式连接结构，所述两个高压隔离开关相互之间也为锥面插拔拼接式连接结构，所述高压隔离开关与接地开关之间也为锥面插拔拼接式连接结构；

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主绝缘体均为柔性材料，均由内绝缘件、内屏蔽件、外绝缘件及外屏蔽件层层叠加成型，拼接为一体后定在所述箱体底面上，并与所述操作机构和控制模块分别装配在所述安装板的两侧，所述安装板固定在所述箱体上，所有高压部件主回路与所述安装板之间均为密封结构并设置有所述压力监测传感器。

所述内屏蔽件和外屏蔽件为半导电柔性材质，所述内屏蔽件用于高压屏蔽或接地屏蔽，所述外屏蔽件只用于接地屏蔽。

所述真空断路器和所述高压隔离开关的真空灭弧室表面覆盖硫化硅橡胶后机械压入所述主绝缘体中。

所述电压互感器和所述避雷器均为全屏蔽结构，表面全部接地屏蔽，连接接口为内锥面或外锥面插拔式结构。

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间为完全密封结构，包括所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关主绝缘与所述安装板之间的静密封以及所述操作机构与所述安装板之间的动密封。

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间的密封区域内设置有压力监测传感器，当检测压力值变化量超过设定值时，所述控制模块对其自动进行压力调整。

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间的内绝缘层表面均喷涂具有自清洁和保护功能的纳米绝缘材料。

所述箱体上安装所述真空断路器和高压隔离开关的平面均为滑轨式活动梁结构，释放过约束组装产生的应力。

本发明的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，思路和原理具有前瞻性，技术优势明显，应用前景广阔；得益于新型材料，插拔拼接式连接结构能够适应车辆振动工况，安全性和可靠性高；通过主回路对地的密封及自动监测补压设计，在高海拔地区能够可靠地通用，适用性强；固体绝缘将高压集成并包覆在内，小型化轻量化特点突出，减小车辆风阻；固体绝缘技术充分发挥免维护优势，将检修周期大大延长，经济效益显著。

具体实施例：

如图1所示，本发明车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱包括真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3、接地开关B4、电压互感器10、避雷器2、操作机构11、安装板7、压力监测传感器8、控制模块9及箱体12，在本实施例中，主电路包含1个真空断路器、2个高压隔离开关、2个接地开关、1个电压互感器及1个避雷器。其中，真空断路器1与高压隔离开关A5、接地开关A3、电压互感器10及避雷器2之间，高压隔离开关A5与高压隔离开关B6之间，以及高压隔离开关B6与接地开关B4之间，均为锥面插拔拼接式连接结构，真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主绝缘均为柔性材料，均由内绝缘件、内屏蔽件、外绝缘件及外屏蔽件层层叠加成型，得益于主绝缘柔性材料，锥面配合角度可大于标准锥参数，在本实施例中，为实现小型化，锥面配合角度设计为60°，拼接为一体后除了固定在箱体12底面上，还与操作机构11和控制模块9分别装配在安装板7的两侧，安装板7固定在箱体12上，所有高压部件主回路与安装板7之间均为密封结构，实现高压对地绝缘性能不受外界海拔环境影响，同时，在密封空间内设置有压力监测传感器8，在压力变化量超过设定值时进行自行调整，提高绝缘可靠性。

真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主绝缘柔性材料均至少兼备锥面插拔式拼接和耐受冲击振动的强度性能要求、模具成型的工艺性要求以及耐受高电压的绝缘性能要求，还需要具备其他如耐老化、耐高温等基本材料性能，以保证能够适应车载振动环境和使用寿命，提高绝缘可靠性和安全性，切实达到免维护的目的。在本实施例中，主绝缘柔性材料采用特制配方的橡胶材料，能保证拼接与承力的高机械强度要求和耐受高电压的绝缘性能要求，还具有抗冲击振动的吸振作用，同时还具备模具成型工艺性，相比传统环氧树脂等硬质绝缘材料，具有更广阔的通用性和性能优势。

真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主绝缘体中均包含内绝缘件、内屏蔽件、外绝缘件及外屏蔽件，在高温高压下由模具逐层叠加而成，内屏蔽件和外屏蔽件为半导电柔性材质，内屏蔽件根据结构特征用于高压屏蔽或接地屏蔽，外屏蔽件只用于接地屏蔽，保证高电压被均匀包覆。在本实施例中，内屏蔽件和外屏蔽件的半导电柔性材质采用的同样是特性配方的橡胶材质，具备与主绝缘材质的良好粘合性，同时具备单独成型的工艺性、机械性能及电气性能，该特制半导电橡胶材料能够起到均匀屏蔽，提高整体绝缘水平，尤其是外屏蔽件，相对传统的喷涂半导电层技术具有显著技术优势。

真空断路器1、高压隔离开关A5及高压隔离开关B6等真空绝缘产品的真空灭弧室表面硫化硅橡胶后机械压入各自主绝缘体中，依靠硅橡胶和柔性主绝缘体材料的可变形特性，通过两者的过盈配合实现绝缘性能要求。该真空灭弧室装配技术工艺既能避免传统压注直接成型造成真空灭弧室受损、成品率下降的问题，又能提高可维护性，在真空灭弧室出现单体故障时，主绝缘体仍能够重复使用，具有良好的经济效益。

电压互感器10和避雷器2均为全屏蔽结构，表面全部接地屏蔽，连接接口为内锥面或外锥面插拔式结构，屏蔽方案可以为金属一体外壳，也可以为表面喷涂半导电屏蔽层，该全屏蔽结构能够具有一定防爆功能，提高高压系统的安全性。在本实施例中，电压互感器10和避雷器2均为金属一体式外壳，电压互感器10为内锥式接口，与真空断路器1之间通过连接电缆过渡，避雷器2为外锥式接口，直接与真空断路器1插拔式拼接，且两者均为标准2#锥尺寸，提高互换性。

真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主回路高压端与安装板7之间为完全密封结构，包含真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4主绝缘与安装板7之间的静密封，以及操作机构11与安装板7之间的动密封，保证主回路与地之间气压恒定，不受外部海拔等环境因素影响。在本实施例中，静密封通过硅橡胶密封圈实现，动密封通过两级唇形密封圈及反向硅橡胶波纹管实现。

真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主回路高压端与安装板7之间的密封区域内设置有5个压力监测传感器8，当检测压力值变化量超过设定值时，控制模块9对其自动进行压力调整，该自行压力调整技术是预防性技术手段，保证在免维护周期内绝缘性能的长期可靠性。在本实施例中，控制模块9中设置有5个气路控制电磁阀，对5个压力监测传感器8所在的密封空间进行单独控制，压力监测传感器8的电反馈信号串联在气路控制电磁阀的供电回路中。

真空断路器1、高压隔离开关A5、高压隔离开关B6、接地开关A3及接地开关B4的主回路高压端与安装板7之间的内绝缘层表面均喷涂具有自清洁和保护功能的纳米绝缘材料，以避免因灰尘杂质长期附着导致有效爬电距离降低而出现放电故障。在本实施例中，纳米绝缘材料的喷涂厚度为100～200μm。

箱体12上安装真空断路器1、高压隔离开关A5及高压隔离开关B6的平面均为滑轨式活动梁结构，释放过约束组装产生的应力，避免锥面插拔式接口处因受组装外力出现接触不良，进而造成放电击穿。在本实施例中，箱体12为铝合金焊接成型，滑轨为特制模具成型。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，包括真空断路器、两个高压隔离开关、两个接地开关、电压互感器、避雷器、操作机构、安装板、压力监测传感器、控制模块及箱体；

所述真空断路器与所述高压隔离开关、接地开关、电压互感器及避雷器之间为锥面插拔拼接式连接结构，所述两个高压隔离开关相互之间也为锥面插拔拼接式连接结构，所述高压隔离开关与接地开关之间也为锥面插拔拼接式连接结构；

所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主绝缘体均为柔性材料，均由内绝缘件、内屏蔽件、外绝缘件及外屏蔽件层层叠加成型，拼接为一体后定在所述箱体底面上，并与所述操作机构和控制模块分别装配在所述安装板的两侧，所述安装板固定在所述箱体上，所有高压部件主回路与所述安装板之间均为密封结构并设置有所述压力监测传感器。

2.根据权利要求1所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述内屏蔽件和外屏蔽件为半导电柔性材质，所述内屏蔽件用于高压屏蔽或接地屏蔽，所述外屏蔽件只用于接地屏蔽。

3.根据权利要求2所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述真空断路器和所述高压隔离开关的真空灭弧室表面覆盖硫化硅橡胶后机械压入所述主绝缘体中。

4.根据权利要求3所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述电压互感器和所述避雷器均为全屏蔽结构，表面全部接地屏蔽，连接接口为内锥面或外锥面插拔式结构。

5.根据权利要求4所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间为完全密封结构，包括所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关主绝缘与所述安装板之间的静密封以及所述操作机构与所述安装板之间的动密封。

6.根据权利要求5所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间的密封区域内设置有压力监测传感器，当检测压力值变化量超过设定值时，所述控制模块对其自动进行压力调整。

7.根据权利要求6所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述真空断路器、高压隔离开关及接地开关的主回路高压端与所述安装板之间的内绝缘层表面均喷涂具有自清洁和保护功能的纳米绝缘材料。

8.根据权利要求1至7任一项所述的车载高压电器固体绝缘集成技术及高压电气箱，其特征在于，所述箱体上安装所述真空断路器和高压隔离开关的平面均为滑轨式活动梁结构，释放过约束组装产生的应力。

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