CN113066646B - 一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力辅助设备，具体涉及一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，包括机座、隔离开关、避雷器、真空间隙接地模块、共用接地铜排、接地端子、导电铜排、第一电流互感器和第二电流互感器，隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块与导电铜排连接，变压器中性点与导电铜排连接，隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块与共用接地铜排连接，共用接地铜排与接地端子连接，接地端子接地，第一电流互感器与真空间隙接地模块耦合，第二电流互感器与共用接地铜排耦合。本发明的实质性效果是：克服了气候环境对间隙击穿精度的影响，提高了中性点过电压保护的准确性，提高了中性点接地设备的安全性和可靠性，无需现场调准和维护，节省安装空间。

Description

一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备

技术领域

本发明涉及电力辅助设备，具体涉及一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备。

背景技术

当前的110kV和220kV变电站的变压器中性点接地设备采用避雷器、空气间隙和接地开关并联的方式，根据电网运行方式的要求，有的变压器中性点接地系统的接地开关需要合闸接地，有的则不需要接地。当变压器中性点不直接接地时，变压器中性点的过电压由空气间隙和避雷器保护。当前的空气间隙由二根金属棒水平安装，二根金属棒端对端构成空气间隙。

图1 是当前的110kV变压器中性点空气间隙接地设备示意图，10为接地端子，11为隔离开关的动触头，12隔离开关的操作机构，13为隔离开关的静触头和变压器中性点接线端子，14为避雷器，15为棒-棒空气间隙，16为金属支柱，17为电流互感器，18为避雷器和间隙接地端子。

当隔离开关的动触头11与静触头13闭合时，变压器中性点的过电压通过接地端子10直接接地，从而保护变压器中性点不被击穿，这种工况下，避雷器14和空气间隙15不被击穿。当隔离开关的动触头11与静触头13开断时，当变压器中性点遭受雷电过电压冲击时，避雷器14被击穿，冲击电流通过接地端子18接地释放，从而保护变压器中性点的绝缘不被雷电过电压击穿；当变压器中性点遭受操作过电压冲击或工频过电压时，空气间隙15被击穿，冲击电流通过接地端子18接地释放，从而保护变压器中性点的绝缘不被操作过电压击穿。

当前的空气间隙装置存在的主要问题是：

（1）间隙暴露在空气中，击穿电压受气候环境影响比较大；

（2）空气间隙的击穿电压精度低，击穿电压的离散性大；

（3）空气间隙击穿时产生外露弧光，存在安全隐患；

（4）空气间隙需要在现场调准和维护；

（5）空气间隙占用的安装场地比较大。

实用新型专利“一种电力变压器中性点真空间隙接地管”（ZL201922431042.1）提供了一种比空气间隙性能优良的零部件，具有玻璃或陶瓷材质的真空管；静触头的左部穿过管的左端并与螺母联接而使静触头固定在管的左端；动触头的右部穿过管的右端并与螺母联接而使动触头固定在管的右端；静触头右端面与动触头左端面之具有间隔间隙；弹性密封材质的波纹管套在小圆柱部上，波纹管的左端与动触头的左部和小圆柱部交界的台阶端面连结，波纹管的右端与管的右端的内端面连结；波纹管的外圆与管的内圆密封接触，且能沿管的内圆滑动伸缩；波纹管的内圆与动触头的小圆柱部的外圆密封接触，且能沿动触头的小圆柱部的外圆滑动伸缩。但该零部件需要安装在设备上才能发挥作用，无法单独使用，所以，有必要发明一种电力变压器中性点真空间隙接地设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前变压器中性点接地不够可靠的技术问题。提出了一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，本接地设备精度高且可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，包括机座、隔离开关、避雷器、真空间隙接地模块、共用接地铜排、接地端子、导电铜排、第一电流互感器和第二电流互感器，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块均安装在机座上，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块的第一端均与导电铜排连接，变压器中性点与导电铜排连接，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块的第二端均与共用接地铜排连接，所述共用接地铜排与接地端子连接，所述接地端子通过导线接地，所述第一电流互感器与真空间隙接地模块耦合，用于测量真空间隙的击穿放电电流，所述第二电流互感器与共用接地铜排耦合，用于测量避雷器击穿电流或流经隔离开关的中性点接地电流。当电网运行方式要求变压器中性点不直接接地时，隔离开关分闸，变压器中性点过电压保护由避雷器和真空间隙接地管实现。当变压器中性点遭受雷电过电压冲击时，由于雷电过电压冲击幅值高，冲击时间短，所以避雷器率先被击穿，而真空间隙由于击穿时间长，所以不被击穿。避雷器击穿后，电流通过避雷器下端的接地端子、共用接地铜排和接地端子流入大地。

作为优选，所述真空间隙接地模块包括真空间隙管上绝缘壳体、真空间隙接地管、真空间隙管接地导体、真空间隙管下绝缘壳体和真空间隙管绝缘壳体安装基座，所述真空间隙管绝缘壳体安装基座安装在机座上，所述真空间隙管下绝缘壳体固定安装在所述真空间隙管绝缘壳体安装基座上，所述真空间隙管上绝缘壳体固定安装在所述真空间隙管下绝缘壳体上，所述真空间隙接地管与真空间隙管上绝缘壳体固定连接，所述真空间隙接地管第一端与导电铜排连接，所述真空间隙接地管第一端作为变压器中性点备用接线端子，所述真空间隙接地管第二端与所述真空间隙管接地导体连接，所述真空间隙管接地导体与第一电流互感器耦合，所述真空间隙管接地导体与共用接地铜排连接。当变压器中性点遭受操作过电压冲击时，由于操作过电压幅值较雷电高电压低，冲击时间长，所以避雷器不被击穿而真空间隙管被击穿，冲击电流通过真空间隙管下端的真空间隙管接地导体、共用接地铜排和接地端子流入大地。

当变压器中性点遭受工频过电压时，由于真空间隙的工频击穿电压小于避雷器的工频击穿电压，所以，当中性点工频过电压幅值大于或等于真空间隙管的工频击穿电压幅值时，避雷器不被击穿而真空间隙接地管被击穿，电流通过真空间隙接地管下端的真空间隙管接地导体、共用接地铜排和接地端子流入大地。

作为优选，所述隔离开关包括手动分合闸机构、电动分合闸机构、隔离开关安装基座、隔离开关下绝缘壳体、隔离开关上绝缘壳体、绝缘丝杠、接地导体、软连接导体、动触头导向套、隔离开关动触头和隔离开关静触头，所述隔离开关安装基座安装在机座上，所述隔离开关下绝缘壳体与所述隔离开关安装基座固定连接，所述动触头导向套与所述隔离开关下绝缘壳体固定连接，所述隔离开关上绝缘壳体与所述动触头导向套连接，所述隔离开关静触头固定安装在所述隔离开关上绝缘壳体上，所述动触头卡接在动触头导向套上，所述软连接导体安装在所述隔离开关下绝缘壳体上，所述软连接导体与动触头抵接，所述软连接导体与接地导体连接，所述绝缘丝杠转动安装在隔离开关安装基座上，所述电动分合闸机构安装在隔离开关安装基座内，所述手动分合闸机构安装在机座上，所述电动分合闸机构以及手动分合闸机构均与绝缘丝杠连接，所述隔离开关动触头加工有内螺纹，所述绝缘丝杠与所述隔离开关动触头螺纹连接，所述隔离开关静触头作为变压器中性点接线端子。当电网运行方式要求变压器中性点直接接地时，隔离开关的电动分合闸机构启动，驱动绝缘丝杠做旋转运动，绝缘丝杠驱动隔离开关动触头向上运动，插入隔离开关静触头的梅花触头中，变压器中性点经过变压器中性点接线端子、隔离开关静触头、隔离开关动触头、软连接导体、动触头导向套、接地导体以及共用接地铜排形成直接接地通道，至此，隔离开关完成合闸操作。当电动分合闸机构启动绝缘丝杠反向旋转时，隔离开关动触头向下运动，与隔离开关静触头脱离，形成明显开断点，完成分闸操作。当需要手动分合闸操作是，操作人员旋转手动分合闸机构，手动分合闸机构的涡轮驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动绝缘丝杠旋转，绝缘丝杠驱动动触动做上下运动，实现隔离开关的手动分合闸操作。

作为优选，所述隔离开关静触头为梅花触头。

作为优选，所述手动分合闸机构包括手摇柄、蜗杆和蜗轮，所述蜗轮与所述绝缘丝杠阻尼连接，所述蜗杆与蜗轮连接，所述手摇柄与蜗杆连接，所述蜗杆转动安装在机座上。

作为优选，所述机座上设有安装基座。

作为优选，所述电动分合闸机构包括摩擦杆、摩擦盘、锁紧块、锁紧弹簧、锁紧电流源、驱动电流源和驱动弹簧所述摩擦盘与绝缘丝杠同心固定连接，所述摩擦杆与摩擦盘侧面抵接，所述锁紧块抵紧摩擦盘侧面，所述驱动弹簧一端与摩擦杆连接，所述驱动弹簧另一端与隔离开关安装基座连接，所述驱动弹簧两端与驱动电流源连接，驱动电流源所述锁紧弹簧一端与隔离开关安装基座连接，所述锁紧弹簧另一端与锁紧块固定连接，所述锁紧弹簧两端与锁紧电流源连接。弹簧在电流作用下会产生收缩，通过控制锁紧电流源和驱动电流源分别能够控制锁紧弹簧和驱动弹簧的伸长量，当驱动弹簧伸长时，使锁紧块脱离摩擦盘，摩擦杆通过摩擦盘带动绝缘丝杠转动，当驱动弹簧收缩时，使锁紧块抵紧摩擦盘，摩擦杆无法驱动摩擦盘，往复操作即可实现绝缘丝杠的转动。反之，当驱动弹簧伸长时，使锁紧块抵紧摩擦盘，当驱动弹簧收缩时，使锁紧块脱离摩擦盘，能够使绝缘丝杠反向转动。

本发明的实质性效果是：（1）本专利使用真空间隙管取代现行的棒-棒空气间隙，安装在绝缘壳体内，真空间隙击穿电压精度高，离散性小，击穿电压不受气候环境影响，真空间隙击穿时不产生外露弧光，无安全隐患；（2）本真空间隙接地设备的真空间隙管与避雷器伏秒特性进行配合，避雷器击穿释放变压器中性点的雷击过电压，真空间隙管击穿释放变压器中性点的操作过电压和工频过电压而避雷器不被击穿，避雷器与真空间隙配合，在精确保护变压器中性点过电压的同时，又避免避雷器由于长时间击穿而烧蚀损坏；（3）本真空间隙接地设备的隔离开关采用封闭结构，传动和导电触头组件封闭在绝缘壳体内，提高了隔离开关的可靠性；本真空间隙接地设备在工厂内生产调试完成，无需在现场调准和维护，运行可靠性高；（4）本真空间隙接地设备占用的安装空间小。

附图说明

图1为现有技术中的变压器中性点空气间隙接地设备示意图。

图2为实施例一变压器中性点空气间隙接地设备示意图。

图3、图4为实施例二电动分合闸机构结构示意图。

其中：10为接地端子，11为隔离开关的动触头，12为隔离开关的操作机构，13为隔离开关的静触头，14为避雷器，15为棒-棒空气间隙，16为金属支柱，17为电流互感器，18为避雷器接地端子，20为手动分合闸机构，21为电动分合闸机构，22为隔离开关安装基座，23为隔离开关下绝缘壳体，24为绝缘丝杠，25为接地导体，26为软连接导体，27为动触头导向套，28为隔离开关动触头，29为隔离开关静触头，30为变压器中性点接线端子，31为隔离开关上绝缘壳体，32为导电铜排，33为避雷器，34为变压器中性点备用接线端子，35为真空间隙管上绝缘壳体，36为真空间隙接地管，37为真空间隙管接地导体，38为真空间隙管下绝缘壳体，39为真空间隙管绝缘壳体安装基座， 40为第一电流互感器，41为共用接地铜排，42为接地端子，43为机座，44为第二电流互感器，45为安装基座，211为摩擦杆，212为摩擦盘，213为锁紧块，214为锁紧弹簧，215为锁紧电流源，216为驱动电流源，217驱动弹簧。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，如图2所示，包括机座43、隔离开关、避雷器33、真空间隙接地模块、共用接地铜排41、接地端子42、导电铜排32、第一电流互感器40和第二电流互感器44，隔离开关、避雷器33和真空间隙接地模块均安装在机座43上，隔离开关、避雷器33和真空间隙接地模块的第一端均与导电铜排32连接，变压器中性点与导电铜排32连接，隔离开关、避雷器33和真空间隙接地模块的第二端均与共用接地铜排41连接，共用接地铜排41与接地端子42连接，接地端子42通过导线接地，第一电流互感器40与真空间隙接地模块耦合，用于测量真空间隙的击穿放电电流，第二电流互感器44与共用接地铜排41耦合，用于测量避雷器击穿电流或流经隔离开关的中性点接地电流。当电网运行方式要求变压器中性点不直接接地时，隔离开关分闸，变压器中性点过电压保护由避雷器33和真空间隙接地管36实现。当变压器中性点遭受雷电过电压冲击时，由于雷电过电压冲击幅值高，冲击时间短，所以避雷器33率先被击穿，而真空间隙由于击穿时间长，所以不被击穿。避雷器33击穿后，电流通过避雷器33下端的接地端子42、共用接地铜排41和接地端子42流入大地。

真空间隙接地模块包括真空间隙管上绝缘壳体35、真空间隙接地管36、真空间隙管接地导体37、真空间隙管下绝缘壳体38和真空间隙管绝缘壳体安装基座39，真空间隙管绝缘壳体安装基座39安装在机座43上，真空间隙管下绝缘壳体38固定安装在真空间隙管绝缘壳体安装基座39上，真空间隙管上绝缘壳体35固定安装在真空间隙管下绝缘壳体38上，真空间隙接地管36与真空间隙管上绝缘壳体35固定连接，真空间隙接地管36第一端与导电铜排32连接，真空间隙接地管36第一端作为变压器中性点备用接线端子34，真空间隙接地管36第二端与真空间隙管接地导体37连接，真空间隙管接地导体37与第一电流互感器40耦合，真空间隙管接地导体37与共用接地铜排41连接。

隔离开关包括手动分合闸机构20、电动分合闸机构21、隔离开关安装基座22、隔离开关下绝缘壳体23、隔离开关上绝缘壳体31、绝缘丝杠24、接地导体25、软连接导体26、动触头导向套27、隔离开关动触头28和隔离开关静触头29，隔离开关安装基座22安装在机座43上，隔离开关下绝缘壳体23与隔离开关安装基座22固定连接，动触头导向套27与隔离开关下绝缘壳体23固定连接，隔离开关上绝缘壳体31与动触头导向套27连接，隔离开关静触头29固定安装在隔离开关上绝缘壳体31上，动触头卡接在动触头导向套27上，软连接导体26安装在隔离开关下绝缘壳体23上，软连接导体26与动触头抵接，软连接导体26与接地导体25连接，绝缘丝杠24转动安装在隔离开关安装基座22上，电动分合闸机构21安装在隔离开关安装基座22内，手动分合闸机构20安装在机座43上，电动分合闸机构21以及手动分合闸机构20均与绝缘丝杠24连接，隔离开关动触头28加工有内螺纹，绝缘丝杠24与隔离开关动触头28螺纹连接，隔离开关静触头29作为变压器中性点接线端子30。隔离开关静触头29为梅花触头。手动分合闸机构20包括手摇柄、蜗杆和蜗轮，蜗轮与绝缘丝杠24阻尼连接，蜗杆与蜗轮连接，手摇柄与蜗杆连接，蜗杆转动安装在机座43上。机座43上设有安装基座45。

本实施例的工作方式为：当变压器中性点遭受操作过电压冲击时，由于操作过电压幅值较雷电高电压低，冲击时间长，所以避雷器33不被击穿而真空间隙管被击穿，冲击电流通过真空间隙管下端的真空间隙管接地导体37、共用接地铜排41和接地端子42流入大地。

当变压器中性点遭受工频过电压时，由于真空间隙的工频击穿电压小于避雷器33的工频击穿电压，所以，当中性点工频过电压幅值大于或等于真空间隙管的工频击穿电压幅值时，避雷器33不被击穿而真空间隙接地管36被击穿，电流通过真空间隙接地管36下端的真空间隙管接地导体37、共用接地铜排41和接地端子42流入大地。

当电网运行方式要求变压器中性点直接接地时，隔离开关的电动分合闸机构21启动，驱动绝缘丝杠24做旋转运动，绝缘丝杠24驱动隔离开关动触头28向上运动，插入隔离开关静触头29的梅花触头中，变压器中性点经过变压器中性点接线端子30、隔离开关静触头29、隔离开关动触头28、软连接导体26、动触头导向套27、接地导体25以及共用接地铜排41形成直接接地通道，至此，隔离开关完成合闸操作。当电动分合闸机构21启动绝缘丝杠24反向旋转时，隔离开关动触头28向下运动，与隔离开关静触头29脱离，形成明显开断点，完成分闸操作。当需要手动分合闸操作是，操作人员旋转手动分合闸机构20，手动分合闸机构20的涡轮驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动绝缘丝杠24旋转，绝缘丝杠24驱动动触动做上下运动，实现隔离开关的手动分合闸操作。

本实施例的有益技术效果是：（1）本专利使用真空间隙管取代现行的棒-棒空气间隙，安装在绝缘壳体内，真空间隙击穿电压精度高，离散性小，击穿电压不受气候环境影响，真空间隙击穿时不产生外露弧光，无安全隐患；（2）本真空间隙接地设备的真空间隙管与避雷器33伏秒特性进行配合，避雷器33击穿释放变压器中性点的雷击过电压，真空间隙管击穿释放变压器中性点的操作过电压和工频过电压而避雷器33不被击穿，避雷器33与真空间隙配合，在精确保护变压器中性点过电压的同时，又避免避雷器33由于长时间击穿而烧蚀损坏；（3）本真空间隙接地设备的隔离开关采用封闭结构，传动和导电触头组件封闭在绝缘壳体内，提高了隔离开关的可靠性；本真空间隙接地设备在工厂内生产调试完成，无需在现场调准和维护，运行可靠性高；（4）本真空间隙接地设备占用的安装空间小。

实施例二：

一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，如图3、图4所示，电动分合闸机构21包括摩擦杆211、摩擦盘212、锁紧块213、锁紧弹簧214、锁紧电流源215、驱动电流源216和驱动弹簧217摩擦盘212与绝缘丝杠24同心固定连接，摩擦杆211与摩擦盘212侧面抵接，锁紧块213抵紧摩擦盘212侧面，驱动弹簧217一端与摩擦杆211连接，驱动弹簧217另一端与隔离开关安装基座22连接，驱动弹簧217两端与驱动电流源216连接，驱动电流源216锁紧弹簧214一端与隔离开关安装基座22连接，锁紧弹簧214另一端与锁紧块213固定连接，锁紧弹簧214两端与锁紧电流源215连接。其余结构同实施例一。

本实施例的工作方式为：弹簧在电流作用下会产生收缩，通过控制锁紧电流源215和驱动电流源216分别能够控制锁紧弹簧214和驱动弹簧217的伸长量，当驱动弹簧217伸长时，使锁紧块213脱离摩擦盘212，摩擦杆211通过摩擦盘212带动绝缘丝杠24转动，当驱动弹簧217收缩时，使锁紧块213抵紧摩擦盘212，摩擦杆211无法驱动摩擦盘212，往复操作即可实现绝缘丝杠24的转动。反之，当驱动弹簧217伸长时，使锁紧块213抵紧摩擦盘212，当驱动弹簧217收缩时，使锁紧块213脱离摩擦盘212，能够使绝缘丝杠24反向转动。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，其特征在于，

包括机座、隔离开关、避雷器、真空间隙接地模块、共用接地铜排、接地端子、导电铜排、第一电流互感器和第二电流互感器，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块均安装在机座上，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块的第一端均与导电铜排连接，变压器中性点与导电铜排连接，所述隔离开关、避雷器和真空间隙接地模块的第二端均与共用接地铜排连接，所述共用接地铜排与接地端子连接，所述接地端子通过导线接地，所述第一电流互感器与真空间隙接地模块耦合，所述第二电流互感器与共用接地铜排耦合；

所述真空间隙接地模块包括真空间隙管上绝缘壳体、真空间隙接地管、真空间隙管接地导体、真空间隙管下绝缘壳体和真空间隙管绝缘壳体安装基座，

所述真空间隙管绝缘壳体安装基座安装在机座上，所述真空间隙管下绝缘壳体固定安装在所述真空间隙管绝缘壳体安装基座上，所述真空间隙管上绝缘壳体固定安装在所述真空间隙管下绝缘壳体上，所述真空间隙接地管与真空间隙管上绝缘壳体固定连接，所述真空间隙接地管第一端与导电铜排连接，所述真空间隙接地管第一端作为变压器中性点备用接线端子，所述真空间隙接地管第二端与所述真空间隙管接地导体连接，所述真空间隙管接地导体与第一电流互感器耦合，所述真空间隙管接地导体与共用接地铜排连接；

所述隔离开关包括手动分合闸机构、电动分合闸机构、隔离开关安装基座、隔离开关下绝缘壳体、隔离开关上绝缘壳体、绝缘丝杠、接地导体、软连接导体、动触头导向套、隔离开关动触头和隔离开关静触头，所述隔离开关安装基座安装在机座上，所述隔离开关下绝缘壳体与所述隔离开关安装基座固定连接，所述动触头导向套与所述隔离开关下绝缘壳体固定连接，所述隔离开关上绝缘壳体与所述动触头导向套连接，所述隔离开关静触头固定安装在所述隔离开关上绝缘壳体上，所述动触头卡接在动触头导向套上，所述软连接导体安装在所述隔离开关下绝缘壳体上，所述软连接导体与动触头抵接，所述软连接导体与接地导体连接，所述绝缘丝杠转动安装在隔离开关安装基座上，所述电动分合闸机构安装在隔离开关安装基座内，所述手动分合闸机构安装在机座上，所述电动分合闸机构以及手动分合闸机构均与绝缘丝杠连接，所述隔离开关动触头加工有内螺纹，所述绝缘丝杠与所述隔离开关动触头螺纹连接，所述隔离开关静触头作为变压器中性点接线端子；

所述电动分合闸机构包括摩擦杆、摩擦盘、锁紧块、锁紧弹簧、锁紧电流源、驱动电流源和驱动弹簧所述摩擦盘与绝缘丝杠同心固定连接，所述摩擦杆与摩擦盘侧面抵接，所述锁紧块抵紧摩擦盘侧面，所述驱动弹簧一端与摩擦杆连接，所述驱动弹簧另一端与隔离开关安装基座连接，所述驱动弹簧两端与驱动电流源连接，驱动电流源所述锁紧弹簧一端与隔离开关安装基座连接，所述锁紧弹簧另一端与锁紧块固定连接，所述锁紧弹簧两端与锁紧电流源连接。

2.根据权利要求1所述的一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，其特征在于，

所述隔离开关静触头为梅花触头。

3.根据权利要求1所述的一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，其特征在于，

所述手动分合闸机构包括手摇柄、蜗杆和蜗轮，所述蜗轮与所述绝缘丝杠阻尼连接，所述蜗杆与蜗轮连接，所述手摇柄与蜗杆连接，所述蜗杆转动安装在机座上。

4.根据权利要求1所述的一种110kV变压器中性点真空间隙接地成套设备，其特征在于，

所述机座上设有安装基座。