CN115763146A - 一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，属于电力设备技术领域，它解决了现有断路器制备难度大、集成化程度低、测量功能单一等问题。包括环氧树脂外壳，环氧树脂外壳的下部设有波纹管，波纹管下端设有底座，环氧树脂外壳上部设有散热顶罩，波纹管的内部设有绝缘拉杆，环氧树脂外壳的内部由下向上依次设有下出线、两个静触头、LPCT和上出线，下出线的内部设有软连接件，软连接件的两端分别与下侧的静触头和绝缘拉杆连接，环氧树脂外壳的内部还设有LPCT、CVT和二次转换盒。本发明制备效率高，成型快，一体化浇注集成，结构简化，具有电压和电流的测量功能，布局合理，降低整机重量，提高安装工作的安全性和效率。

Description

一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，涉及一种极柱一体化设备，特别是一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备。

背景技术

智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高校运行。发展智能电网是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段，是发展能源互联网的重要基础。随着5G技术的不断发展，智慧能源和能源互联网时代正呼啸而来。通过对能源和电力系统的全面感知，用大数据和人工智能的方法改变电网传统的运营模式。

随着大规模太阳能、风能、潮汐能等新能源装置的不断接入，电网规模已呈现“井喷式”增长，大规模新能源装置的并网对电网的安全性提出了新的挑战。在电力系统高压电路控制中，断路器是重要的组成部分，系统正常运行时接通电路，故障情况时在继电保护装置作用下能迅速断开电路，特殊情况时可靠地接通短路电流。电网中常用的高压断路器主要有：油断路器、SF6断路器和真空断路器。其中，油断路器危险系数较高，易产生爆炸和火灾，已经被淘汰；SF6气体容易造成温室效应，也已经逐步退出市场；真空断路器的灭弧和绝缘介质均为真空，对环境无污染，且体积小、重量轻，在电网中应用越来越广泛。其中，变压器、断路器、成套开关电器等设备约占电网总投资的40％，由此可以预见智能电网的大规模建设将有效拉动包括：变压器、开关、断路器等在内的电力设备的需求，这对电力设备生产企业来说是一个巨大的利好。智能电网要求一次设备升级为智能电力设备，因此智能化真空断路器的发展空间巨大，市场前景广阔。

然而，目前断路器只是在功能上实现对电力线路的控制、监视、测量与保护，其智能化程度还不高。虽然市场上已有一些断路器产品配备了一定数量的传感器装置，例如：采用触头位移行程检测传感器，断路器合分闸线圈电流检测传感器以及测量断路器触头和分闸振动量的加速度振动传感器，并结合电流电压等参数辅助分析断路器合分闸故障。但由于设计成本和应用空间的限制，无法布局更多的传感器和检测装置来提升智能化水平。因此，智能化断路器在产品设计过程中，首先需要综合考虑产品结构优化设计以及相关装置的设计材料，从产品设计上保障多传感和检测设备能正常工作的物理空间。另一方面，许多传感器信息目前只是用于在断路器内部信息监测，数据孤立、未得到有效利用。传感器对信号的采集不是目的，最终目的还是在搜集断路器触头温度、触头行程、真空度、电流、电压和局放等多参数进行汇总，对断路器的性能、寿命和故障进行预估和预判，以提升断路器自身的安全性和产品管理的智能性。

智能化中压真空断路器的研制，需要在本体上集成多种传感器装置、状态监测设备和保护装置，并通过异构多源传感信息在实现多种数据的“可视化、可测化、可控化”的智能化基础上，通过深度挖掘这些感知信息进一步地延长断路器设备使用寿命，减少故障率，并实现远程智能化巡检。鉴于能源互联网的广阔发展前景，结合当前断路器的智能化发展趋势，本项目拟对申请单位的某款中压断路器产品进行智能化关键技术的研发和升级。通过新材料和新结构设计技术，从功能上解决多种传感、监测、执行与控制装置的结构优化设计，为智能化提供硬件支撑。进一步运用新一代信息技术，将大数据分析、智能信息处理等技术集成到断路器产品中，使得该产品在实现常规的电力系统控制、监视、测量与保护功能的基础上，可通过断路器内多源异构传感信息，实现设备内部状态自我感知、运行状态智能诊断、剩余寿命估计等功能，并将以上数据上传到“中压断路器运维管理平台”上，通过对海量数据的计算和出现故障后的有效评估，发出运维指令，减小设备故障率，从而提高了电力系统设备运行的可靠性。

因此，如何将互感器与断路器极柱的一体化集成，是目前亟需解决的问题，主要包括：对互感器的选型，互感器与断路器的集成方案设计，互感器的尺寸及技术参数设计，一体化结构的性能研究等。首先选择合理的互感器，并将其与断路器一体化集成，设计需要集成的互感器的结构尺寸及技术参数，研究一体化结构的电场分布及电流互感器线圈对开断性能的影响，最后优化结构形成集成电压电流互感器的一体化固封极柱。

经检索，如中国专利文献公开了固封极柱【申请号：CN201510066209.2；公开号：CN104576172B】。这种包括绝缘外套、位于绝缘外套的内上半部的固封极柱用真空开关管、位于绝缘外套的内下半部的绝缘拉杆组件，绝缘拉杆组件上端通过软连接与固封极柱用真空开关管的下端连接；所述的固封极柱用真空开关管外壁的下部与绝缘套管之间支撑有环形的定位隔套，在定位隔套上部的固封极柱用真空开关管外绝缘外套内的空腔内填充有硬硅橡胶；在定位隔套下部固封极柱用真空开关管、软连接、绝缘拉杆组件与绝缘外套之间的空腔内填充有软硅橡胶，在绝缘外套下端与绝缘拉杆组件下端之间设有环形的柔性封板覆盖在软硅橡胶外端。虽然该极柱密封严密，绝缘性好，但是不具备一体化集成功能，不具备电压和电流的测量功能，安装工作的安全性能较差，效率低。

基于此，我们提出一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，制备效率高，成型快，一体化浇注集成，结构简化，具有电压和电流的测量功能，布局合理，降低整机重量，提高安装工作的安全性和效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，该发明要解决的技术问题是：如何实现断路器极柱一体化浇注集成，结构简化，具有电压和电流的测量功能，布局合理，提高安装工作的安全性和效率。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，包括环氧树脂外壳，所述环氧树脂外壳的下部设有波纹管，波纹管的下端设有底座，环氧树脂外壳的上部设有散热顶罩，环氧树脂外壳的外部设有散热凸起，波纹管的内部设有绝缘拉杆，环氧树脂外壳的内部由下向上依次设有下出线、两个静触头、LPCT和上出线，下出线的内部设有软连接件，软连接件的两端分别与下侧的静触头和绝缘拉杆连接，环氧树脂外壳的内部还设有LPCT、CVT和二次转换盒，LPCT位于两个静触头之间的外侧，CVT位于上出线的后侧，二次转换盒位于CVT的下侧。

本发明的工作原理：通过将LPCT、CVT和二次转换盒集成到固封极柱中，使得极柱本体具有电压和电流的测量功能，各部件布局合理，简化了设备结构，同时也能显著提升产品的安全防护和适应环境的能力，降低了断路器的整机重量，提高安装工作的安全性和效率；

LPCT主要用来测量主回路的电流值，将其布置在主回路上；将LPCT位于环氧树脂外壳内部的真空灭弧室外，CVT测量主回路对地电压值，再将测量的信号传输至综保装置，CVT布置在绝缘拉杆与底盘车之间，即与断路器极柱一体化浇注；

使得断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

所述环氧树脂外壳的前侧设有两个出线筒，两个出线筒上均套接有连接卡套，下出线和上出线正对于对应位置的出线筒，环氧树脂外壳的后侧设有接线口，二次转换盒正对于接线口。

采用以上结构，下出线和上出线正对于对应位置的出线筒，用于连接触臂，二次转换盒正对于接线口，连接外部设备，转换内部信息并将其传递出。

所述环氧树脂外壳、波纹管、底座、散热顶罩、散热凸起和出线筒由环氧树脂浇注一次成型，将上述各组件包裹并浇注形成一体化极柱。

采用以上结构，环氧树脂浇注一次成型，浇筑制备效率高，成型快，简化了设备结构，散热顶罩和散热凸起具备散热功能，波纹管更好的限位绝缘拉杆。

所述连接卡套上均设有触臂，触臂包括触臂套和梅花触头，触臂套连接在连接卡套上，触臂套内部设有触臂连杆，梅花触头设置在对应位置的触臂连杆外端，两个触臂连杆的内端分别与下出线及上出线电性连接。

采用以上结构，触臂套连接在连接卡套上，便于安装配合，梅花触头连接外部元件，梅花触头上设有触头温度传感器，断路器触头在长期使用过程中，由于氧化、脏污、设备老化，以及动、静触头没有良好接触等原因，使断路器梅花触头及其它连接部位发热，若不及时发现予以处理，容易导致设备烧毁，因此，需要对断路器触头进行实时在线温度监测，两个触臂连杆的内端分别与下出线及上出线电性连接，进行数据传输。

所述环氧树脂外壳内部设有真空灭弧室，真空灭弧室直径为96±5mm，高度为176±5mm，两个静触头位于真空灭弧室内部，LPCT的线圈设置在两个静触头水平方向，LPCT套设在真空灭弧室外侧。

采用以上结构，根据电流的集肤效应，为能最大限度的采集一次电流，将LPCT的线圈设置在两个静触头水平方向，LPCT套设在真空灭弧室外侧。

所述LPCT为低功耗铁心式电流互感器，LPCT呈圆环柱状，LPCT的外径不大于165mm，其外侧固封有8±1mm厚的环氧树脂层，环氧树脂层外侧固封有2±0.5mm厚的硅橡胶过渡缓冲层；LPCT的额定绝缘水平要求与断路器相同二次绕组匝数为12000匝，额定二次输出为0.1A，经10Ω采样电阻输出为1V的小电压信号至综保装置，测量误差为不超过5％，额定二次负载设定为20kΩ。

所述CVT为陶瓷电容分压型电压互感器，CVT呈圆柱状，直径为44±1mm，其外侧包封有厚度为2±0.5mm硅橡胶缓冲层，CVT的上下两端分别设有外圈直径为60±1mm、厚度为1.5±0.5mm的铝合金均压环；CVT的二次绕组0.5级，用于小电流接地选线的零序电压互感器开口三角绕组，CVT的额定绝缘水平要求与断路器一致。

采用以上结构，由于将CVT集成在断路器极柱中，对CVT的测量精度要求较高，因此可将CVT设计成独立式单元，安装于上接线座，保护与测量的交流电压共用一组电压引母线。

所述一体化极柱在组装时，采用若干个一体化极柱设置在底盘车上，底盘车的内部设有主轴，主轴与绝缘拉杆之间设有驱动杆，底盘车的内部设有若干隔板，若干隔板将底盘车内部分隔为五个竖室和两个横室，两个横室分别位于五个竖室上方和下方，主轴贯穿五个竖室，上侧的横室内部设有航空插座，下侧的横室内部设有调节转杆，由左向右的第一个竖室内部设有合闸弹簧组件和线路板、第二个竖室内部设有储能齿轮传动组、第三个竖室内部设有辅助开关连接板和合闸按钮、第四个竖室内部设有计数器和油缓冲器、第五个竖室内部设有储能电机和辅助开关，合闸弹簧组件和储能齿轮传动组传动连接，辅助开关连接板位于合闸按钮下方，计数器位于油缓冲器上侧，油缓冲器的下端连接有连杆，储能电机位于辅助开关上侧，底盘车的外侧设有控制按钮和显示窗，计数器正对于显示窗。

采用以上结构，合闸按钮通过分合闸速度和分合闸线圈及储能电机的电流，分合闸速度是真空断路器通断能力的直接体现，要实时对分合闸速度进行精确的测量，通常采用位移传感器获得断路器动触头的行程—时间数据，然后根据行程—时间曲线求导能够得到任何时刻的动触头运动速度，位移传感器分为两种：直线位移传感器和角位移传感器；由于真空断路器结构紧凑，内部空间较为狭小，而安装空间上直线位移传感器所需空间大于角位移传感器，因此旋转式的角位移传感器更加适合对真空断路器进行触头位移的测量；

真空断路器的弹簧组件是分合闸操作动力源，在进行分合闸操作时通过控制电磁铁的铁芯触发弹簧释放储存动能带动操动结构进行动作，电磁铁作为一级控制元件，其线圈中流过的电流波形能够有效反映分合闸操作过程中电磁铁铁芯及脱扣器的运行状态；

对真空断路器分合闸电磁铁线圈电流的大小进行监测，能够间接获知线圈控制回路断线和短路以及铁芯的运动卡涩等相关异常情况；真空断路器分合闸动作过程中，操动机构的每一个部件都会由于相互之间的摩擦或碰撞引起振动从而形成机械振动信号。当操动机构部件发生松动、变形或移位等劣化时，振动信号会随断路器机械状态的变化而产生不同的信号形态；

断路器在长期运行中，施工或生产工艺等原因导致的绝缘劣化会产生局部(弧光)放电，当绝缘劣化和局部放电水平达到一定程度时，可能会引起绝缘击穿而引起电气事故的发生。此外，断路器设备整体金属安装、结构紧凑、内部元件较多，发生故障容易波及临近的元件使故障扩大。目前常规断路器不包含对局部放电的在线监测，不能有效的防范局部放电的逐步恶化导致断路器绝缘的击穿。因此，本项目拟配置超声波检测、超高频检测、暂态地电压检测等局放在线监测装置，同时考虑到其安装位置应不影响断路器电场分布；

断路器一般都具有保护、控制和通信功能，为实现智能断路器的集成化及功能一体化，遵循集约化原则，将其显示装置布置在开关柜仪表室面板上，便于运维人员进行巡视观察。智能断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

断路器采用模块化的操动机构，根据机构箱内部空间利用率将主单元安装在机构右侧，考虑到现场人工巡视的方便，将智能断路器分体化设计，即分为主单元和显示单元，将主单元集成于断路器机构箱内，显示单元布置在开关柜仪表室，两者通过航空插座连接。同时，在手车式断路器上集成了LPCT、CVT，实现测量、保护、控制、执行功能与断路器的一体化设计。

与现有技术相比，本断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备具有以下优点：

环氧树脂外壳、波纹管、底座、散热顶罩、散热凸起和出线筒由环氧树脂浇注一次成型，浇筑制备效率高，成型快，简化了设备结构；

通过将LPCT、CVT和二次转换盒集成到固封极柱中，使得极柱本体具有电压和电流的测量功能，各部件布局合理，同时也能显著提升产品的安全防护和适应环境的能力，降低了断路器的整机重量，提高安装工作的安全性和效率；

通过连接卡套、出线筒和触臂配合，便于安装拆卸检修，梅花触头上设有触头温度传感器，进行实时在线温度监测；

通过底盘车内部的各组件配合，实现对断路器分合闸时间、分合闸速度、开距、超程、行程、分合闸线圈电流、断路器触头温度以及对绝缘件的局放(弧光)等余项信号的实时数据监测功能，断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

附图说明

图1是本发明的上侧立体结构示意图。

图2是本发明的下侧立体结构示意图。

图3是本发明的剖面结构示意图。

图4是本发明在组装时的后侧立体结构示意图。

图5是本发明在组装时的前侧立体结构示意图。

图6是本发明在组装时的打开后盖的正视结构示意图。

图7是本发明在组装时的打开后盖的立体结构示意图。

图中，1、环氧树脂外壳；2、波纹管；3、底座；4、连接卡套；5、散热顶罩；6、散热凸起；7、出线筒；8、绝缘拉杆；9、下出线；10、软连接件；11、静触头；12、LPCT；13、上出线；14、CVT；15、二次转换盒；16、一体化极柱；17、触臂；18、底盘车；19、调节转杆；20、控制按钮；21、航空插座；22、计数器；23、储能电机；24、辅助开关；25、连杆；26、油缓冲器；27、辅助开关连接板；28、合闸按钮；29、合闸弹簧组件；30、线路板；31、储能齿轮传动组；32、隔板；33、主轴；34、触臂套；35、梅花触头。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-图7所示，本断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，包括环氧树脂外壳1，环氧树脂外壳1的下部设有波纹管2，波纹管2的下端设有底座3，环氧树脂外壳1的上部设有散热顶罩5，环氧树脂外壳1的外部设有散热凸起6，波纹管2的内部设有绝缘拉杆8，环氧树脂外壳1的内部由下向上依次设有下出线9、两个静触头11、LPCT12和上出线13，下出线9的内部设有软连接件10，软连接件10的两端分别与下侧的静触头11和绝缘拉杆8连接，环氧树脂外壳1的内部还设有LPCT12、CVT14和二次转换盒15，LPCT12位于两个静触头11之间的外侧，CVT14位于上出线13的后侧，二次转换盒15位于CVT14的下侧；

通过将LPCT12、CVT14和二次转换盒15集成到固封极柱中，使得极柱本体具有电压和电流的测量功能，各部件布局合理，简化了设备结构，同时也能显著提升产品的安全防护和适应环境的能力，降低了断路器的整机重量，提高安装工作的安全性和效率；

LPCT12主要用来测量主回路的电流值，将其布置在主回路上；将LPCT12位于环氧树脂外壳1内部的真空灭弧室外，CVT14测量主回路对地电压值，再将测量的信号传输至综保装置，CVT14布置在绝缘拉杆8与底盘车18之间，即与断路器极柱一体化浇注；

使得断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

环氧树脂外壳1的前侧设有两个出线筒7，两个出线筒7上均套接有连接卡套4，下出线9和上出线13正对于对应位置的出线筒7，环氧树脂外壳1的后侧设有接线口，二次转换盒15正对于接线口；

下出线9和上出线13正对于对应位置的出线筒7，用于连接触臂17，二次转换盒15正对于接线口，连接外部设备，转换内部信息并将其传递出。

环氧树脂外壳1、波纹管2、底座3、散热顶罩5、散热凸起6和出线筒7由环氧树脂浇注一次成型，将上述各组件包裹并浇注形成一体化极柱16；

环氧树脂浇注一次成型，浇筑制备效率高，成型快，简化了设备结构，散热顶罩5和散热凸起6具备散热功能，波纹管2更好的限位绝缘拉杆8。

连接卡套4上均设有触臂17，触臂17包括触臂套34和梅花触头35，触臂套34连接在连接卡套4上，触臂套34内部设有触臂连杆，梅花触头35设置在对应位置的触臂连杆外端，两个触臂连杆的内端分别与下出线9及上出线13电性连接；

触臂套34连接在连接卡套4上，便于安装配合，梅花触头35连接外部元件，梅花触头35上设有触头温度传感器，断路器触头在长期使用过程中，由于氧化、脏污、设备老化，以及动、静触头没有良好接触等原因，使断路器梅花触头及其它连接部位发热，若不及时发现予以处理，容易导致设备烧毁，因此，需要对断路器触头进行实时在线温度监测，两个触臂连杆的内端分别与下出线9及上出线13电性连接，进行数据传输。

环氧树脂外壳1内部设有真空灭弧室，真空灭弧室直径为96±5mm，高度为176±5mm，两个静触头11位于真空灭弧室内部，LPCT12的线圈设置在两个静触头11水平方向，LPCT12套设在真空灭弧室外侧；

根据电流的集肤效应，为能最大限度的采集一次电流，将LPCT12的线圈设置在两个静触头11水平方向，LPCT12套设在真空灭弧室外侧。

LPCT12为低功耗铁心式电流互感器，LPCT12呈圆环柱状，LPCT12的外径不大于165mm，其外侧固封有8±1mm厚的环氧树脂层，环氧树脂层外侧固封有2±0.5mm厚的硅橡胶过渡缓冲层；LPCT12的额定绝缘水平要求与断路器相同，二次绕组匝数为12000匝，额定二次输出为0.1A，经10Ω采样电阻输出为1V的小电压信号至综保装置，测量误差为不超过5％，额定二次负载设定为20kΩ。

CVT14为陶瓷电容分压型电压互感器，CVT14呈圆柱状，直径为44±1mm，其外侧包封有厚度为2±0.5mm硅橡胶缓冲层，CVT14的上下两端分别设有外圈直径为60±1mm、厚度为1.5±0.5mm的铝合金均压环；CVT14的二次绕组0.5级，用于小电流接地选线的零序电压互感器开口三角绕组，CVT14的额定绝缘水平要求与断路器一致；

由于将CVT集成在断路器极柱中，对CVT的测量精度要求较高，因此可将CVT设计成独立式单元，安装于上接线座，保护与测量的交流电压共用一组电压引母线。

一体化极柱16在组装时，采用若干个一体化极柱16设置在底盘车18上，底盘车18的内部设有主轴33，主轴33与绝缘拉杆8之间设有驱动杆，底盘车18的内部设有若干隔板32，若干隔板32将底盘车18内部分隔为五个竖室和两个横室，两个横室分别位于五个竖室上方和下方，主轴33贯穿五个竖室，上侧的横室内部设有航空插座21，下侧的横室内部设有调节转杆19，由左向右的第一个竖室内部设有合闸弹簧组件29和线路板30、第二个竖室内部设有储能齿轮传动组31、第三个竖室内部设有辅助开关连接板27和合闸按钮28、第四个竖室内部设有计数器22和油缓冲器26、第五个竖室内部设有储能电机23和辅助开关24，合闸弹簧组件29和储能齿轮传动组31传动连接，辅助开关连接板27位于合闸按钮28下方，计数器22位于油缓冲器26上侧，油缓冲器26的下端连接有连杆25，储能电机23位于辅助开关24上侧，底盘车18的外侧设有控制按钮20和显示窗，计数器22正对于显示窗；

合闸按钮28通过分合闸速度和分合闸线圈及储能电机23的电流，分合闸速度是真空断路器通断能力的直接体现，要实时对分合闸速度进行精确的测量，通常采用位移传感器获得断路器动触头的行程—时间数据，然后根据行程—时间曲线求导能够得到任何时刻的动触头运动速度，位移传感器分为两种：直线位移传感器和角位移传感器；由于真空断路器结构紧凑，内部空间较为狭小，而安装空间上直线位移传感器所需空间大于角位移传感器，因此旋转式的角位移传感器更加适合对真空断路器进行触头位移的测量；

真空断路器的弹簧组件29是分合闸操作动力源，在进行分合闸操作时通过控制电磁铁的铁芯触发弹簧释放储存动能带动操动结构进行动作，电磁铁作为一级控制元件，其线圈中流过的电流波形能够有效反映分合闸操作过程中电磁铁铁芯及脱扣器的运行状态；

对真空断路器分合闸电磁铁线圈电流的大小进行监测，能够间接获知线圈控制回路断线和短路以及铁芯的运动卡涩等相关异常情况；真空断路器分合闸动作过程中，操动机构的每一个部件都会由于相互之间的摩擦或碰撞引起振动从而形成机械振动信号。当操动机构部件发生松动、变形或移位等劣化时，振动信号会随断路器机械状态的变化而产生不同的信号形态；

断路器在长期运行中，施工或生产工艺等原因导致的绝缘劣化会产生局部(弧光)放电，当绝缘劣化和局部放电水平达到一定程度时，可能会引起绝缘击穿而引起电气事故的发生。此外，断路器设备整体金属安装、结构紧凑、内部元件较多，发生故障容易波及临近的元件使故障扩大。目前常规断路器不包含对局部放电的在线监测，不能有效的防范局部放电的逐步恶化导致断路器绝缘的击穿。因此，本项目拟配置超声波检测、超高频检测、暂态地电压检测等局放在线监测装置，同时考虑到其安装位置应不影响断路器电场分布；

断路器一般都具有保护、控制和通信功能，为实现智能断路器的集成化及功能一体化，遵循集约化原则，将其显示装置布置在开关柜仪表室面板上，便于运维人员进行巡视观察。智能断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

断路器采用模块化的操动机构，根据机构箱内部空间利用率将主单元安装在机构右侧，考虑到现场人工巡视的方便，将智能断路器分体化设计，即分为主单元和显示单元，将主单元集成于断路器机构箱内，显示单元布置在开关柜仪表室，两者通过航空插座21连接。同时，在手车式断路器上集成了LPCT12、CVT14，实现测量、保护、控制、执行功能与断路器的一体化设计。

综上，环氧树脂外壳1、波纹管2、底座3、散热顶罩5、散热凸起6和出线筒7由环氧树脂浇注一次成型，浇筑制备效率高，成型快，简化了设备结构；

通过将LPCT12、CVT14和二次转换盒15集成到固封极柱中，使得极柱本体具有电压和电流的测量功能，各部件布局合理，同时也能显著提升产品的安全防护和适应环境的能力，降低了断路器的整机重量，提高安装工作的安全性和效率；

通过连接卡套4、出线筒7和触臂17配合，便于安装拆卸检修，梅花触头35上设有触头温度传感器，进行实时在线温度监测；

通过底盘车18内部的各组件配合，实现对断路器分合闸时间、分合闸速度、开距、超程、行程、分合闸线圈电流、断路器触头温度以及对绝缘件的局放(弧光)等10余项信号的实时数据监测功能，断路器具有主回路电压、电流监测、开关机械特性参量、触点测温、开关环境温湿度、局放监测、断路器分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机状态监视等在线监测和诊断功能，能够根据测量及在线监视信息提供综合诊断结果，实现状态检修。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，包括环氧树脂外壳(1)，其特征在于，所述环氧树脂外壳(1)的下部设有波纹管(2)，波纹管(2)的下端设有底座(3)，环氧树脂外壳(1)的上部设有散热顶罩(5)，环氧树脂外壳(1)的外部设有散热凸起(6)，波纹管(2)的内部设有绝缘拉杆(8)，环氧树脂外壳(1)的内部由下向上依次设有下出线(9)、两个静触头(11)、LPCT(12)和上出线(13)，下出线(9)的内部设有软连接件(10)，软连接件(10)的两端分别与下侧的静触头(11)和绝缘拉杆(8)连接，环氧树脂外壳(1)的内部还设有LPCT(12)、CVT(14)和二次转换盒(15)，LPCT(12)位于两个静触头(11)之间的外侧，CVT(14)位于上出线(13)的后侧，二次转换盒(15)位于CVT(14)的下侧。

2.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述环氧树脂外壳(1)的前侧设有两个出线筒(7)，两个出线筒(7)上均套接有连接卡套(4)，下出线(9)和上出线(13)正对于对应位置的出线筒(7)，环氧树脂外壳(1)的后侧设有接线口，二次转换盒(15)正对于接线口。

3.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述环氧树脂外壳(1)、波纹管(2)、底座(3)、散热顶罩(5)、散热凸起(6)和出线筒(7)由环氧树脂浇注一次成型，将环氧树脂外壳(1)、波纹管(2)、底座(3)、散热顶罩(5)、散热凸起(6)和出线筒(7)包裹并浇注形成一体化极柱(16)。

4.根据权利要求2所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述连接卡套(4)上均设有触臂(17)，触臂(17)包括触臂套(34)和梅花触头(35)，触臂套(34)连接在连接卡套(4)上，触臂套(34)内部设有触臂连杆，梅花触头(35)设置在对应位置的触臂连杆外端，两个触臂连杆的内端分别与下出线(9)及上出线(13)电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述环氧树脂外壳(1)内部设有真空灭弧室，真空灭弧室直径为96±5mm，高度为176±5mm，两个静触头(11)位于真空灭弧室内部，LPCT(12)的线圈设置在两个静触头(11)水平方向，LPCT(12)套设在真空灭弧室外侧。

6.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述LPCT(12)为低功耗铁心式电流互感器，LPCT(12)呈圆环柱状，LPCT(12)的外径不大于165mm，其外侧固封有8±1mm厚的环氧树脂层，环氧树脂层外侧固封有2±0.5mm厚的硅橡胶过渡缓冲层；LPCT(12)的额定绝缘水平要求与断路器相同，二次绕组匝数为12000匝，额定二次输出为0.1A，经10Ω采样电阻输出为1V的小电压信号至综保装置，测量误差为不超过5％，额定二次负载设定为20kΩ。

7.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述CVT(14)为陶瓷电容分压型电压互感器，CVT(14)呈圆柱状，直径为44±1mm，其外侧包封有厚度为2±0.5mm硅橡胶缓冲层，CVT(14)的上下两端分别设有外圈直径为60±1mm、厚度为1.5±0.5mm的铝合金均压环；CVT(14)的二次绕组0.5级，用于小电流接地选线的零序电压互感器开口三角绕组，CVT(14)的额定绝缘水平要求与断路器一致。

8.根据权利要求1所述的一种断路器用电压互感器与断路器极柱一体化设备，其特征在于，所述一体化极柱(16)在组装时，采用若干个一体化极柱(16)设置在底盘车(18)上，底盘车(18)的内部设有主轴(33)，主轴(33)与绝缘拉杆(8)之间设有驱动杆，底盘车(18)的内部设有若干隔板(32)，若干隔板(32)将底盘车(18)内部分隔为五个竖室和两个横室，两个横室分别位于五个竖室上方和下方，主轴(33)贯穿五个竖室，上侧的横室内部设有航空插座(21)，下侧的横室内部设有调节转杆(19)，由左向右的第一个竖室内部设有合闸弹簧组件(29)和线路板(30)、第二个竖室内部设有储能齿轮传动组(31)、第三个竖室内部设有辅助开关连接板(27)和合闸按钮(28)、第四个竖室内部设有计数器(22)和油缓冲器(26)、第五个竖室内部设有储能电机(23)和辅助开关(24)，合闸弹簧组件(29)和储能齿轮传动组(31)传动连接，辅助开关连接板(27)位于合闸按钮(28)下方，计数器(22)位于油缓冲器(26)上侧，油缓冲器(26)的下端连接有连杆(25)，储能电机(23)位于辅助开关(24)上侧，底盘车(18)的外侧设有控制按钮(20)和显示窗，计数器(22)正对于显示窗。

Images