CN112018766B

CN112018766B - 一种高压配电柜

Info

Publication number: CN112018766B
Application number: CN202010996703.XA
Authority: CN
Inventors: 宋承林; 孙贤洲; 赵彬; 崔志鹏
Original assignee: Qingdao CCS Electric Corp
Current assignee: Qingdao CCS Electric Corp
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2040-09-21
Also published as: CN112018766A

Abstract

本发明公开了一种高压配电柜，包括：第一供电支路，所述第一供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块、断路器模块和第一出线端子；其中所述第一出线端子连接第一变压器；和第二供电支路，所述第二供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块和第二变压器的初级线圈；其中，所述第二变压器的第一次级线圈连接辅助电源出线端子，所述第二变压器的第二次级线圈连接检测模块；其中，所述检测模块配置为用于检测实际电流和/或实际电压。本发明所提供的高压配电柜可以在没有额外的辅助控制电源且后级接大容量主变压器的场合，为高压配电柜中的用电功能装置提供电源，使用灵活，特别适用于与不同的户外配电系统匹配。

Description

一种高压配电柜

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，尤其涉及一种高压配电柜。

背景技术

高压配电柜是配电系统中必不可少的电气设备，直接影响配电系统的正常运转和供电服务质量。高压配电柜的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。传统的高压配电柜中主要由柜体和断路器两大部分组成，柜体内分隔为主母线室、断路器室、电缆室、继电器和仪表室和二次端子室等等，以方便专配断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构以及各种保护装置。

传统集成有高压配电柜的配电系统主要在配电室中使用。配电室可以提供配电系统所需的各种参数的电源，以满足不同设备的使用需要。但是，随着电气设备的不断发展，目前，很多高压配电柜需要在户外使用，例如户外充电站等。户外环境中没有额外的辅助控制电源，而且其后级可能还需要接大容量变压器，还需要满足与室内完全不同的尺寸和材质标准。因此，传统的仅由柜体和断路器组成的高压配电柜已无法满足户外使用的需要。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术中仅由柜体和断路器组成的高压配电柜无法满足配电系统户外使用需要，尤其是在户外没有额外的辅助控制电源且后级还需要接大容量变压器的使用需要的问题，设计并提供一种高压配电柜。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种高压配电柜，包括：第一供电支路，所述第一供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块、断路器模块和第一出线端子；其中所述第一出线端子连接第一变压器；和第二供电支路，所述第二供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块和第二变压器的初级线圈；其中，所述第二变压器的第一次级线圈连接辅助电源出线端子，所述第二变压器的第二次级线圈连接检测模块；其中，所述检测模块配置为用于检测实际电流和/或实际电压。

进一步的，所述检测模块包括：电压检测端，所述电压检测端连接所述第二变压器的第二次级线圈；第一电流检测端，所述第一电流检测端连接第一电流互感器，所述第一电流互感器设置在所述断路器模块和第一出线端子之间。

进一步的，所述检测模块还包括：第二电流检测端，所述第二电流检测端连接第二电流互感器，所述第二电流互感器设置在所述断路器模块和第一出线端子之间，所述第二电流互感器的测量精度高于所述第一电流互感器的测量精度。

更进一步的，所述断路器模块包括：第一开关元件，所述第一开关元件的多路第一可控触点分别串联在所述第一供电支路的多路相线中；第二开关元件，所述第二开关元件的多路第二可控触点分别与所述第一开关元件的多路第一可控触点并联；和多个功率电阻器，每一个所述第二可控触点分别串联一个所述功率电阻器。

优选的，所述第一开关元件为真空断路器，所述第二开关元件为真空接触器。

进一步的，还包括：过电压保护模块，所述过电压保护模块连接所述第一供电支路。

进一步的，还包括：高压带电显示模块，所述高压带电显示模块连接所述第一供电支路，所述高压带电显示模块设置在所述隔离开关模块前端。

进一步的，还包括：熔断器，所述熔断器设置在所述第二供电支路中，所述熔断器的一端连接所述隔离开关模块，所述熔断器的另一端连接所述第二变压器的初级线圈。

优选的，所述辅助电源出线端子输出380V电压，所述辅助电源出线端子采用三相四线制。

优选的，所述高压配电柜为10kV高压配电柜。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明所提供的高压配电柜可以在没有额外的辅助控制电源且后级接大容量主变压器的场合，为高压配电柜中的用电功能装置提供电源，使用灵活，特别适用于与不同的户外配电系统匹配，同时在不设置额外硬件设备的条件下，形成实际电压的检测点，提升了配电系统的安全性，释放了更多的柜内空间。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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 为本发明所公开的高压配电柜第一种实施例的结构示意框图；

图2为本发明所公开的高压配电柜第二种实施例的结构示意框图；

图3为图2所示的高压配电柜的电路图；

图4为图2所示的高压配电柜中检测模块的电路图。

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，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

针对现有技术中仅由柜体和断路器组成的高压配电柜无法满足配电系统户外使用需要，尤其是在户外没有额外的辅助控制电源且后级还需要接大容量变压器的使用需要的问题，一种全新设计的高压配电柜如图1所示。高压配电柜1优选为10kV高压配电柜。高压配电柜1中特别设计有第一供电支路（如图1和图2中实线箭头所示）和第二供电支路（如图1和图2中虚线箭头所示）。其中，第一供电支路依次电连接电源端进线端子11、隔离开关模块12、断路器模块13和第一出线端子14；其中第一出线端子14连接第一变压器15。第一供电支路配置为配电柜的主母线，主母线的规格标准以及需要达到的额定电流大小根据实际需要进行计算，第一变压器15为大容量主变压器。隔离开关模块12和断路器模块13相互配合，共同配置为执行以下功能，其一为，在配电系统运行良好的状态下、连通或者切断高压线路的负荷电流；其二为，在配电系统出现事故隐患，在最短时间内切断故障电流，控制故障问题的影响范围。维护配电系统的正常工作和运转。

第二供电支路则设计为依次电连接电源端进线端子11、隔离开关模块12和第二变压器16的初级线圈17；第二变压器16的第一次级线圈18连接辅助电源出线端子20，辅助电源出线端子20进一步分别连接高压配电柜1中的功能模块，例如开关电源、空调、照明设备以及预充电模块等，并为其提供220V或者380V电源。第二变压器16的第二次级线圈19连接检测模块21，检测模块21配置为用于检测实际电流和/或实际电压。其中，第二供电支路配置为配电柜的分支母线。设置在第二供电支路中的第二变压器16配置为执行以下功能，其一为，在没有额外的辅助控制电源且后级接大容量主变压器的场合，为高压配电柜1中的用电功能装置提供电源，其二为，在不设置硬件设备的条件下，形成主母线电压的检测点。举例来说，如果电源端进线端子11的一次输入是10000V，而第二变压器16的第二次级线圈19的输出为100V，即第二变压器16的变压器变比为10000∶100 = 100∶1。检测模块21仅需要采样辅助变压器第二次级线圈19的电压u，即可以得到主母线的实际电压为100u。检测模块21可以是一颗独立的处理器芯片，也可以是集成在综合保护器中的处理器芯片，在此不对其型号进行进一步限制。在传统的配电柜中，通常是采用电压互感器检测电压。电压互感器在实际的工作运转中，一次绕组会进入高压状态，二次绕组则处于低压。然而，电压互感器可能会出现两个绕组间失去绝缘性能的问题，此时，二次绕组上就会自动获得高压，使得设备和操作人员均面临安全风险。在本发明所提供的高压配电柜1中，则在不设置电压互感器的条件下实现实际电压的采样、检测和监控，提升了配电系统的安全性，同时也释放了更多的柜内空间。

检测模块21同时还配置为用于检测主母线的实际电流。具体来说，如图2所示，检测模块21包括电压检测端U。其中电压检测端U连接第二变压器16的第二次级线圈19。检测模块21还进一步设计有第一电流检测端I1，第一电流检测端I1连接第一电流互感器22，第一电流互感器22设置在断路器模块13和第一出线端子14之间。举例来说，第一电流互感器22的一次绕组的额定电流为1250A，第一电流互感器22的二次绕组的额定电流5A，即第一电流互感器22的变比为1250A/5A=250.当检测模块21的第一电流检测端I1接收到第一电流互感器22的检测值为i时，主母线的实际电流即为250i，从而同时实现电压、电流的采样。

如图2所示，在本实施例所提供的高压配电柜1中，同时还通过电流采样的冗余设计提供设备一种不同的保护机制。具体来说，检测模块21还包括第二电流检测端I2，第二电流检测端I2连接第二电流互感器23。第二电流互感器23设置在断路器模块13和第一出线端子14之间。第二电流互感器23的测量精度高于第一电流互感器22的测量精度。在普通的运行过程中，配电柜基于检测模块21第一电流检测端I1的输入值向外输出、显示实际电流值，同时基于检测模块21第二电流检测端I2的输入值执行切断故障电流的动作。

从电路连接上看，高压配电柜1整体优选采用三相四线制，辅助电源出线端子20输出380V电压，辅助电源出线端子20所采用的三相四线制，任意两根火线之间即为220V电压。第二变压器16的第一次级线圈18连接辅助电源出线端子20时，即可以同时提供220V和380V电源。如图3所示，电源端进线端子R、S、T提供三相10kV交流电，与之对应的，第一供电支路上设置隔离开关QS1、断路器模块,第一电流互感器1TA和第二电流互感器2TA。第二供电支路则依次电连接电源端进线端子R、S、T，隔离开关QS1和第二变压器的初级线圈A、B、C;第二变压器的第一次级线圈a1、b1、c1连接辅助电源出线端子，并进一步连接至功能模块26，第二变压器的第二次级线圈a2、b2、c2连接检测模块。如图4所示，第二次级线圈a2、b2、c2的出线端A600、B600、C600以及零线N600分别连接检测模块的引脚C1、C2、C3、D1、D2、D3,第一电流互感器1TA连接检测模块的第一电流检测端，即1TAa、1TAb、1TAc分别连接检测模块的引脚C7、C8、D7、D8，第二电流互感器2TA连接检测模块的第二电流检测端，即2TAa、2TAb、2TAc分别连接检测模块的引脚C9、C10、C11、D9、D10、D11。

如图3所示，基于三相四线制的接线设计，断路器模块13包括第一开关元件MCB1，其中第一开关元件MCB1的多路第一可控触点分别串联在第一供电支路的多路相线中。第一开关元件MCB1优选为真空断路器，真空断路器采用弹簧状的触点，弹簧具有一定的弹性伸缩性，能确保故障电流出现后40毫秒内跳闸。

由于后级第一变压器15的容量可以达到9000KVA,在对第一变压器15充电时，励磁涌流往往是引起第一变压器15误动跳闸致使充电不成功的因素之一。励磁涌流是指空载变压器刚刚接上电源时，电源侧出现很大电流，其值可以高达额定电流的6-8倍。励磁涌流产生的原因是变压器铁芯磁化曲线的非线性。涌流的波形和其幅值的大小，不仅与磁化曲线有关，而且与铁芯剩磁系统和电压投入时的相位均有关系。剩磁的存在，使铁芯中的饱和磁通增大，导致励磁电流进一步上升。在电压投入相位为0°时，涌流最大。实际涌流是一种暂态电流，时间上时连续的。由于绕组存在电阻，随着时间的推移，波形的幅值会逐渐减小。涌流波形开始时偏在时间轴一侧，然后逐步进入稳态，即电流与时间值逐渐对称，最后变成幅值很小而与时间值完全对称的正常的励磁电流，与电压相位差90°。在三相变压器中，涌流在每一相中均可能出现。涌流是非正弦波形，含有许多谐波分量，其中以直流和三次谐波分量占的比重较大，这些谐波的影响需要加以抑制。为了解决这一问题，如图3所示，在断路器模块13中，还特别设计有第二开关元件KM1。第二开关元件KM1的多路第二可控触点则分别与第一开关元件MCB1的多路第一可控触点并联。每一个第二可控触点分别串联一个功率电阻器（如图3中R7,R8和R9所示）。当第一供电支路刚刚连接时，可以优选保持第一开关元件MCB1的多路第一可控触点断开，第二开关元件KM1的多路第二可控触点导通。这样可以将第一变压器15一次侧的涌流限制到比较小的数值，多个功率电阻器的功率又能满足限制一次侧涌流所产生的热量。当第一变压器15一次侧磁场完全建立后，切换导通第一开关元件MCB1的多路第一可控触点导通，第二开关元件KM1的多路第二可控触点断开，将主母线和第一变压器15导通，第一变压器15投入工作，避免一次侧涌流电流值过大造成前级电源冲击的问题。第二开关元件优选为真空接触器。

在高压配电柜1中还特别设计有过电压保护模块25（在图3的具体电路图中标注为F01）和高压带电显示模块24（在图3的具体电路图中标注为A01）。其中，过电压保护模块25连接第一供电支路，高压带电显示模块24也连接第一供电支路。高压带电显示模块24设置在隔离开关模块12前端。在第二供电支路中还设置有熔断器(如图3中Fu1、Fu2和Fu3所示)，熔断器的一端连接隔离开关模块12，熔断器的另一端连接第二变压器16的初级线圈17。过电压保护模块25、高压带电显示模块24和熔断器分别发挥保护作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种高压配电柜，其特征在于，包括：

第一供电支路，所述第一供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块、断路器模块和第一出线端子；其中所述第一出线端子连接第一变压器；和

第二供电支路，所述第二供电支路依次电连接电源端进线端子、隔离开关模块和第二变压器的初级线圈；其中，所述第二变压器的第一次级线圈连接辅助电源出线端子，所述第二变压器的第二次级线圈连接检测模块；所述第二变压器配置为可为高压配电柜中的用电功能装置提供电源；所述检测模块配置为用于检测实际电流和/或实际电压；所述检测模块包括：电压检测端，所述电压检测端连接所述第二变压器的第二次级线圈；第一电流检测端，所述第一电流检测端连接第一电流互感器，所述第一电流互感器设置在所述断路器模块和第一出线端子之间；和第二电流检测端，所述第二电流检测端连接第二电流互感器，所述第二电流互感器设置在所述断路器模块和第一出线端子之间，所述第二电流互感器的测量精度高于所述第一电流互感器的测量精度；所述辅助电源出线端子输出380V电压，所述辅助电源出线端子采用三相四线制。

2.根据权利要求1所述的高压配电柜，其特征在于，

所述断路器模块包括：

第一开关元件，所述第一开关元件的多路第一可控触点分别串联在所述第一供电支路的多路相线中；

第二开关元件，所述第二开关元件的多路第二可控触点分别与所述第一开关元件的多路第一可控触点并联；和

多个功率电阻器，每一个所述第二可控触点分别串联一个所述功率电阻器。

3.根据权利要求2所述的高压配电柜，其特征在于，

所述第一开关元件为真空断路器，所述第二开关元件为真空接触器。

4.根据权利要求2所述的高压配电柜，其特征在于，

还包括：

过电压保护模块，所述过电压保护模块连接所述第一供电支路。

5.根据权利要求2所述的高压配电柜，其特征在于，

还包括：

高压带电显示模块，所述高压带电显示模块连接所述第一供电支路，所述高压带电显示模块设置在所述隔离开关模块前端。

6.根据权利要求2所述的高压配电柜，其特征在于，

还包括：

熔断器，所述熔断器设置在所述第二供电支路中，所述熔断器的一端连接所述隔离开关模块，所述熔断器的另一端连接所述第二变压器的初级线圈。

7.根据权利要求1所述的高压配电柜，其特征在于，

所述高压配电柜为10kV高压配电柜。