CN113541027A - 智能开关隔室模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关隔室模块包括：开关状态监控模块、超快速接地开关及其电动操作机构、开关电动进出操作机构；监测系统独立于开关，安装在开关控制回路与操作电源之间，实现对开关分、合闸线圈，储能电机的时间、电流曲线监测。超快速接地开关通过蜗轮蜗杆分闸，通过棘轮闭锁机构实现分闸保持；使用按钮解锁进行合闸操作，或使用电磁铁电动驱动解锁闭锁机构快速合闸，与弧光检测继电器配合，实现快速合闸，合闸时间小于40ms，用于壳体出现内部故障的保护。开关在隔室内位置移动实现回路接通或断开，通过电动操作装置实现远程操作，开关电动操作机构安装在每个壳体门上，用来对开关进行远程进、出操作。采用电机控制系统，保证电机在开关卡滞时，不会强行进出造成破坏，精准控制开关行程，保证开关在正确的位置。

Description

智能开关隔室模块

技术领域

本公开的领域大体上涉及开关柜，且更具体地涉及包括数据采集、远程操作、电弧光保护的智能监控、操作、保护的开关室模块。

背景技术

在已知的电气开关设备中，开关柜是将主要组成部件开关、互感器、母线及其控制、保护回路等分别装在接地的用金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。开关柜通过采集开关辅助开关的位置信息，电流、电压互感器的数据通过综合保护继电器来实现智能化，也有采用单独的监测模块、继电器等来监测开关柜的状态并通过通讯管理机等传输到后台，分立元件，工程定制，缺乏系统成熟的智能解决方案。

在已知的开关智能化产品中，通过将压力、位移等传感器安装在开关操作机构中用以监视开关的机械状态；或将电流传感器安装在分、合闸回路中并将数据并就地连接到智能电子装置内，然后输出信号到开关柜；将电动机安装在开关摇进底盘机构中实现开关的电动进、出。这些额外的装置增加了开关的成本，结构复杂，可靠性差。开关是成熟设计并经型式试验验证的产品，新增加的装置无法全面验证，智能电子装置安装于高压环境里，电磁兼容、干扰影响设备的可靠、长期有效的数据监控。

发明内容

一方面，提供了一种智能整体模块，避免了系统集成造成的复杂。其包括独立于开关本身的监测盒子，盒子模块位于控制电源与开关之间，对进入开关的合、分闸、电机储能回路的电流、电压、时间进行监测，并输出至后台处理，通过计算偏差，得出开关的健康状态及预期寿命，实现对开关状态的非介入式监测。通用性高，适用于各种开关，以及老旧开关的智能化升级改造。

另一方面，整体模块集成了超快速接地开关，该开关优化电极形状，减少触头间电气间隙，行程缩短，合闸时间很小。接地开关的操作使用涡轮蜗杆分闸，操作力小、平稳，分闸过程中对弹簧进行储能，通过棘轮机构定位到分闸位置，弹簧始终保持储能状态，通过按钮或(和)电磁铁触发棘轮杠杆，使棘轮脱扣，弹簧释能实现开关快速合闸。接地开关可实现正常的检修保护接地，同时，可作为模块出线内部故障时快速接地保护，减少对隔室壳体的损伤。

再一个方面，整体模块配备开关电动进、出装置，该装置独立于隔室，可读取监测模块信息判断开关是否可以进、出操作，智能马达控制器可以精准控制行程，扭矩控制实现对卡滞等现象的精准处理。通过自备储能电池及远程遥控操作，使操作人员远离电弧光等操作危险。人工智能模块准确判断开关位置。

附图说明

本公开的这些和其他特征、方面和优点在参照附图阅读以下详细描述时将变得更好理解，附图中相似的标号贯穿附图表示相似的部分，在附图中：

图1是包括智能监测、操作的隔室模块的示例性整体视图；

图2是可与图1中不能显示的内部器件布置的示例性视图

图3是所示的智能模块智能监测、智能操控及保护的示例性实施例的简化框图；

图4是与图1中所示的智能模块使用的接地开关在合闸位置的示例性实施例的示意图；

图5是与图1中所示的智能模块使用的接地开关在分闸位置的示例性实施例的示意图；

图6是与图1中所示的智能模块使用的智能监测的示例性实施例的简化框

图7是与图1中所示的电动操作装置的一个示例性实施例的示意图。

零件列表

100 开关室模块

101 开关隔间

102 开关隔间门

103 开关远程摇进、出装置

104 接地开关操作机构

105 电缆隔间

106 电缆隔间门

107 开关状态监测装置

108 开关进线绝缘套管

109 开关出线绝缘套管

110 快速接地开关

111 开关控制插头座

112 静触头

113 活门

114 活门机构

115 导轨

201 分闸旋转轴

202 合闸按钮

203 合闸电磁铁

204 蜗轮

205 涡轮转轴

206 分闸棘轮卡板轴

207 分闸棘轮卡板

208 蜗杆

209 连接轴

210 连接杆

211 接地开关操作拐臂

212 接地开关动刀

213 接地开关静刀

214 压缩弹簧

215 动刀主轴

301 电压模块

302 通讯模块

303 接口

304 电流传感器

305 固态继电器

306 电压传感器

401 开关进出底座丝杠

402 固定螺钉

403 连接套筒

404 减速箱

405 电机

406 接收器

407 控制模块

408 储能电池

具体实施方式

如图1、图2所示，开关室模块100包括开关隔室101及其门板102和电缆隔室105及其门板106。还包括用于高压电源进出的静触头112和外部隔离的绝缘套管108、109；绝缘套管前部有隔离静触头的活门113，活门113由活门提升机构114带动开启或关闭。开关在导轨106上第一、第二位置移动，向第二位置移动时推压活门提升机构113开启活门，开关触头插入绝缘套管108/109，与静触头112咬合，实现电源线路的连接，通过开关实现断开或连接。

如图1、图2所示，开关室模块100包括监测模块107，安装在开关模块顶部隔板上，与开关控制插座101连接，开关与插座连接后，当控制电源输入，先经过监测模块107，实现对开关分、合闸线圈，储能电流，分合闸时间及储能时间监测。

如图2所示，开关室模块100包括超快速接地开关110及其操作机构104，操作机构操作接地开关分、合闸，当电缆需要检修时，合上接地开关实现保护。接地开关也可以装在上部，实现对母线及开关检修时的保护；与弧光保护继电器配合，当电缆室出现内部故障弧光时，下部的接地开关通过电磁铁触发快速合上接地开关，当开关室出现故障，上部的接地开关闭合，迅速短路接地故障，减少电弧光燃烧其它造成的重大伤害。

如图1所示，开关通过电动操作装置103远程控制开关在第一位置和第二位置间移动。装置103可以通过连线方式远程操控，也可以遥控操控。

如图3所示，逻辑关系，监测装置107实现对开关的远程状态监测，同时，通过电动操作装置103实现对开关的远程控制；通过快速接地开关110实现对开关室模块的自动保护。

如图4所示为快速接地开关，图示位置为接地开关110在合闸位置，动触头213和动触头212闭合在一起形成短路接地。当分闸操作时，操作手柄插入操作轴201，逆时针旋转带动蜗杆208旋转，蜗杆208旋转带动涡轮204顺时针旋转，其上部的轴209带动连杆210向前运动，连杆210带动接地开关主轴拐臂 211顺时针转动，实现接地开关分闸，当涡轮旋转时，下部的棘轮档杆207锁住涡轮防止其回转，并在接地开关分闸到位时保持锁住状态。接地开关主轴215旋转压缩压簧214储存能量。

如图5所示为快速接地开关，图示位置为接地开关110在分闸位置，此时动触头212与静触头213保持小的安全电气间隙。静触头213采用圆球头，具有良好的电场，可以缩小电气间隙，同时球头采用铜钨合金。保证足够的关合次数。需要分闸时，分闸按钮202压动棘轮档杆207绕轴206旋转，使其与涡轮208 脱离咬合。由于弹簧214处于压缩状态储存能量，能量释放带动动触头212迅速合闸，与静触头213咬合，由于转动角度小，距离小，合闸速度快，合闸时间超短。可以作为内部故障时的接地短接实现保护。

如图6所示为开关状态监测装置107，控制电源通过监测装置与开关控制回路相连，控制电源电流经过电流传感器304，当开关合闸按钮压下，合闸回路闭合时，电流传感器监测流经合闸回路的电流将其处理后发到数据接收装置进行处理、分析；同样电流传感器304监测分闸回路、储能电机回路，将电流信息获取。

如图6所示为开关状态监测装置107，控制电源通过监测装置与开关控制回路相连，控制电源电流经过固态继电器305，当开关合闸按钮压下合闸回路闭合时瞬间发送信号，当断开时再发送信号，通过PLC或其它计时功能的装置实现对开关分、合闸时间的获取；同样对分闸时间，储能时间进行获取。

如图6所示为开关状态监测装置107，系统电压经过电压传感器306，变控制器可以处理的数据信号。装置还包括传感器需要的电源模块301，以及与控制器连接的通讯模块302，还有安装并与断路器连接的端子模块。监测模块还可以连接壳体内部的温、湿度传感器，与控制器连接，实现数据的分析。

如图7所示为开关电动摇进、出装置，开关底板有摇进、出丝杠401，通过旋转丝杠实现开关在第一位置和第二位置移动。电动装置通过固定螺钉402与开关室门板固定，摇进套筒403插入门板与开关丝杠连接，当406接收器收到进出指令时，通过控制单元407指令马达405带动减速箱404旋转套筒，带动开关移动；控制模块发出正、反转命令实现开关从第一位置到第二位置或反之。408 位电源储能模块，提供控制及马达操作的电源，通过充电储能。

Claims (7)

1.一种用于开关与母线和负载连接的开关隔室模块，所述一体化开关隔室模块包括：开关状态监控模块、超快速接地开关及其电动操作机构、开关电动进出操作机构，所述壳体还包括壳体壁板、门板、导轨、导电回路触头及其绝缘套管、活门及其提升机构，所述壳体和所述开关在第一位置和第二位置之间移动，其中所述第一位置时开关与导电回路断开，所述在第二位置开关时，开关连接至导电回路，可手动操作，也可以通过电动操作装置实现远程操作。

2.根据权利要求1所述的超快速接地开关，其特征在于，接地开关的分闸保持是通过操作机构棘轮闭锁机构实现，使用按钮解锁闭锁机构进行合闸操作，或使用电磁铁电动驱动解锁闭锁机构快速合闸，接地开关分闸操作时通过蜗轮蜗杆机构实现，通过蜗杆带动涡轮旋转，带动涡轮上的连杆拉动接地开关拐臂实现分闸，分闸过程中同时储能用于合闸操作。

3.根据权利要求2所述的超快速接地开关，其特征还在于，接地静触头采用铜钨合金圆球头，具有很好的电场，电气间隙、合闸角度小，抗电弧强，压缩弹簧合闸速度快，且通过电磁铁驱动合闸，与弧光检测继电器配合，实现快速合闸，合闸时间小于40ms，用于壳体出现内部故障的保护，使壳体不会被破坏，其接地开关可以安装位置在下部出线侧，也可以安装在上部的进线侧。

4.根据权利要求1所述的开关状态监测，其特征在于，监测系统独立于开关，监测单元内部设置电流传感器、固态继电器、电压传感器、通讯模块，安装在开关控制回路与操作电源之间，实现对开关分、合闸线圈，储能电机的时间、电流曲线监测，监测系统安装在隔室模块上部金属壳体内，开关控制插座上方，与控制插座直接连接，监测系统还监测开关壳体内温、湿度情况，并通过以太网等将数据传送到后台处理。

5.根据权利要求1所述的开关电动操作机构，其特征在于，可独立于开关壳体，方便安装在每个壳体门上，用来对开关进行远程进、出操作，采用电机控制系统，保证电机在开关卡滞时，不会强行进出造成破坏，精准控制开关行程，保证开关在正确的位置。

6.根据权利要求5所述的开关电动远程操作，其特征还在于，远程操作可通过连接线操作，也可以遥控操作，电源可通过储能电池也可以与壳体控制电源连接供电。

7.根据权利要求1所述的开关室模块应用于包括但不限于断路器、负荷开关、接触器、隔离开关等开关装置，提供相应的回路监测，隔室保护及其电动操作。

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