CN117374792A - 直流开关设备 - Google Patents

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李敏
王刚
雷小强
吴炳昌
吴大斌
武宏伟
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Abstract

提供了一种直流开关设备，包括：仪表室，布置有用于监控、保护和测量的二次元件；母线室，布置有主母线和与所述主母线相连接的第一静触头；电缆室，布置有导体用于连接到电缆，并且在所述电缆室或所述母线室中还布置有与所述导体相连接的第二静触头；以及手车室，布置有手车，所述手车能够移动进出所述手车室，所述手车上布置有载流支路、换流支路和能量吸收支路，并且布置有分别用于与所述第一静触头和第二静触头接触的第一动触头和第二动触头，所述第一动触头和所述第二动触头分别连接到所述载流支路的两端。

Description

直流开关设备
技术领域
本公开涉及一种直流开关设备。
背景技术
随着电网结构的日趋复杂，电力负荷的不断增加以及配电技术的快速发展，电力用户对中压开关产品提出了更高的要求。柔性直流输电作为最近几十年发展起来的新型直流输电技术，其优势越来越突显，作为其配套的直流开关设备也逐渐兴起。然而，直流开关设备相对于交流开关设备具有更多的元件，为便于检修和维护，其结构和布局亟待改进。
发明内容
鉴于以上情况，本公开的一方面提供了一种直流开关设备，其包括仪表室、母线室、电缆室、手车室和手车。仪表室布置有用于监控、保护和测量的二次元件。母线室布置有主母线和与主母线相连接的第一静触头。电缆室布置有导体用于连接到电缆。在电缆室或母线室中还布置有与导体相连接的第二静触头。手车能够移动进出手车室，手车上布置有载流支路、换流支路和能量吸收支路，并且布置有分别用于与第一静触头和第二静触头接触第一动触头和第二动触头，第一动触头和所述第二动触头分别连接到所述载流支路的两端。
以上直流开关设备将包括载流支路、换流支路和能量吸收支路的整个电路结构都布置在手车上，便于该直流开关设备的后期检修和维护。
附图说明
通过下面结合附图对本公开实施例的描述，本公开的各方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解，其中：
图1是根据本公开实施例的直流开关设备的示意透视图；
图2是根据本公开实施例的直流开关设备的示意侧视图；和
图3是根据本公开实施例的直流开关设备的示意电路图。
具体实施方式
下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而，本公开不限于这里描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域技术人员传递本公开的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。
除非另外定义，否则本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的结构或功能的组成部分，并且以下描述中将省略关于它们的重复描述。
图1是示出根据本公开实施例的直流开关设备的示意透视图。图2是根据本公开实施例的直流开关设备的示意侧视图。
参考图1和图2，根据本公开实施例的直流开关设备100包括仪表室1、手车室2、母线室3和电缆室4四个独立的隔室。它们在直流开关设备100的柜体中的位置布局可以如图所示，也可以根据实际应用适应性地调整。
仪表室1中布置有用于监控、保护和测量的二次元件。二次元件包括但不限于继电器、电度表、电压表、功率表、频率表、空气开关、转换开关、信号灯、按钮、和/或微机综合保护装置等。这些二次元件可以用于对直流开关设备100中的包括但不限于电流互感器、电压互感器、接地开关，避雷器、断路器、接触器的一次元件进行监控、保护和测量等。
电缆室4中布置有导体6。用户在使用直流开关设备100时，将电缆的一端从电缆室4底部进入电缆室连接到导体6，将电缆的另一端连接到负载。
母线室3布置有主母线5。例如母线室3的侧壁上可以布置有供主母线5从其中穿过的孔或开口H。孔或开口H的数量可以是两个以用于分别布置两条主母线5(为简便起见，图1中仅示出一条主母线5)，这两条主母线5中的一条用于连接正极而另一条用于连接负极。当用户使用连接正极的主母线5时，直流开关设备100可以称为正极柜，当用户使用连接负极的主母线时，直流开关设备100可以称为负极柜，这样的布置为用户带来了便利。母线室3中还可以布置有与主母线5相连接的第一静触头F1和与电缆室中4的导体6相连接的第二静触头F2。例如，导体6可以穿过绝缘套管7与第二静触头F2相连接。绝缘套管7可以穿过电缆室4与母线室3之间的隔板，以保证电导体6穿过电缆室4的绝缘性能。
手车室2如图2中粗虚线所示，手车8能够移动进出手车室2，例如可以在手车室2中布置供手车8移动的导轨9。直流开关设备100的电路结构可以包括载流支路、换流支路和能量吸收支路，它们都布置在手车8上。手车8上还布置有分别用于与第一静触头F1接触的第一动触头M1和用于与第二静触头F2接触的第二动触头M2，第一动触头M1和第二动触头M2分别连接到载流支路的两端。例如，可以将第一静触头F1和第二静触头F2设计为插头的形式，并将第一动触头M1和第二动触头M2设计为插孔的形式。反之，将第一静触头F1和第二静触头F2设计为插孔的形式，并将第一动触头M1和第二动触头M2设计为插头的形式也是可以的。第一静触头F1和第二静触头F2可以分别被第一绝缘盒X1和第二绝缘盒X2包裹在内，且第一绝缘盒头X1和第二绝缘盒X2可以被设计为穿过母线室3与手车室2之间的隔板，使得第一动触头M1和第二动触头M2能够分别与第一静触头F1和第二静触头F2接触，同时保证第一静触头F1和第二静触头F2穿过母线室3的绝缘性能。当手车8沿例如导轨9移动进入手车室2时，即手车从图2的右侧向左侧移动进入手车室2时，手车8上的第一动触头M1和第二动触头M2逐渐靠近母线室3与手车室2之间的隔板，直至第一动触头M1在第一绝缘盒X1内与第一静触头F1接触(例如插入第一静触头F1)，第二动触头M2在第二绝缘盒内与第二静触头F2接触(例如插入第二静触头F2)，从而实现整个回路连通。
需要说明的是，图1和图2示出了第二静触头F2位于母线室3，但作为其替代实施方式，第二静触头F2和包裹其的第二绝缘盒X2也可以被设计为位于电缆室4。不同之处在于，在此情况下，第二绝缘盒X2可以被设计为穿过电缆室4与手车室2之间的隔板，使得第二动触头M2能够与第二静触头F2接触，同时保证第二静触头F2穿过电缆室4的绝缘性能。第二动触头M2在手车室中的位置可以被相应地设计为与第二静触头F2匹配。当手车8沿例如导轨9移动进入手车室2，即手车从图2的右侧向左侧移动进入手车室2时，手车8上的第一动触头M1逐渐靠近母线室3与手车室2之间的隔板，同时手车8上的第二动触头M2逐渐靠近电缆室4与手车室2之间的隔板，直至第一动触头M1在第一绝缘盒X1内与第一静触头F1接触(例如插入第一静触头F1)，第二动触头M2在第二绝缘盒内与第二静触头F2接触(例如插入第二静触头F2)，从而实现整个回路连通。
如此，根据本公开实施例的直流开关设备100通过将包括载流支路、换流支路和能量吸收支路的电路结构布置在可移动手车上，为电路结构的单独试验以及后期的检修和维护提供了方便。
图3是根据本公开实施例的直流开关设备的示意电路图。
参考图3，直流开关设备100的电路结构包括载流支路11、换流支路12和能量吸收支路13。
载流支路11用于承载线路正常运行时的电流回路。载流支路11例如可以包括串联连接的主开关S1和辅助开关S2。主开关S1用于快速开断线路故障，辅助开关S2用于最后切断整个回路。主开关S1连接到第一动触头M1，辅助开关S2连接到第二动触头M2。主开关S1可以为但不限于例如六氟化硫断路器、真空断路器等。载流支路11还可以包括用于使主开关S1开断的斥力机构，如图3中参考标号15所指示。斥力机构15可以通过各种技术来实施，图3中示出的由线圈、电容器C1、电容器充电器B1、电容器充电器保护电阻R1和控制单元16构成的斥力机构15仅作为一种示例，本公开不限于此。
换流支路12用于在开断线路故障时产生振荡回路和制造电流过零点。换流支路12例如可以包括串联连接的电容器C2、换流开关17和电抗器L，并且换流支路12与主开关S1并联。换流开关17可以采用例如晶闸管SCR来实施，但本公开不限于此。换流支路12还具有电容器充电器B2和电容器充电器保护电阻R2。
能量吸收支路13用于吸收在开断线路故障之后的剩余能量。能量吸收支路13例如可以包括能量吸收器18，并且能量吸收器18与换流支路12并联。如图3所示的，能量吸收器18与换流开关17和电容器C2并联也是可以的。能量吸收器可以采用例如避雷器、压敏电阻等来实施。
结合图1、图2和图3，直流开关设备100在使用时，用户将电缆的一端从电缆室4的底部进入电缆室4与导体6连接，电缆的另一端连接负载。手车8沿例如导轨9移动进入手车室2，第一和第二动触头分别与第一和第二静触头接触，主开关S1和辅助开关S2闭合，由主母线5、第一静触头F1、第一动触头M1、主开关S1、辅助开关S2、第二动触头M2、第二静触头F2、导体6、电缆以及负载形成导电通路。
结合图1、图2和图3，当线路出现故障时，主开关S1首先被打开并在其电极间形成电弧，当电极达到一定开距时，闭合换流开关17，则电容器C2通过电抗器L与载流支路11形成振荡回路，产生与载流支路11中的电流反向的振荡电流，使得主开关S1中的电弧在其电流由于强制过零而熄灭，从而线路故障被开断。之后，电流转移至换流支路12，电容器C2被反向充电，当电容器C2的电压超过能量吸收器18的动作电压时，电流逐渐转移至能量吸收支路13直至能量吸收器的电流过零，再将辅助开关S2打开，完成整个回路的开断。
在一个实施例中，电缆室4中还布置有电缆搭接头、母线避雷器、和/或电流互感器。电缆搭接头为用户提供电缆和导体6之间的连接。电流互感器用于采集线路中的电流值。母线避雷器用于在高压入侵时迅速释放过电压以保护连接到母线的电气设备免受高瞬态过电压的危害。
在一个实施例中，电缆室4中还布置有与第二静触头F2连接的接地开关10以及具有与接地开关10机械连锁的柜门，且该柜门可以被设计为只有在接地开关10闭合的情况下才能打开。通过这种布置，可以确保检修和维护人员在打开电缆室4的柜门时，连接到导体6的电缆已经接地，从而避免触电事故。
在一个实施例中，直流开关设备100中，例如在手车室2中，还布置有用于对换流支路12中的电容器C2进行放电的放电装置，以避免电容器C2的残余电压危害检修和维护人员的安全。放电装置可以使用例如放电电阻来实施。例如，放电电阻被设计为在手车8移动退出手车室2时与换流支路12中的电容器C2连接以在手车8退出手车室2的过程中将电容器C2放电。
在一个实施例中，手车室2、母线室3和电缆室4中还分别布置有独立的泄压通道。泄压通道可以采用各种方式来实施。例如，以母线室3为例，可以在其顶板处布置例如长方形的开口作为泄压口，在泄压口上方布置泄压盖，并在泄压口与泄压盖之间布置连接部件。该连接部件被设计为在泄压过程中始终固定在顶板上。当直流开关设备100内部发生燃弧或出现高温高压气体时，产生的能量冲击泄压盖使泄压盖打开，从而将燃弧能量或高温高压气体排除到直流开关设备100之外。泄压盖上还可以布置例如狭长切口以减小泄压盖的强度，使之易于被冲开。
在一个实施例中，手车室2还布置有活门，该活门被设计为在手车8移动退出手车室2时自动落下将第一静触头F1和第二静触头F2封闭。通过这种布置，能够避免检修和维护人员误触可能带电的第一静触头F1和第二静触头F2。
在一个实施例中，直流开关设备100还可以包括带电显示装置，如图3中的参考标号14所指示，其可以例如被设置在电缆室4的柜门上、仪表室1的面板上等。带电显示装置14可以包括例如带电传感器和显示单元。带电传感器用于检测电缆是否带电，显示单元用于显示带电传感器的检测结果且在带电时显示带电警告。
以上描述了根据本公开实施例的直流开关设备100，其通过将包括载流支路、换流支路和能量吸收电路的电路结构安装在手车上，简化了直流开关设备100的柜体结构和布局，使电路结构的单独试验变得方便，也提高了直流开关设备100的后期检修和维护的便利性和可靠性。
本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是示例而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (10)

1.一种直流开关设备，包括：
仪表室，布置有用于监控、保护和测量的二次元件；
母线室，布置有主母线和与所述主母线相连接的第一静触头；
电缆室，布置有导体用于连接到电缆，并且在所述电缆室或所述母线室中还布置有与所述导体相连接的第二静触头；以及
手车室和手车，所述手车能够移动进出所述手车室，所述手车上布置有载流支路、换流支路和能量吸收支路，并且布置有分别用于与所述第一静触头和第二静触头接触的第一动触头和第二动触头，所述第一动触头和所述第二动触头分别连接到所述载流支路的两端。
2.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
所述第一静触头布置在第一绝缘盒内，所述第二静触头布置在第二绝缘盒内，所述第一动触头在所述第一绝缘盒内与所述第一静触头接触，所述第二动触头在所述第二绝缘盒内与所述第二静触头接触。
3.根据权利要求2所述的直流开关设备，其中，
所述第一绝缘盒被设计为穿过所述母线室与所述手车室之间的隔板使得所述第一动触头能够与所述第一静触头接触；
在所述第二静触头布置在所述母线室中的情况下，所述第二绝缘盒被设计为穿过所述母线室与所述手车室之间的隔板使得所述第二动触头能够与所述第二静触头接触；或者在所述第二静触头布置在所述电缆室中的情况下，所述第二绝缘盒被设计为穿过所述电缆室与所述手车室之间的隔板使得所述第二动触头能够与所述第二静触头接触。
4.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
在所述第二静触头布置在所述母线室中的情况下，所述电缆室还布置有绝缘套管，所述绝缘套管被设计为穿过所述电缆室与所述母线室之间的隔板，使得所述导体穿过所述绝缘套管与所述第二静触头相连接。
5.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
所述载流支路用于承载线路正常运行时的电流回路，其包括串联连接的主开关和辅助开关，所述主开关连接到所述第一动触头，所述辅助开关连接到所述第二动触头；
所述换流支路用于在开断线路故障时产生振荡回路和制造电流过零点，其包括串联连接的电容器、换流开关和电抗器，并且所述换流支路与所述主开关并联；
所述能量吸收支路用于吸收在开断线路故障后的剩余能量，其包括能量吸收器，并且所述能量吸收器与所述换流支路并联。
6.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
所述电缆室还布置有电缆搭接头、母线避雷器、和/或电流互感器。
7.根据权利要求1所述的直流开关设备，还包括：
用于对所述换流支路中的电容器进行放电的放电装置。
8.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
所述手车室、所述母线室和所述电缆室中分别布置有独立的泄压通道。
9.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中，
所述手车室还布置有活门，所述活门被设计为在所述手车移动退出所述手车室时自动落下将所述第一静触头和第二静触头封闭。
10.根据权利要求1所述的直流开关设备，其中,
所述电缆室还布置有与所述第二静触头连接的接地开关以及与所述接地开关机械连锁的柜门，并且所述柜门被设计为只有在所述接地开关闭合的情况下才能打开。
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