CN111193216B - 一种消弧开关柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消弧开关柜，该消弧开关柜，包括：分相断路器，分相断路器串联在各相的接地回路上，用于实现单相分合闸；电压互感器，用于采集各相的电压信号；前置断路器，串联在各相的接地回路上，用于实现各相接地回路的分闸；电压互感器并联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上，前置断路器位于电压互感器的上游；消弧开关柜还包括电流互感器和控制装置；电流互感器，串联在各相的接地回路上，用于采集各相的电流信号；控制装置，用于在单相接地故障时根据电压互感器采集的电压信号控制相应相的分相断路器合闸、在其中一相分相断路器已合闸且另外一相发生接地故障时根据电流互感器采集的电流信号控制前置断路器的各相全部分闸。

Description

一种消弧开关柜

技术领域

本发明涉及一种消弧开关柜。

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取代。由于电网发生单相间歇性弧光接地过电压及由此激发的铁磁谐振过电压会对电网的运行造成较大威胁，如间隙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，最终导致相间短路故障。

授权公告号为CN101557083B的中国专利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，仪表室内设有控制装置，断路器手车室内设有分相断路器，分相断路器能够实现单相接地，电压互感器手车内设有电压互感器，以解决中压配电系统的三相母线单相间歇性弧光接地引起的相间短路事故以及因弧光接地过电压导致的铁磁谐振和避雷器爆炸等事故。

上述的其中一相分相断路器已合闸后，又有一相发生接地故障时，则不能进行合闸，否则会发生短路；而不合闸则会造成后发生接地故障的对应相的电压互感器产生过电压，进而造成电压互感器损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消弧开关柜，以解决现有技术中的手车式开关消弧装置的其中一相分相断路器已合闸后，又有一相发生接地故障时不能进行合闸，而造成电压互感器损坏的技术问题。

为实现上述目的，本发明消弧开关柜的技术方案是：

消弧开关柜，包括：

分相断路器，分相断路器串联在各相的接地回路上，用于实现单相分合闸；

电压互感器，用于采集各相的电压信号；

还包括：

前置断路器，前置断路器为常合断路器，串联在各相的接地回路上，用于实现各相接地回路的分闸；

所述电压互感器并联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上，所述前置断路器在接地回路的接地电流方向上位于电压互感器的上游；

消弧开关柜还包括电流互感器和控制装置；

电流互感器，串联在各相的接地回路上，用于采集各相的电流信号；

控制装置，用于在单相接地故障时根据电压互感器采集的电压信号控制相应相的分相断路器合闸、在其中一相分相断路器已合闸且另外一相发生接地故障时根据电流互感器采集的电流信号控制前置断路器的各相全部分闸。

有益效果是：消弧开关柜在工作时，前置断路器处于合闸位置，分相断路器处于分闸位置，如果单相发生故障，则电压互感器向控制装置发送电压信号，控制装置根据接收到的电压信号控制故障相的分相断路器合闸，此时故障相接地，实现快速熄弧、抑制过电压的目的，电压互感器不会因过电压而造成损坏。在一相发生永久性单相接地故障后，另一相又发生接地故障时，如果出现电流过大，则电流互感器向控制装置发送电流信号，控制装置根据接收到的电流信号控制前置断路器分闸，由于电压互感器并联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上，前置断路器分闸使各相的接地回路断路，因此也不会使电压互感器因过电压而造成损坏。

进一步的，所述电流互感器串联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上。

有益效果是：便于电流互感器的布置。

进一步的，所述消弧开关柜包括母线室、电缆室、前置断路器室和分相断路器室；所述母线室和电缆室在上下方向上依次布置，母线室和电缆室处于消弧开关柜的后部；所述前置断路器室和分相断路器室在上下方向上依次布置，前置断路器室和分相断路器室处于消弧开关柜的前部；所述前置断路器设置在前置断路器室内，所述分相断路器设置在分相断路器室内。

有益效果是：适用大多数开关柜的结构，在对现有技术中的开关柜进行改造时，能够节省成本。

进一步的，所述电流互感器和电压互感器均设置在电缆室内；所述前置断路器与分相断路器之间的接地回路为几字形结构，该几字形结构处于电缆室内，其开口朝向分相断路器室；所述几字形结构包括两个平行段和连接两个平行段的连接段；所述电流互感器串联在其中一个平行段上，电压互感器并联在所述连接段上。

有益效果是：通过将前置断路器与分相断路器之间的接地回路为几字形结构，不仅便于电流互感器和电压互感器的安装，而且也有利于接地回路在电缆室内的布置。

进一步的，所述电压互感器为电子式电压互感器。

有益效果是：电子式电压互感器的体积小、重量轻，便于在消弧开关柜内的安装，且电子式电压互感器的抗电磁干扰性能较好，有利于将采集的电压信号发送给控制装置。

进一步的，所述消弧开关柜内设有组合式避雷器，组合式避雷器具有三个进线端和一个出线端；组合式避雷器的三个进线端分别与各相的接地回路连接，组合式避雷器的出线端用于接地。

有益效果是：该组合式避雷器具有三个进线端和一个出线端，集成化较高，可以减少对消弧开关柜内空间的占用。

进一步的，所述消弧开关柜内设有零序电流互感器，所述分相断路器连接有接地母线，接地母线用于接地，所述接地母线穿过所述零序电流互感器，零序电流互感器用于采集接地母线的电流信号；所述控制装置用于根据零序电流互感器采集的电流信号控制相应相的分相断路器分闸。

有益效果是：通过在消弧开关柜内设置零序电流互感器，控制装置能够根据零序电流互感器发送的电流信号控制故障相的分相断路器分闸。

进一步的，所述电消弧开关柜内设有电压传感器，电压传感器连接在各相的接地回路上，以检测各相的接地回路是否带电。

有益效果是：在前置断路器分闸之后，确保消弧开关柜内不带电，以保证维修人员的安全。

附图说明

图1为本发明的消弧开关柜的实施例1的结构示意图；

图2为图1中消弧开关柜的内部结构示意图；

图3为图1中的消弧开关柜在发生单相故障时控制的电路图；

图4为图1中的消弧开关柜在永久性单相接地时的控制过程图；

图5为图1中的消弧开关柜在瞬时性单相接地时的控制过程图；

图6为图1中的消弧开关柜在两相接地时的控制过程图；

图7为图1中的消弧开关柜并柜后的电路图；

图8为图1中的消弧开关柜控制路线图；

图中：1-仪表室；2-前置断路器室；3-前置断路器；4-分相断路器室；5-分相断路器；6-电压传感器；7-零序电流互感器；8-接地母线；9-电缆室；10-组合式避雷器；11-连接母线；12-电压互感器；13-电流互感器；14-母线室母线；15-母线室；16-第一触头盒；17-第二触头盒；18-第三触头盒；19-第四触头盒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的消弧开关柜的实施例1：

如图1和图2所示，消弧开关柜包括仪表室1、前置断路器室2、分相断路器室4、母线室15以及电缆室9，其中，仪表室1、前置断路器室2以及分相断路器室4由上至下依次布置且处于消弧开关柜的前部，母线室15和电缆室9由上而下依次布置且处于消弧开关柜的后部。

本实施例中，母线室15内设有第一触头盒16和母线室母线14，母线室母线14连接在第一触头盒16上。电缆室9内设有第二触头盒17、第三触头盒18以及第四触头盒19，其中，第二触头盒17和第三触头盒18通过连接母线11连接，第四触头盒19通过接地母线8接地。

前置断路器室2内设有前置断路器3，前置断路器3的上动触头插入第一触头盒16内，前置断路器3的下动触头插入第二触头盒17内，以实现母线室母线14与连接母线11的导电连接。应当说明的是，前置断路器3的缩写为QF，在接到数字线路保护单元跳闸命令之后迅速分闸，切断消弧开关柜与母线的连接，保护母线安全。

分相断路器室4内设有分相断路器5，分相断路器5的上动触头插入第三触头盒18内，分相断路器5的下动触头插入第四触头盒19内，以实现连接母线11和接地母线8的导电连接。应当说明的是，分相断路器5的缩写为PQF，在接到智能接地控制器的动作命令后20ms之内完成故障相接地开关合闸，制造稳定的母线单相金属性接地点。

应当说明的是，第一触头盒16、第二触头盒17、第三触头盒18以及第四触头盒19均设有三个。

本实施例中，电缆室9内设有电流互感器13和电压互感器12，电流互感器13实时检测三相短路电流，接入数字线路保护单元。电压互感器12为智能接地控制器提供系统的三相电压和零序电压的二次电压信号。仪表室1内设有控制装置，控制装置用于接收电压互感器12采集的电压信号和电流互感器13采集的电流信号。

其中，连接母线11呈几字形结构，几字形的开口朝前，几字形结构包括两个平行段和连接两个平行段的连接段，两个平行段分别为上平行段和下平行段。电流互感器13的上部固设在母线室15的下隔板上，电流互感器13的下部串联在连接母线11的上平行段上；电压互感器12的后部固设在消弧开关柜的后封板上，电压互感器12的前部并联在连接母线11的连接段上。通过将连接母线11设计为几字形结构，不仅便于电流互感器13和电压互感器12的安装，而且也有利于连接母线11在电缆室9内的布置。在其他实施例中，连接母线可以根据需要设计成任意形状。

本实施例中，电缆室9内还设有组合式避雷器10和电压传感器6。电压传感器6的前部固设在分相断路器室4的后隔板上，电压传感器6的后部连接在连接母线11的下平行段上，电压传感器6用于检测连接母线11是否带电，以保证维修人员的安全。

组合式避雷器10具有三个进线端和一个出线端；组合式避雷器10的三个进线端分别与相应连接母线11连接，组合式避雷器10的出线端用于接地，该组合式避雷器集成化较高，可以减少对电缆室9内空间的占用，便于电流互感器13和电压互感器12的固定安装。组合式避雷器10构成组合式过电压保护器（TBP），用于将相对地和相与相之间的各种过电压限制在设备绝缘允许的范围。

本实施例中，电缆室9内设有一个零序电流互感器7，三个第四触头盒19引出的母线汇集在接地母线8上，接地母线8穿过零序电流互感器7并接地。零序电流互感器7为零序CT，在分相断路器合闸期间，通过零序CT检测系统接地电容电流以及异相接地时的短路电流。

应当说明的是，连接母线11的数量为三个且分别对应三相，对应的电流互感器13、电压互感器12以及电压传感器6均为三个，而组合式避雷器10为一个。接地母线8、连接母线11以及母线室母线14构成接地回路。

本实施例中，电压互感器12为电子式电压互感器（EVT），电子式电压互感器的体积小、重量轻，便于在电缆室9内的安装，且电子式电压互感器的抗电磁干扰性能较好，避免由于铁磁谐振导致的接地故障误判。

本实施例中的消弧开关柜适用于7.2kV、12kV、40.5kV配电网。消弧开关柜布置在变电站母线处，当配网系统发生单相接地故障时，主动在变电站故障相母线处制造短时间的稳定金属性接地短路，使故障线路对地电压接近于零，有效避免人身触电伤害，并且流过远方故障点的接地电流转移至母线处接地点，熄灭故障点电流引起的电弧，抑制弧光过电压，防止电弧引起失火和设备绝缘击穿等重大事故。装置的就地选线功能，可快速准确地选出故障线路，并且可根据故障性质进行选线报警或跳闸，提高配网供电可靠性。

如图7和图8所示，本实施例中的控制装置包括智能接地控制器（SGC）和数字线路保护单元，智能接地控制器SGC）和数字线路保护单元通过通信服务器连接后台。

智能接地控制器（SGC）实现模拟量和开关量的接入、数据处理、判断、控制装置动作、通信、人机交互。根据电子式电压互感器（EVT）提供的三相电压及零序电压信号，判断故障类别（PT断线、金属接地、弧光接地）和相别，向上位机或主控室发出故障信号，当发生弧光接地时在10ms之内向故障相分相断路器5发出动作命令。SGC还具有接地选线跳闸功能。应当说明的是，分相断路器为分相开关。

数字线路保护单元实现模拟量和开关量的接入，具备电流一、二、三段保护功能，在检测到装置短路电流之后控制前置断路器2跳闸，将消弧开关柜从母线上快速切除。应当说明的是，前置断路器为前置开关。

消弧开关柜在正常工作时，前置断路器3处于合闸位置，分相断路器5处于分闸位置。智能接地控制器持续检测电压互感器的二次电压信号，消弧开关柜可就地显示母线三相电压、零序电压和运行状态等。当系统发生低电压或过电压扰动时，消弧开关柜发出告警信号并记录对应事件的时间和各种电气量的录波。

当系统发生电压互感器断线时，消弧开关柜输出断线和断线相别指示，同时闭锁动作输出防止误合接地断路器。

如图3至图5所示，如果A相发生单相接地故障，则电压互感器12向控制装置发送电压信号，控制装置根据接收到的电压信号控制A相的分相断路器合闸，此时A相接地，以达到快速熄弧、抑制过电压的目的，电压互感器12和电流互感器13均不会因过电压而造成损坏，其中，B相和C相还能够正常工作。之后A相的分相断路器再分闸，重新判断故障是否存在，如果故障存在，则为永久性单相接地故障，此时需要A相的分相断路器再合闸；如果故障消失，则为瞬时性单相接地故障，此时A相的分相断路器保持分闸即可。

如图6所示，如果A相发生永久性单相接地故障后，B相又发生接地故障，此时，电流互感器13和零序电流互感器7检测电流信号均大于各自的设定值，电流互感器13向控制装置发送电流信号，控制装置根据接收到的电流信号控制前置断路器3分闸，零序电流互感器7向控制装置发送电流信号，控制装置根据接收到的电流信号控制A相的分相断路器分闸，以保证消弧开关柜的安全。由于电流互感器13和电压互感器12连接在电缆室9内的连接母线11上，前置断路器3分闸使连接母线11断路，因此不会使电压互感器12和电流互感器13因过电压而造成损坏。

本实施例中的消弧开关柜通过前置断路器和分相断路器起到了双重短路保护，充分保证了消弧开关柜的安全。

本发明的消弧开关柜的实施例2：

与实施例1的不同在于，前置断路器室处于分相断路器室的下方，此时需要将与前置断路器的上动触头连接的触头盒以及与分相断路器的上下动触头连接的触头盒均设置在母线室内。

本发明的消弧开关柜的实施例3：

与实施例1的不同在于，电缆室内不设置零序电流互感器，在单相故障解除后，通过工作人员操作分相断路器分闸。

本发明的消弧开关柜的实施例4：

与实施例1的不同在于，电流互感器设置在母线室内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.消弧开关柜，包括：

分相断路器，分相断路器串联在各相的接地回路上，用于实现单相分合闸；

电压互感器，用于采集各相的电压信号；

其特征在于，还包括：

前置断路器，前置断路器为常合断路器，串联在各相的接地回路上，用于实现各相接地回路的分闸；

所述电压互感器并联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上，所述前置断路器在接地回路的接地电流方向上位于电压互感器的上游；

消弧开关柜还包括电流互感器和控制装置；

电流互感器，串联在各相的接地回路上，用于采集各相的电流信号；

控制装置，用于在单相接地故障时根据电压互感器采集的电压信号控制相应相的分相断路器合闸、在其中一相分相断路器已合闸且另外一相发生接地故障时根据电流互感器采集的电流信号控制前置断路器的各相全部分闸；

所述电流互感器串联在前置断路器与分相断路器之间的接地回路上；

所述消弧开关柜包括母线室、电缆室、前置断路器室和分相断路器室；

所述母线室和电缆室在上下方向上依次布置，母线室和电缆室处于消弧开关柜的后部；

所述前置断路器室和分相断路器室在上下方向上依次布置，前置断路器室和分相断路器室处于消弧开关柜的前部；

所述前置断路器设置在前置断路器室内，所述分相断路器设置在分相断路器室内；

所述母线室内设有第一触头盒和母线室母线，母线室母线连接在第一触头盒上，所述电缆室内设有第二触头盒、第三触头盒和第四触头盒，第二触头盒和第三触头盒通过连接母线连接，第四触头盒通过接地母线接地；

所述前置断路器的上动触头插入第一触头盒内，所述前置断路器的下动触头插入第二触头盒内，实现所述母线室母线与连接母线的导电连接；

所述分相断路器的上动触头插入第三触头盒内，所述分相断路器的下动触头插入第四触头盒内，实现所述连接母线和接地母线的导电连接；

所述电流互感器和电压互感器均设置在电缆室内；

所述前置断路器与分相断路器之间的接地回路为几字形结构，该几字形结构处于电缆室内，其开口朝向分相断路器室；

所述几字形结构包括两个平行段和连接两个平行段的连接段；

所述电流互感器串联在其中一个平行段上，电压互感器并联在所述连接段上。

2.根据权利要求1所述的消弧开关柜，其特征在于，所述电压互感器为电子式电压互感器。

3.根据权利要求1所述的消弧开关柜，其特征在于，所述消弧开关柜内设有组合式避雷器，组合式避雷器具有三个进线端和一个出线端；

组合式避雷器的三个进线端分别与各相的接地回路连接，组合式避雷器的出线端用于接地。

4.根据权利要求1所述的消弧开关柜，其特征在于，所述消弧开关柜内设有零序电流互感器，所述分相断路器连接有接地母线，接地母线用于接地，所述接地母线穿过所述零序电流互感器，零序电流互感器用于采集接地母线的电流信号；

所述控制装置用于根据零序电流互感器采集的电流信号控制相应相的分相断路器分闸。

5.根据权利要求1所述的消弧开关柜，其特征在于，所述电消弧开关柜内设有电压传感器，电压传感器连接在各相的接地回路上，以检测各相的接地回路是否带电。

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