CN114203476A - 一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关。本申请利用金属外壳形成密封腔体以容纳动触头、感应线圈和公共端导体，并对其提供气体绝缘。由此，设置在动触头外周的感应线圈能够在动触头接触变压器中性点所引出的公共端导体时，同步地感应动触头中所通过的接地电流，以通过单一隔离开关结构将变压器中性点过电压保护接地用隔离开关与电流互感器集成为一体，缩小部件尺寸，减小绝缘距离从而缩小部件所占空间并同时提供更高安全性能。

Description

一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关

技术领域

本申请涉及变压器保护设备领域，具体而言涉及一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关。

背景技术

变压器中性点过电压保护用组合电器将变压器中性点引出后，分别将中性点与放电间隙、电流互感器、接地用隔离开关、避雷器等设备进行电气连接，作为有效接地电网中不接地变压器的中性点过电压综合保护设备。其电气原理图可参考图3所示方式实现电气隔离，并通过组合电器中的接地用隔离开关实现变压器中性点的直接接地，以对变压器中性点提供过电压保护。

现有技术的组合电器常采用固体绝缘式电流互感器，将其串联在回路中以测量通过该回路的电流。现有的变压器中性点过电压保护用组合电器，常采用敞开式空气绝缘技术，易受外部环境如湿度、海拔高度等因素的影响，运行时需要按照相应电压等级的规程要求保持安全距离。采用空气绝缘技术的接地用隔离开关，占用空间大，不利于建设集约化变电站的需求；电流互感器常采用固体绝缘介质进行整体浇注，无法与接地用隔离开关进行集成，并且二者的安装空间难以压缩。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其作为变压器中性点过电压综合保护设备的一部分，整体采用SF6气体绝缘技术，能够实现变压器中性点直接接地并同时将电流互感器集成在一起实现对通过其动触头电流值的检测。本申请能够简化变压器的中性点过电压保护设备结构，并集成有测量接地电流的功能。本申请具体采用如下技术方案。首先，为实现上述目的，提出一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其包括：金属外壳，其与变压器中性点的公共端外壳密封连接并共同接地，所述金属外壳具有绝缘气室，所述绝缘气室与变压器中性点公共端外壳内部相互连通；静触头，其设置在变压器中性点的公共端外壳内，与变压器中性点电连接；动触头，其上部与金属外壳之间滑动电连接，所述动触头沿金属外壳滑动至下端极限位置时其底端与静触头电接触，所述动触头沿金属外壳滑动至上端极限位置时其底端与静触头脱离电接触；感应线圈，其设置在动触头的外周，以感应动触头接触静触头时所通过的接地电流。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述金属外壳仅在感应线圈的外侧形成接地回路。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述接地回路由以下导电部件连接形成：上法兰，其设置在动触头中部外周，密封设置在感应线圈的顶部；下法兰，其与变压器中性点的公共端外壳密封连接，设置在感应线圈的下方；金属连接件，其设置在上法兰与下法兰之间，且同时与上法兰及下法兰稳定电连接。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述金属连接件为跨接金属排；所述上法兰的内侧向下法兰延伸形成有包围在动触头外周的屏蔽筒，屏蔽筒的底部与下法兰之间由绝缘连接件隔离；所述绝缘连接件的顶部抵接屏蔽筒的底端，所述绝缘连接件的底部抵接下法兰的上表面。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述金属连接件为密封金属筒，所述密封金属筒的顶部与上法兰密封连接，所述密封金属筒的底部与下法兰密封连接或设置为一整体；所述上法兰的内侧向下法兰延伸形成有包围在动触头外周的屏蔽筒，屏蔽筒的底部与下法兰之间填充有绝缘气体。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述金属外壳的顶盖内侧设置有动触头座，所述屏蔽筒的底端设置有动触头导向座，动触头贯穿所述动触头座和动触头导向座，并且，所述动触头由动触头导向座限制为正对静触头的上方。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述动触头导向座为金属材质，或为绝缘材质。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述动触头导向座的底部还套设有动触头屏蔽罩，动触头屏蔽罩为金属材质，用于屏蔽动触头外部电场。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，所述动触头的顶部连接有操动机构；所述静触头设置在与变压器中性点电连接的公共端导体上；操动机构驱动动触头沿感应线圈中心轴线方向向下滑动以与静触头电接触，操动机构驱动动触头沿感应线圈中心轴线方向向上滑动以与静触头脱离电接触。

可选的，如上任一所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其中，变压器中性点的公共端外壳还在其底部设置有手孔，所述手孔的开设方向正对所述公共端导体，且位于静触头的下方。

有益效果

首先，本申请利用金属外壳形成密封腔体以容纳动触头、静触头、感应线圈和公共端导体，并对其提供气体绝缘。由此，设置在动触头外周的感应线圈能够在动触头接触连接变压器中性点所引出的静触头时，同步地感应动触头中所通过的接地电流，以通过单一隔离开关结构将变压器中性点过电压保护接地用隔离开关与电流互感器集成为一体，缩小部件尺寸，减小绝缘距离从而缩小部件所占空间并同时提供更高安全性能。

其次，本申请可在金属外壳所形成的密封腔体中通过气体绝缘技术实现对变压器中性点过电压保护用隔离开关的隔离防护。采用SF6作为绝缘介质，能够有效缩小变压器的绝缘距离，以减少变压器设备占地面积和对安装空间的要求，节约设备用地和安装成本。

尤其值得注意的是，本专利通过对金属外壳内部接地回路的优化，能够利用绝缘气体介质或利用绝缘连接件隔离阻断感应线圈内周屏蔽筒向下的电通路，从而保证感应线圈只感应变压器中性点过电压保护用隔离开关接地时通过动触头的接地电流而不会受回流电通路信号的干扰。由此，本身在将隔离开关与气体绝缘电流互感器集成为一体提高空间利用率的同时，还能够保证感应线圈能够有效感应电流信号，压缩其安装空间，满足集约化变电站的安装需求。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关关断状态下的剖视图；

图2是本申请的另一种隔离开关结构在导通状态下的剖视图；

图3是本申请所应用于的变压器中性点过电压保护用组合电器的原理示意图；

图中，1表示操动机构；2表示内部传动件；3表示金属外壳；4表示动触头座；5表示动触头；6表示上法兰；7表示感应线圈；8表示绝缘连接件；9表示跨接金属排；10表示线圈外罩；11表示下法兰；12表示动触头导向座；13表示动触头屏蔽罩；14表示静触头；15表示公共端导体；16表示下部罐体；17表示手孔；21表示动侧部分；22表示电流互感部分；23表示静侧部分；31表示变压器；32表示避雷器；33表示接地用隔离开关；34表示开关电流互感器；35表示放电间隙；36表示放电电流互感器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于变压器中性点过电压保护用组合本身而言，由操动机构外指向动触头内部中心的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对变压器中性点过电压保护用组合时，由静触头指向操动机构的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。

图1为根据本申请的一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其安装在变压器箱体之外，设置在由变压器箱内电路结构中性点所引出的导电线路的引出端上。中性点的引出端包括与变压器中性点电连接的导电内芯以及密封连接在导电内芯外部的公共端外壳，公共端外壳内部填充有SF6等绝缘气体实现气体绝缘，公共端外壳本身接地，提供接地保护。本申请的隔离开关可通过如下的结构在实现对变压器中性点提供过电压保护的同时采集变压器中性点的接地电流：

金属外壳，其可一体成型，也可通过若干法兰等连接部件连接实现，该金属外壳与变压器中性点的公共端外壳密封连接并通过连接部位的金属材质与公共端外壳共同接地，并且，所述金属外壳内部所封闭形成的腔体还与公共端外壳相互连通，由此使得该腔体内填充有与引出端相同的SF6等绝缘气体，以使得本申请的隔离开关和变压器中性点引出端一同处于气体绝缘环境中，可有效缩短绝缘距离，保证器件和人员安全；

公共端导体15，其设置在变压器中性点的公共端外壳内，通过导电内芯与变压器中性点电连接，公共端导体上一般设置有静触头以方便提供电连接，该静触头安装在金属外壳的连接部位下方，位于公共端外壳内部并与变压器中性点电连接；

动触头5，其上部与金属外壳3之间滑动电连接，即，通过滑动接触实现与金属外壳之间的电连接，所述动触头5沿金属外壳滑动至下端极限位置时该动触头的底端与公共端导体15顶部的静触头14电接触，所述动触头5沿金属外壳3滑动至上端极限位置时该动触头的底端与公共端导体15的静触头14脱离电接触；

感应线圈7，其设置在动触头5的外周并可设置于金属外壳3的内部，动触头5贯穿所述感应线圈7，以通过该感应线圈7感应动触头5接触公共端导体15时所通过的接地电流，实现图3所示串联在变压器31及接地用隔离开关33回路中的固体绝缘式开关电流互感器34的功能，实现对通过该回路的电流的测量。

由此，本申请的隔离开关通过金属外壳内部所形成的气体绝缘环境将变压器中性点过电压保护用隔离开关触头结构与电流互感器集成为一体，通过金属外壳和变压器中性点公共端外壳内部所充SF6气体提供气体绝缘。这种集成方式既节省了器件本身所占用的空间，还能通过采用SF6作为绝缘介质，将器件所要求的绝缘距离缩小，进一步降低整体变压器系统所占用空间。

以图1所示的实现方式为例，上述变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关可分为上部动侧部分21、下部静侧部分23，以及中间电流互感器部分22：

上部动侧部分包含：操动机构1、动触头5、动触头座4、金属外壳的顶盖及内部传动件2。其中，动触头由金属外壳顶盖内侧所安装的动触头座4向下穿过中间的电流互感器内部；操动机构通常可设置为通过电机转轴带动齿轮等内部传动件，驱动顶部与齿轮相啮合的动触头相应的实现上下直线运动；动触头座包围在动触头的上部外周，并与动触头之间通过螺旋弹簧等连接结构滑动连接，动触头座至少在内周与动触头直接接触的位置设置为金属材质以通过滑动接触实现电气连接，动触头一般还可在顶部通过金属连接结构与金属外壳3的顶盖实现固定并保持相同电位，将动触头保持在接地电位，以为变压器中心点提供接地保护；

中间电流互感器部分包括：感应线圈7、由上法兰6、下法兰11、跨接金属排9形成的金属外壳主体，以及设置在其内部的绝缘连接件8、线圈外罩10、动触头导向座12、动触头屏蔽罩13等部分。其作用是通过感应线圈感应动触头内部所通过的接地电流，测量其内部导体的电流量。动触头座、金属外壳的顶盖以及电流互感器的上法兰三者之间通过固定接触实现电气连接。感应线圈设置在上法兰的下侧，上法兰内部可向下延长形成屏蔽筒，线圈围绕在屏蔽筒外侧，由屏蔽筒提供支撑。金属外壳的顶盖内侧设置上述动触头座4提供对动触头滑动方向的限位，引导其以垂直上下滑动方式接触开关底部的静触头14；为避免屏蔽筒与下法兰或金属外壳在感应线圈的内侧形成接地回流通路影响感应线圈对接地电流的感应，一般还可在该屏蔽筒与下法兰之间设置绝缘件连接件，使绝缘连接件8的顶部抵接屏蔽筒的底端，并使所述绝缘连接件8的底部抵接下法兰11的上表面，通过绝缘连接件的阻隔保证屏蔽筒不能形成外壳回流，从而保证线圈内部只具有通过隔离开关动触头的电流，此外，该绝缘连接件8还可通过与屏蔽筒、与下法兰的抵接，在下法兰至屏蔽筒之间形成绝缘气室，以实现对动静触头的绝缘保护；线圈包围在绝缘气室外，线圈内部仅通过感应电流因而可在上法兰与下法兰之间设置的线圈外罩的保护下接触空气而无需在线圈外进一步增加气体绝缘，其他实现方式下，上述线圈还可通过金属外壳整体密封，使线圈不直接裸露在大气中；电流互感器下法兰与下侧变压器中性点公共端外壳所形成的下部罐体16之间通过焊接或密封螺栓等固定接触结构实现电气连接；上法兰与下法兰之间除通过金属外壳本身电连接之外还可使用跨接金属排9进行电气连接；动触头导向座可直接固定安装在电流互感器屏蔽筒下侧底端，该动触头导向座的内部可安装绝缘导向环以引导动触头上下移动，也可直接设置为金属导电材质；但考虑到动触头导向座本身结构表面可能存在毛刺，容易在静触头电压较高时击穿绝缘气体，因此本申请一般还会在导向座上安装具有光滑金属表面的动触头屏蔽罩，以便与开关上部动侧、中性点引出端静侧两边的电场强度配合，屏蔽动触头与屏蔽筒之间电场。若动触头导向座表面足够光滑，上述动触头屏蔽罩也可被省略，而不会影响本申请器件性能。

其他实现方式下，以图2所示接地开关为例，为保证金属外壳3仅在感应线圈7的外侧形成接地回路，而在感应线圈与动触头之间无法形成接地回路，感应线圈内部至存在动触头的接地电流，上述接地回路还可设置为由以下导电部件连接形成：

上法兰6，其设置在动触头5中部外周，密封设置在感应线圈7的顶部；

下法兰11，其与变压器中性点的公共端外壳密封连接，设置在感应线圈7的下方；

金属连接件，其通过金属筒状结构密封连接在上法兰6与下法兰11之间，可同时与上法兰6及下法兰11稳定电连接，提供接地保护；

其中，上法兰6的内侧向下法兰11延伸形成有包围在动触头5外周的屏蔽筒，屏蔽筒的底部与下法兰11之间由密封在金属外壳及中性点的公共端外壳内的绝缘气体作为绝缘介质实现电隔离，只要两者间隔距离达到电场强度要求即可省去上一实现方式中的绝缘连接件8结构。

由此，变压器中性点需要直接接地时，操动机构带动内部传动件使隔离开关的动触头向下运动，贯穿所述动触头座4和动触头导向座12，通过导向座引导而向下插入与公共端导体相连的隔离开关静侧触头中，并在此滑动过程中通过动触头导向座12所述动触头5使其底端正对公共端导体15的上方，实现与动触头座、隔离开关外壳、电流互感器上法兰实现电气连接，再经跨接金属排或金属筒与电流互感器下法兰、下部罐体接入接地网，从而实现变压器中性点气体绝缘组合电器的直接接地，并且，由于感应线圈内部仅动触头结构具有单一方向的接地电流，因此其可通过接地电流所触发的感应电流实现对通过隔离开关动触头的电流值的检测。

配合于上述动侧部分和电流互感器部分，开关下部连接变压器中性点引出端的静侧部分可通过静触头14连接公共端导体15实现变压器中性点与动触头之间的电连接。隔离开关静侧触头安装在变压器中性点油气套管引出的公共端导体上，位于变压器中性点公共端外壳所形成的下部罐体内部。该罐体还可进一步在靠近静侧的罐体下部，即，变压器中性点的公共端外壳的底部设置手孔17，手孔的开设方向可正对所述公共端导体15，位于静触头14的下方以便于观察与检修触头结构。

由此，上述结构能够在操动机构1驱动动触头5沿感应线圈7中心轴线方向向下滑动至金属外壳3的最下端时使动触头的底部与静触头14电接触，形成接地通路，并提供能够由感应线圈检测的单向的接地电流；而当操动机构1驱动动触头5沿感应线圈7中心轴线方向向上滑动至金属外壳3的最上端时，动触头可通过壳体内部填充的绝缘气体介质与静触头14脱离电接触，使变压器中性点不直接接地。

综上，本申请的上述开关结构具有如下优势：

1，本申请所提供的接地用隔离开关将动侧、静侧、电流互感器集成为一体结构，将其同置于SF6绝缘气体中，同时实现接地与测量电流的功能，占用空间更小，并且绝缘性能不受外部气候影响，更为安全稳定；

2，本申请所提供的接地用隔离开关的动触头、动触头座、隔离开关外壳、下法兰在电流互感线圈内部形成接地电流通路，再由上法兰、金属连接件、下法兰在线圈外侧形成接地通路，最后由气体绝缘罐体接入地网，以保证本申请的金属外壳能够稳定接地以提高开关整体结构的安全性；动触头向下运动插入静侧触头后，可以实现变压器中性点气体绝缘组合电器的直接接地；

3，本申请所提供的接地用隔离开关的动触头导向座安装在电流互感器内部的屏蔽筒底端 ，可引导长度较长的动触头直线运动伸入下部罐体内部准确抵接静触头形成变压器中性点的接地通路；

4，本申请所提供的接地用隔离开关的动触头屏蔽罩安装在动触头导向座上，可便于实现动侧与静侧的电场强度配合作用；

5，本申请所提供的接地用隔离开关静侧安装在变压器中性点油气套管引出的公共端导体上，安装位置的罐体下部还设置检修手孔。本申请所提供的接地用隔离开关将动侧与静侧分开布置，可利用静侧下部的检修手孔方便观察、维护上部开关结构。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，包括：

金属外壳，其与变压器中性点的公共端外壳密封连接并共同接地，所述金属外壳具有绝缘气室，所述绝缘气室与变压器中性点公共端外壳内部相互连通；

静触头（14），其设置在变压器中性点的公共端外壳内，与变压器中性点电连接；

动触头（5），其上部与金属外壳之间滑动电连接，所述动触头（5）沿金属外壳滑动至下端极限位置时其底端与静触头（14）电接触，所述动触头（5）沿金属外壳滑动至上端极限位置时其底端与静触头（14）脱离电接触；

感应线圈（7），其设置在动触头（5）的外周，以感应动触头（5）接触静触头（14）时所通过的接地电流。

2.如权利要求1所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述金属外壳仅在感应线圈（7）的外侧形成接地回路。

3.如权利要求2所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述接地回路由以下导电部件连接形成：

上法兰（6），其设置在动触头（5）中部外周，密封设置在感应线圈（7）的顶部；

下法兰（11），其与变压器中性点的公共端外壳密封连接，设置在感应线圈（7）的下方；

金属连接件，其设置在上法兰（6）与下法兰（11）之间，且同时与上法兰（6）及下法兰（11）稳定电连接。

4.如权利要求3所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述金属连接件为跨接金属排（9）；

所述上法兰（6）的内侧向下法兰（11）延伸形成有包围在动触头（5）外周的屏蔽筒，屏蔽筒的底部与下法兰（11）之间由绝缘连接件（8）隔离；

所述绝缘连接件（8）的顶部抵接屏蔽筒的底端，所述绝缘连接件（8）的底部抵接下法兰（11）的上表面。

5.如权利要求3所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述金属连接件为密封金属筒，所述密封金属筒的顶部与上法兰（6）密封连接，所述密封金属筒的底部与下法兰（11）密封连接或设置为一整体；

所述上法兰（6）的内侧向下法兰（11）延伸形成有包围在动触头（5）外周的屏蔽筒，屏蔽筒的底部与下法兰（11）之间填充有绝缘气体。

6.如权利要求4或5所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述金属外壳的顶盖内侧设置有动触头座（4），所述屏蔽筒的底端设置有动触头导向座（12），

动触头（5）贯穿所述动触头座（4）和动触头导向座（12），并且，所述动触头（5）由动触头导向座（12）限制为正对静触头（14）的上方。

7.如权利要求6所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述动触头导向座（12）为金属材质，或为绝缘材质。

8.如权利要求6所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述动触头导向座（12）的底部还套设有动触头屏蔽罩（13），动触头屏蔽罩（13）为金属材质，用于屏蔽动触头外部电场。

9.如权利要求1所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，所述动触头（5）的顶部连接有操动机构（1）；

所述静触头（14）设置在与变压器中性点电连接的公共端导体（15）上；

操动机构（1）驱动动触头（5）沿感应线圈（7）中心轴线方向向下滑动以与静触头（14）电接触，操动机构（1）驱动动触头（5）沿感应线圈（7）中心轴线方向向上滑动以与静触头（14）脱离电接触。

10.如权利要求9所述的变压器中性点过电压保护气体绝缘接地用隔离开关，其特征在于，变压器中性点的公共端外壳还在其底部设置有手孔（17），所述手孔的开设方向正对所述公共端导体（15），且位于静触头（14）的下方。

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