CN115425567A - 一种高安全的sf6全绝缘紧凑型环网柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，所述环网柜采用共箱式结构设计，包括断路器单元、负荷开关单元、母线电压互感器单元以及站所终端。所述负荷开关单元包括主柜体和设置在主柜体上方的二次低压室，其特征在于：所述负荷开关单元的主柜体，其柜体内设有密封的SF6气箱，所述SF6气箱即母线室N1，母线室N1外的主柜体空间分隔为操动机构室N2、熔断器室N3、泄压通道N4和电缆室N5。本发明环网柜为中压开关柜系列产品，具有良好的密封性和防水性能，且内部结构布局合理，分布紧凑，节省空间，而又能确保足够的绝缘距离，并设有独立的泄压通道，有效的提高了设备的安全可靠性，且易于维护，适合推广使用。

Description

一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜

技术领域

本发明涉及一种高安全性环网柜设备，属于电气设备技术领域，具体涉及设备开关柜安全性能、密封性能、扩展性能等问题。

背景技术

随着电力系统的不断发展，电力用户对电能质量有了更高的要求。同时，用户对供电可靠性以及安全性的要求也在不断上升。

在电力系统中，环网柜是采用环形网供电所使用的高压开关柜，承担着配电环网的重要职能，起着至关重要的作用。随着环网柜技术的不断发展，对其应用也变得越来越广泛。因此，业界对于其安全性和灵活性相应的也有了更高更严格的要求。但是，传统环网柜的集成度不够高，各部分器件无区别混合安装并固定，灵活性和安全性有很大局限，绝缘性能较低，占地面积较大，维护成本高。一旦配置方案更改，需要对环网的布局进行重新设计。

SF6环网柜是一种能够随意组合成多回路进出的，具有切换、联络、保护电力系统功能的，以负荷开关作为核心部件的空气绝缘或气体绝缘的中压电气组合设备。它的主回路核心部件是由负荷开关或及附加的断路器及其他一次的辅助电器组成。但现有的SF6环网柜在实际应用中有时会存在以下状况：1）环网柜单元空间配置不合理，占用空间大，安全性低；2）熔断器无故熔断，或故障变压器/线路无法断电，导致故障扩大；3）气体泄漏的安全问题存在缺陷。

发明内容

本发明的技术目的是，提供一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，以改善现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，采用共箱式结构设计，包括断路器单元、负荷开关单元、母线电压互感器单元以及站所终端，所述负荷开关单元包括主柜体和设置主柜体上方的二次低压室，其特征在于：

所述负荷开关单元的主柜体，其柜体内设有密封的SF6气箱，所述SF6气箱即母线室N1，母线室N1外的主柜体空间分隔为操动机构室N2、熔断器室N3、泄压通道N4和电缆室N5；

所述SF6气箱和泄压通道N4设置在靠近柜体后封板的一侧，SF6气箱位于泄压通道N4的上方；所述操动机构室N2、熔断器室N3和电缆室N5设置在靠近柜体面板的一侧，熔断器室N3位于操动机构室N2的下方，电缆室N5则位于熔断器室N3的下方；同时，SF6气箱在靠近柜体面板一侧的底部拐角设有向内凹陷的凹槽；电缆室N5的顶端高于泄压通道N4的顶端，其靠近后封板一侧的顶部拐角嵌装在所述凹槽中，紧贴SF6气箱的箱壁；所述电缆室N5内安装有进出线绝缘套管，进出线绝缘套管的后端穿过所述凹槽的槽壁伸入SF6气箱中；

所述SF6气箱内自上至下依次安装有铜母排、负荷开关、熔断器和接地开关，所述铜母排用于连接母线，建立负荷开关单元与外部设备的电气连接；所述熔断器一端通过铜棒与所述负荷开关连接，另一端通过铜棒与进出线绝缘套管伸入SF6气箱的端部连接，并与对应的接地开关相连；

所述操动机构室N2在对应所述负荷开关的位置安装有控制负荷开关的弹簧操作机构；所述熔断器安装在熔断器密封仓中，所述熔断器密封仓的主体部分设置在SF6气箱内，其设置了端盖的前端部分则伸进了熔断器室N3中；

所述SF6气箱的底部安装有多个泄压装置，所述泄压装置中设有泄压板，泄压装置通过所述泄压板使SF6气箱的内腔与泄压通道N4相隔；

所述电缆室N5和泄压通道N4之间通过金属接地母排相隔。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

进一步的，所述负荷开关和接地开关采用银石墨合金材料制成。

进一步的，本发明环网柜设有断路器单元，所述断路器单元内设有串联式防跳闸回路；

针对三相线路，所述串联式防跳闸回路包含了三组相同的断路器保护控制电路，所述断路器保护控制电路包括跳闸线圈、防跳线圈、开关器件K1和开关器件S，所述开关器件K1与跳闸线圈串联，与防跳线圈并联；开关器件S设置在在开关器件K1与跳闸线圈之间；

所述开关器件K1和开关器件S为继电器的辅助触点：

与断路器连接的负荷电路正常工作时，开关器件K1为常开状态；

所述开关器件S同时连接在合闸回路中，合闸时为闭合状态；

所述防跳线圈的电阻大于跳闸线圈的电路，在开关器件K1呈断开状态，开关器件S呈闭合状态时，防跳线圈的分压使跳闸线圈的电压保持在动作电压阈值之下；

当故障性合闸发生时，环网柜终端发送跳闸信号，令开关器件K1对应的继电器线圈励磁，使开关器件K1闭合，将防跳线圈短路，跳闸线圈电压提升到动作电压阈值之后，触发跳闸动作，带动开关器件S跳开，将合闸回路断开。

进一步的，所述断路器保护控制电路还包括监控开关器件S打开/闭合状态的检测单元，以及开关器件K2；所述开关器件K2并接在开关器件K1的两端，开关器件K2为常开状态的继电器辅助触点；当所述检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，环网柜终端发送控制信号，使开关器件K2对应的继电器励磁，将防跳线圈短路，重跳开关器件S，使三相线路上的开关器件S均为断开状态。

进一步的，开关器件K2对应的为延时继电器，当检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，延时继电器延时t秒重跳开关器件S。所述t秒一般可设为2秒。

进一步的，所述跳闸线圈的阻值为90Ω，防跳线圈的阻值为千欧级别。

进一步的，所述防跳线圈带有反并联续流二极管。

本发明的有益效果是：

1）发明环网柜为中压开关柜系列产品，具有良好的密封性和防水性能，且内部结构布局合理，分布紧凑，节省空间，而又能确保足够的绝缘距离，并留有独立的泄压通道，保障设备的安全可靠性；

2）本发明环网柜的断路器单元通过串联式防跳闸回路的设计，可以有效的解决故障性跳闸和合闸的问题，以及避免断路器连续合切现象造成的电气设备损坏，例如熔断器的异常熔断等，延长设备使用寿命；

3）本发明环网柜易于维护，适合推广使用。

附图说明

附图1为本发明环网柜整体主视图

附图2为本发明环网柜主体部分正向的内部结构示意图；

附图3为本发明环网柜站所终端单元正向的内部结构示意图；

附图4为本发明环网柜负荷开关单元主体部分侧面方向的空间布局示意图；

附图5为串联式防跳闸回路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施示例，作进一步详细说明：

如图1所示，本实施例一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜1，采用模块化设计，包含由三个并排设置的功能单元组成的整柜和位于整柜旁侧的站所终端5；

所述整柜从左向右依次为母线电压互感器单元2、负荷开关单元3和断路器单元4，各功能单元之间的电气连接采用绝缘母线通道相互隔离。所述站所终端5则是通过航空插头电缆与所述整柜各单元的电缆设室连接。

所述母线电压互感器单元2、负荷开关单元3和断路器单元4均设有主柜体和位于主柜体上方的二次低压室6（低压配电室）。所述二次低压室6内安装有继电器（如SPAJ140C等）和带电闭锁控制单元等电路元器件，二次低压室6的面板上安装有电流表、信号指示灯、故障指示器、带电显示器等仪器设备。

下面结合附图对各单元进行具体的介绍：

一）母线电压互感器单元

如图1、图2所示，所述母线电压互感器单元2的主柜体，在靠近面板的一侧设有隔离/接地开关分合闸机构操作孔（10，11）以及就地/远程控制切换开关，其柜壁面板上安装有气体压力表9，用于显示其柜体内部的气体压力。所述母线电压互感器单元2的电缆室7和泄压通道均设置在其主柜体的下部，电缆室7位于前侧，泄压通道位于后侧，并在柜门面板的对应位置贴有泄压通道警示标志8。

二）负荷开关单元

所述负荷开关单元3的主柜体在靠近面板的一侧，设有负荷开关机构操作孔12、接地开关机构操作孔13、熔断器室14和电缆室7。所述负荷单元采用负荷开关与熔断器组合结合，使用弹簧储能机构，该机构可由熔断器撞针所触发；配备相电流互感器和零序电流互感器，配备了电压、电流以及压力的指示器可以清楚检测装置内部情况，并安装有就地/远程控制切换开关以及熔断报警装置，确保装置的安全运行以及良好的可操作性。

具体如图4所示，所述负荷开关单元的主柜体采用了共箱式结构设计，其柜体内设有密封的SF6气箱，所述SF6气箱即母线室N1，母线室N1外的主柜体空间被分隔为操动机构室N2、熔断器室N3、泄压通道N4和所述电缆室N5。

所述SF6气箱和泄压通道N4设置在靠近柜体后封板43的一侧，SF6气箱位于泄压通道N4的上方；所述操动机构室N2、熔断器室N3和电缆室N5设置在靠近柜体面板的一侧，熔断器室N3位于操动机构室N2的下方，电缆室N5则位于熔断器室N3的下方；同时，SF6气箱在靠近柜体面板一侧的底部拐角设有向内凹陷的凹槽，使其截面呈“P”形；电缆室N5的顶端高于泄压通道N4的顶端，其靠近后封板一侧的顶部拐角嵌装在所述凹槽中，紧贴SF6气箱的箱壁；所述电缆室N5内安装有进出线绝缘套管38，进出线绝缘套管38的后端穿过所述凹槽的槽壁伸入SF6气箱中。

所述SF6气箱为全封闭的不锈钢壳体，采用机械手操控的激光切割和焊接技术制成，密封性良好。气箱在真空状态下注满SF6气体，以确保负荷开关31、接地开关32等开关装置和母线33永久性密闭地集成在气箱内，不受外部条件影响。SF6气箱的壳体通过螺栓与柜体部分装配为一体。

所述SF6气箱内自上至下依次安装有铜母排34、负荷开关31、熔断器和接地开关32。

所述铜母排34用于连接母线，以建立负荷开关单元与外部设备的电气连接。所述铜母排34的顶部可预留了母线扩展空间，在两侧方预留扩展连接器的安装空间。

所述熔断器一端通过铜棒向上与所述负荷开关31连接，另一端通过铜棒37向下与进出线绝缘套管38伸入SF6气箱的端部连接，并与对应的接地开关32相连，用于不同功能开关柜的组合和扩展。

所述负荷开关31为三工位开关单元，用于控制环网线路的分、合闸和接地，可与对应的接地开关32组成各种功能回路。接地开关32只能手动操作，而负荷开关31除手动外还可通过电动操作机构动作。所述操动机构室N2在对应所述负荷开关31的位置安装有控制负荷开关31的弹簧操作机构35，包括负荷开关/隔离开关操作轴和接地开关操作轴。同时，所述负荷开关单元2对负荷开关31和接地开关32加装联锁装置，以提高设备的可靠性。

带撞针的熔断器安装在熔断器密封仓36中，撞针对准柜体前部，正常状态下，熔丝拉紧熔断器撞针，当熔丝熔断时，由于撞针失去熔丝而被原先拉进的弹簧顶出，触发负荷开关31的弹簧储能机构，起到跳闸作用。为了尽量避免SF6气箱在设备检修等进程中或多或少有接触水分的可能，将所述熔断器密封仓36的主体部分设置在SF6气箱内，其设置了端盖的前端部分则是伸进了熔断器室N3中，将熔断器的跳闸机构前置于SF6气箱N1前端，柜体的独立闭锁外壳后面，即熔断器室N5箭头所指示位置，检修人员打开柜体面板后，可直接通过操作柄仅拆卸熔断器室N5部分的密封仓外壳更换熔断器，以保证整个系统的防水性能。

熔断器与所述负荷开关31构成负荷开关-熔断器组合单元。所述SF6气箱的底部安装有多个泄压装置42，所述泄压装置42中设有金属泄压板，泄压装置42通过所述金属泄压板使SF6气箱的内腔与泄压通道N4相隔。

所述电缆室N5和泄压通道N4之间通过金属接地母排42相隔。电缆室N5内，与进出线绝缘套管38连通的螺栓式出线套管40中配有电流/电压/温度传感器。

本发明在柜后底部开设独立的泄压通道N4起到缓冲泄压作用，在SF6气箱N1内部高温气压急剧升高情况下打开泄压装置的金属泄压板，形成自上而下泄压通路，通过泄压通道N4排泄气体释放压力到1000mm深的电缆沟内部。

三）断路器单元

所述断路器单元4的主柜体在靠近面板的一侧，设有断路器分合闸按钮开关机构操作孔15、储能开关机构操作孔16、隔离开关机构操作孔17、接地开关机构操作孔18和下方的电缆室7。

所述断路器单元内设有串联式防跳闸回路，针对三相线路，所述串联式防跳闸回路包含了三组相同的断路器保护控制电路，所述断路器保护控制电路包括跳闸线圈、防跳线圈、开关器件K1、开关器件K2和开关器件S，所述开关器件K1与跳闸线圈串联，与防跳线圈并联，与开关器件K2并联；开关器件S设置在在开关器件K1与跳闸线圈之间。如图5所示，三相线路中的开关器件S，分别为SA、SB、SC；跳闸线圈分别为YA、YB、YC；防跳线圈分别为K31、K32、K33。

所述开关器件K1、K2和开关器件S均为继电器的辅助触点。开关器件K1对应的继电器受环网柜终端（站所终端5，下同）控制。与断路器连接的负荷电路正常工作时，开关器件K1\K2均为常开状态。而开关器件S则同时连接在合闸回路中，合闸时为闭合状态。

所述防跳线圈的电阻要远大于跳闸线圈的电路，在开关器件K1呈断开状态，开关器件S呈闭合状态时，防跳线圈的分压使跳闸线圈的电压保持在动作电压阈值之下。例如，所述跳闸线圈的阻值为90Ω左右时，防跳线圈的采用阻值为千欧级别的线圈。

当故障性合闸发生时，环网柜终端发送跳闸信号，令开关器件K1对应的继电器线圈励磁，使开关器件K1闭合，将防跳线圈短路，跳闸线圈电压提升到动作电压阈值之后，触发跳闸动作，带动开关器件S跳开，将合闸回路断开。

所述断路器保护控制电路还包括监控开关器件S打开/闭合状态的检测单元。开关器件K2并接在开关器件K1的两端，开关器件K2为常开状态的继电器辅助触点；

当所述检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，环网柜终端发送控制信号，使开关器件K2对应的继电器励磁，闭合开关器件K2，将防跳线圈短路，重跳开关器件S，使三相线路上的开关器件S均为断开状态。

作为优选的实施方式，开关器件K2对应的继电器可采用延时继电器，当检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，延时继电器延时2秒重跳开关器件S。

所述防跳线圈带有反并联续流二极管，如图5所示，反并联续流二极管能够在防跳线圈（K31、K32、K33）被短路后提供一个续流通路释放线圈电流，防止瞬时高电压对电路本身造成损坏，起到对其他电路元件的保护作用。

本发明通过采用串联式防跳闸回路的设计，在故障来临时永久性断开线路的合闸状态，从而保障故障线路的有效切断，避免因持久合闸造成误重合闸损坏电气设备。

上述负荷开关单元3提供的负荷开关-熔断器组合单元用于变压器保护，能让故障在10ms内切除，所需动作时间远远小于断路器保护方式。但断路器单元4采用真空开关/真空断路器模块也可用于变压器或线路保护，与负荷开关单元3可选择性的使用或一同使用在电路保护系统中，进一步保障了设备安全性。

本实施例中，所述断路器单元采用隔离/接地开关与断路器的一体化组合设计，结构型式简单，造价低，保护特性又好，配备相电流互感器和零序电流互感器，并由电压、电流以及压力的指示器组成，配备了就地/远程控制切换开关以及熔断时的熔断报警装置。真空开关/真空断路器模块带有保护继电器和电流互感器，提供变压器或线路保护。作为保护时，继电器保护采用DMR140系列，ABB-SPAJ140C系列或其他指定类型。

四）站所终端

如图3所示，所述站所终端5单独成柜与各功能单元并列排放。站所终端5的主柜体内设有终端装置20，所述终端装置20的上方设有通信模块19，使站所终端具备遥信、遥测、遥调等功能。所述终端装置20包括核心部件21和辅助部件22。所述核心部件21包括交流采样板23、主控/辅助板24、开入板25、开出/电源板26。所述辅助部件22包括就地/远程控制切换开关27、分合闸按钮28、线路铭牌29、电源模块30等。

本实施例中，所述站所终端的设备型号为APT-6600型，配有D30A-CQ500WD48P24MD型电源模块和HC730型线损模块，站所终端安装有三角插座方便与外部相连接以及供电，配备进线电缆带接地闭锁从而有效避免柜体带电接地，设备可以直接采集配网实时数据并上送至上级主站系统，随时监视配网情况并决策，还可以通过主站系统对配网设备遥控操作，从而缩短故障处理时间和降低人工维护成本。

本实施例的上述单元中，所述母线电压互感器单元1、负荷开关单元2、断路器单元3对电缆室7、泄压通道和泄压通道警示标志8的布置方式基本相同，即不再一一赘述。所述环网柜的整柜柜体高度为1363mm，侧宽为759mm。所述电缆室7的电缆入口预留有272mm和450mm两种不同高度，用于不同功能开关柜的组合和扩展。柜内三相出线套管40各相间距107mm，出线位置距离底座高度为595mm。所述负荷开关31和接地开关32均优选采用银石墨合金材料制成的开关器件，其熔点高，熔断时金属蒸汽较少。所有负荷开关31可配备2NO+2NC指示开关，供遥信使用，并可配脱口线圈供远方脱扣，起到对变压器瓦斯或超温保护跳闸之用。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，采用共箱式结构设计，包括断路器单元、负荷开关单元、母线电压互感器单元以及站所终端，所述负荷开关单元包括主柜体和设置主柜体上方的二次低压室，其特征在于：

所述负荷开关单元的主柜体，其柜体内设有密封的SF6气箱，所述SF6气箱即母线室N1，母线室N1外的主柜体空间分隔为操动机构室N2、熔断器室N3、泄压通道N4和电缆室N5；

所述SF6气箱和泄压通道N4设置在靠近柜体后封板的一侧，SF6气箱位于泄压通道N4的上方；所述操动机构室N2、熔断器室N3和电缆室N5设置在靠近柜体面板的一侧，熔断器室N3位于操动机构室N2的下方，电缆室N5则位于熔断器室N3的下方；同时，SF6气箱在靠近柜体面板一侧的底部拐角设有向内凹陷的凹槽；电缆室N5的顶端高于泄压通道N4的顶端，其靠近后封板一侧的顶部拐角嵌装在所述凹槽中，紧贴SF6气箱的箱壁；所述电缆室N5内安装有进出线绝缘套管（38），进出线绝缘套管（38）的后端穿过所述凹槽的槽壁伸入SF6气箱中；

所述SF6气箱内自上至下依次安装有铜母排（34）、负荷开关（31）、熔断器和接地开关（32），所述铜母排（34）用于连接母线，建立负荷开关单元与外部设备的电气连接；所述熔断器一端通过铜棒与所述负荷开关（31）连接，另一端通过铜棒（37）与进出线绝缘套管（38）伸入SF6气箱的端部连接，并与对应的接地开关（32）相连；

所述操动机构室N2在对应所述负荷开关（31）的位置安装有控制负荷开关（31）的弹簧操作机构（35）；所述熔断器安装在熔断器密封仓（36）中，所述熔断器密封仓（36）的主体设置在SF6气箱内，其设置了端盖的前端部则伸进了熔断器室N3中；

所述SF6气箱的底部安装有多个泄压装置（42），所述泄压装置（42）中设有泄压板，泄压装置（42）通过所述泄压板使SF6气箱的内腔与泄压通道N4相隔；

所述电缆室N5和泄压通道N4之间通过金属接地母排（42）相隔。

2.根据权利要求1所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于：

所述负荷开关（31）和接地开关（32）采用银石墨合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于，设有断路器单元，所述断路器单元内设有串联式防跳闸回路；

针对三相线路，所述串联式防跳闸回路包含了三组相同的断路器保护控制电路，所述断路器保护控制电路包括跳闸线圈、防跳线圈、开关器件K1和开关器件S，所述开关器件K1与跳闸线圈串联，与防跳线圈并联；开关器件S设置在在开关器件K1与跳闸线圈之间；

所述开关器件K1和开关器件S为继电器的辅助触点：

与断路器连接的负荷电路正常工作时，开关器件K1为常开状态；

所述开关器件S同时连接在合闸回路中，合闸时为闭合状态；

所述防跳线圈的电阻大于跳闸线圈的电路，在开关器件K1呈断开状态，开关器件S呈闭合状态时，防跳线圈的分压使跳闸线圈的电压保持在动作电压阈值之下；

当故障性合闸发生时，环网柜终端发送跳闸信号，令开关器件K1对应的继电器线圈励磁，使开关器件K1闭合，将防跳线圈短路，跳闸线圈电压提升到动作电压阈值之后，触发跳闸动作，跳开开关器件S，将合闸回路断开。

4.根据权利要求3所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于，所述断路器保护控制电路还包括监控开关器件S打开/闭合状态的检测单元，以及开关器件K2；

所述检测检测单元的信号输出控制开关器件K2对应的继电器的通断；

所述开关器件K2并接在开关器件K1的两端，开关器件K2为常开状态的继电器辅助触点；

当所述检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，环网柜终端发送控制信号，使开关器件K2对应的继电器励磁，闭合开关器件K2，将防跳线圈短路，重跳开关器件S，使三相线路上的开关器件S均为断开状态。

5.根据权利要求4所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于：

开关器件K2对应的为延时继电器，当检测单元反馈三相线路上的开关器件S状态不一致时，延时继电器延时t秒闭合开关器件K2。

6.根据权利要求4所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于，所述t秒为2秒。

7.根据权利要求3所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于：

所述跳闸线圈的阻值为90Ω，防跳线圈的阻值为千欧级别。

8.根据权利要求3所述的一种高安全的SF6全绝缘紧凑型环网柜，其特征在于：

所述防跳线圈带有反并联续流二极管。

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