CN117477417B - 一种环保型气体绝缘封闭组合电器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压电开关设备技术领域，特别提供了一种环保型气体绝缘封闭组合电器，包括壳体、真空断路器、隔离接地组合开关、快速接地开关和驱动机构，真空断路器装配于壳体内部，壳体上设置有三个装配法兰，每个装配法兰的位置均对应装配有隔离接地组合开关，隔离接地组合开关位于壳体内部。采用三相共箱式的结构设计，减少元器件之间的装配间隔；放弃SF6，采用洁净干燥压缩空气作为绝缘介质，绿色环保，且发生事故时，能够避免周围工作人员受到SF6气体的危害；采用模块化设计，各模块与电缆仓之间通过换向导体对接，各模块与壳体之间通过法兰固定，能够实现结构组件的快速扩展和拆除，便于标准化生产和后续的检修换件。
Description
技术领域
本发明属于高压电开关设备技术领域，特别提供了一种环保型气体绝缘封闭组合电器。
背景技术
气体绝缘封闭开关设备（GIS）是采用单相封装结构的电气装置，主要用于解决高压电分离设备的绝缘问题。
近年，在全球碳减排的能源大环境下，风电行业高速发展。风电发电机组就是气体绝缘封闭开关设备的新应用场景。
目前，市面上的主流气体绝缘封闭开关设备包括西门子公司的8VM1-72.5型产品、ABB公司的PASS-M00-WT型产品、施耐德公司的阿海珐WIA-52kV型产品等。
以上述三款为例，西门子的8VM1-72.5产品为一体化设计，其真空断路器设备直接装配于设备腔体内，设备腔体内为高气压状态，真空断路器的波纹管组件要直接承受，对真空断路器的制作工艺要求较高，同时，一体化部件的铸造开模成本较高，因此，该产品整装成本较高，且受到外部振动时，真空断路器的波纹管组件容易损坏；
ABB公司的PASS-M00-WT型产品和施耐德公司的阿海珐WIA-52kV型产品结构设计较为松散，体积较大，且采用SF6气体作为绝缘介质，设备故障导致SF6气体泄漏可能对附近工作人员造成伤害，且会对环境造成污染。
考虑到风电发电机组通常装配在高山上或海上，其自身体积有限，需要尽可能高效的利用其内部装配空间。因此，需要开发一种结构紧凑且符合环保标准的气体绝缘封闭组合电器。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种环保型气体绝缘封闭组合电器，包括壳体、真空断路器、隔离接地组合开关、快速接地开关和驱动机构，真空断路器装配于壳体内部，壳体上设置有多个装配法兰，每个装配法兰的位置均对应装配有隔离接地组合开关，隔离接地组合开关位于壳体内部，每个装配法兰的外部均通过法兰密封装配有快速接地开关，驱动机构固定安装于壳体的上端面上，真空断路器的上端与驱动机构固定连接，驱动机构能够驱动真空断路器实施开合动作；
所述壳体内充入干燥空气。
进一步地，所述真空断路器包括静触头侧支柱绝缘子、静触头侧支撑体、真空灭室绝缘支撑体、真空灭弧室、弹性伸缩机构、导向环、弹簧触指、动触头侧支撑体、动触头侧绝缘支撑体、动触头侧安装法兰、静触头、动触头和波纹管，真空灭室绝缘支撑体套装于真空灭弧室的外部，静触头侧支撑体和动触头侧支撑体分别固定安装于真空灭室绝缘支撑体的两端，静触头侧支柱绝缘子固定安装于静触头侧支撑体的端面上，动触头侧绝缘支撑体与动触头侧支撑体同轴固定连接构成等径的连贯筒体，动触头侧安装法兰固定安装于动触头侧绝缘支撑体的末端，真空灭室绝缘支撑体与动触头侧支撑体的连接处均装配有导向环，弹簧触指固定安装于动触头侧支撑体，且弹簧触指环绕与动触头外部，动触头侧支撑体内同轴装配有弹性伸缩机构，弹性伸缩机构的下端穿过导向环延伸至真空灭弧室内，且弹性伸缩机构的下端固定安装有动触头，静触头侧支撑体上同轴安装有静触头，弹性伸缩机构的下端套接有波纹管，波纹管两端分别与动触头侧支撑体和弹性伸缩机构密封连接；
所述真空灭弧室为硬质套筒，其内为正低压状态。
进一步地，所述壳体的侧壁上还设置有充气机构和控制柜，充气机构主要由密封继电器和阀门构成，密封继电器装配于阀门与壳体之间，阀门与外部注气设备连接，密封继电器用于监测壳体内的气压，当气压低于警戒值时报警，由工作人员实施补气；
所述控制柜内置多个空气开关，用于手动控制隔离接地组合开关、控制驱动机构、充气机构及外部注气设备。
进一步地，所述隔离接地组合开关包括绝缘子安装板、盆式绝缘子、盆式绝缘子屏蔽环、动触头装配体、隔离开关静触头、轴密封装置、绝缘轴和接触杆，三个动触头装配体均固定安装于盆式绝缘子上，盆式绝缘子通过螺栓固定连接于绝缘子安装板，盆式绝缘子屏蔽环扣合于盆式绝缘子上，接触杆径向插接于动触头装配体内，动触头装配体内设置有齿轮，接触杆的侧壁上设置有齿条，齿轮与齿条相互啮合，绝缘轴分别与三个齿轮同轴固定连接，轴密封装置固定安装于绝缘轴的一端，轴密封装置与外部动力机构连接。
进一步地，所述快速接地开关包括电缆仓壳体、接地绝缘子、接地端子、电流互感器支架和电缆终端组件，电缆仓壳体由方箱和筒体构成，筒体的一端固定安装于方箱的侧壁上，另一端设置有法兰盘，方箱的侧壁上有电缆终端连接口和绝缘子装配口，且电缆终端连接口和绝缘子装配口均位于筒体处，接地绝缘子位于筒体内，并通过螺栓装配于绝缘子装配口处，接地绝缘子的端面上装配有接地端子，且接地端子位于方箱内，电缆终端位于方箱内，并固定安装于电缆终端连接口处，接地绝缘子和电缆终端组件与隔离接地组合开关对接；
所述电缆终端组件由T型电缆终端和绝缘支撑体构成，T型电缆终端的一侧端面装配有电缆或避雷器，其另外两侧端面均为锥形装配槽，绝缘支撑体的一端固定安装于锥形装配槽内，且绝缘支撑体的另一端固定安装于电缆仓壳体的电缆终端连接口处，绝缘支撑体延伸至筒体内。
进一步地，所述壳体上还装配有防爆膜组件；
所述防爆膜组件包括法兰环、防爆膜、防爆密封圈和法兰盖，防爆膜装配于法兰环内侧，防爆密封圈压装在法兰环内侧，法兰盖装配于法兰环外侧，覆盖法兰环中央的通孔，法兰环固定安装于壳体的底部。
进一步地，所述驱动机构由传动机构和动力机构构成，真空断路器通过传动机构与动力机构连接。
使用本发明的有益效果是：
采用三相共箱式的结构设计，减少元器件之间的装配间隔；
放弃SF6，采用洁净干燥压缩空气作为绝缘介质，绿色环保，且发生事故时，能够避免周围工作人员受到SF6气体的危害；
采用模块化设计，各模块与电缆仓之间通过换向导体对接，各模块与壳体之间通过法兰固定，能够实现结构组件的快速扩展和拆除，便于标准化生产和后续的检修换件；
采用真空灭弧室和壳体内双气压的设计，降低真空灭弧室组件的制作成本，同时提高真空灭弧室组件的耐用性，实现降本增效。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的内部结构示意图；
图4为本发明真空断路器的内部结构示意图；
图5为本发明三工位隔离接地开关的主视图；
图6为本发明三工位隔离接地开关的右视图；
图7为本发明盆式绝缘子的右视图；
图8为图7中A-A处的截面图；
图9为本发明电缆仓的内部结构示意图；
图10为本发明电缆仓的左视图；
图11为本发明驱动机构右视视角的内部结构示意图；
图12为本发明防爆装置的结构示意图；
图13为本发明防爆装置的外端面示意图；
附图标记包括：
1-壳体；
101-静触头侧支柱绝缘子；102-静触头侧支撑体；103-真空灭室绝缘支撑体；104-真空灭弧室；105-弹性伸缩机构；106-导向环；107-弹簧触指；108-动触头侧支撑体；109-动触头侧绝缘支撑体；110-动触头侧安装法兰；111-静触头；112-动触头；113-波纹管；114-装配法兰；115-干燥剂；
2-隔离接地组合开关；
201-绝缘子安装板；202-盆式绝缘子；203-盆式绝缘子屏蔽环；204-EDS动触头装配体；205-隔离开关静触头；206-轴密封装置；207-绝缘轴；208-隔离静触头；209-接地静触头；210-第一换相导体；211-接触杆；
3-快速接地开关；
301-电缆仓壳体；302-接地绝缘子；303-接地端子；304-电流互感器支架；
4-双电缆终端；
401-T型电缆终端；402-绝缘支撑体；403-电缆；404-电流互感器；405-第二换相导体；406-避雷器；
5-单电缆终端；
6-充气机构；
7-控制柜；
8-驱动机构；801-传动机构；802-动力机构；
9-防爆膜组件；901-法兰环；902-防爆膜；903-防爆密封圈；904-法兰盖。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例一
参照图1-图13，一种环保型气体绝缘封闭组合电器，包括壳体1、真空断路器、隔离接地组合开关2、快速接地开关3和驱动机构8，真空断路器装配于壳体1内部，壳体1上设置有多个装配法兰114，每个装配法兰114的位置均对应装配有隔离接地组合开关2，隔离接地组合开关2位于壳体1内部，每个装配法兰114的外部均通过法兰密封装配有快速接地开关3，驱动机构8固定安装于壳体1的上端面上，真空断路器的上端与驱动机构8固定连接，驱动机构8能够驱动真空断路器实施开合动作；
壳体1内充入正高压的干燥空气，壳体1内还置入有干燥剂115。
优选地，壳体1内干燥空气的压强为0.3～0.7MPa。
优选地，装配法兰114数量为二到四个，相对应的，隔离接地组合开关2及快速接地开关3也是二到四个。
壳体1的侧壁上还设置有充气机构6和控制柜7，充气机构6主要由密封继电器和阀门构成，密封继电器装配于阀门与壳体1之间，阀门与外部注气设备连接，密封继电器用于监测壳体1内的气压，当气压低于警戒值时报警，由工作人员实施补气；
控制柜7内置多个空气开关，用于手动控制隔离接地组合开关2、控制驱动机构8、充气机构6及外部注气设备。
真空断路器包括静触头侧支柱绝缘子101、静触头侧支撑体102、真空灭室绝缘支撑体103、真空灭弧室104、弹性伸缩机构105、导向环106、弹簧触指107、动触头侧支撑体108、动触头侧绝缘支撑体109、动触头侧安装法兰110、静触头111、动触头112和波纹管113，真空灭室绝缘支撑体103套装于真空灭弧室104的外部，静触头侧支撑体102和动触头侧支撑体108分别固定安装于真空灭室绝缘支撑体103的两端，静触头侧支柱绝缘子101固定安装于静触头侧支撑体102的端面上，动触头侧绝缘支撑体109与动触头侧支撑体108同轴固定连接构成等径的连贯筒体，动触头侧安装法兰110固定安装于动触头侧绝缘支撑体109的末端，真空灭室绝缘支撑体103与动触头侧支撑体108的连接处均装配有导向环106，弹簧触指107固定安装于动触头侧支撑体108，且弹簧触指107环绕于动触头外部，动触头侧支撑体108内同轴装配有弹性伸缩机构105，弹性伸缩机构105的下端穿过导向环106延伸至真空灭弧室104内，且弹性伸缩机构105的下端固定安装有动触头112，静触头侧支撑体102上同轴安装有静触头111，弹性伸缩机构105的下端套接有波纹管113，波纹管113两端分别与动触头侧支撑体108和弹性伸缩机构105密封连接；
真空灭弧室104为硬质套筒，其内为正低压状态，真空灭弧室104的外壁承受壳体1内的正高压，对波纹管113起到保护作用。
壳体1上还装配有防爆膜组件9；
防爆膜组件9包括法兰环901、防爆膜902、防爆密封圈903和法兰盖904，防爆膜902装配于法兰环901内侧，防爆密封圈903压装在法兰环901内侧，法兰盖904装配于法兰环901外侧，覆盖法兰环901中央的通孔，法兰环901固定安装于壳体1的底部。
实施例二
相较于实施例一，本实施例的区别在于：
具体地，隔离接地组合开关2包括绝缘子安装板201、盆式绝缘子202、盆式绝缘子屏蔽环203、动触头装配体204、隔离开关静触头205、轴密封装置206、绝缘轴207、隔离静触头208、接地静触头209和接触杆211，三个动触头装配体204均固定安装于盆式绝缘子202上，盆式绝缘子202通过螺栓固定连接于绝缘子安装板201，盆式绝缘子屏蔽环203扣合于盆式绝缘子202上，接触杆211径向插接于动触头装配体204内，动触头装配体204内设置有齿轮，接触杆211的侧壁上设置有齿条，齿轮与齿条相互啮合，绝缘轴207分别与三个齿轮同轴固定连接，轴密封装置206固定安装于绝缘轴207的一端，轴密封装置206与外部动力机构连接；
三个隔离开关静触头205固定安装于真空断路器上，隔离开关静触头205位于动触头装配体204下侧，且三个隔离开关静触头205与三个动触头装配体204的位置一一对应；
三个接地静触头209固定安装于绝缘子安装板201上，接地静触头209位于动触头装配体204上侧，且三个接地静触头209与三个动触头装配体204的位置一一对应；
动触头装配体204的端面上固定安装有隔离静触头208，且接地静触头209的后端和隔离静触头208均位于绝缘子安装板201的背侧。
隔离开关静触头205的端面上装配有第一换相导体210。
优选地，隔离开关静触头205倾斜装配，且倾斜角度为50°。
实施例三
相较于实施例一，本实施例的区别在于：
具体地，快速接地开关3包括电缆仓壳体301、接地绝缘子302、接地端子303、电流互感器支架304和电缆终端组件，电缆仓壳体301由方箱和筒体构成，筒体的一端固定安装于方箱的侧壁上，另一端设置有法兰盘，方箱的侧壁上有电缆终端连接口和绝缘子装配口，且电缆终端连接口和绝缘子装配口均位于筒体处，接地绝缘子302位于筒体内，并通过螺栓装配于绝缘子装配口处，接地绝缘子302的端面上装配有接地端子303，且接地端子303位于方箱内，电缆终端位于方箱内，并固定安装于电缆终端连接口处，接地绝缘子302和电缆终端组件与隔离接地组合开关2对接；
电缆终端组件由T型电缆终端401和绝缘支撑体402构成，T型电缆终端401的一侧端面装配有电缆403或避雷器406，其另外两侧端面均为锥形装配槽，绝缘支撑体402的一端固定安装于锥形装配槽内，且绝缘支撑体402的另一端固定安装于电缆仓壳体301的电缆终端连接口处，绝缘支撑体402延伸至筒体内；
其中，电缆403的外部套装有电流互感器404。
优选地，电流互感器404采用穿心式电流互感器。
具体地，电缆终端有双电缆终端4和单电缆终端5两种；
其中，双电缆终端4由两个T型电缆终端401和两个绝缘支撑体402构成，两个T型电缆终端401之间通过一个绝缘支撑体402首尾相接，任意一个T型电缆终端401再通过另一个绝缘支撑体402固定安装于电缆仓壳体301的电缆终端连接口处，两个T型电缆终端401分别装配电缆403和避雷器406；
单电缆终端5由一个T型电缆终端401和一个绝缘支撑体402构成，T型电缆终端401通过绝缘支撑体402固定安装于电缆仓壳体301的电缆终端连接口处，T型电缆终端401上装配电缆403。
绝缘支撑体402位于筒体内的端面上装配有第二换相导体405。
驱动机构8由传动机构801和动力机构802构成，真空断路器通过传动机构801与动力机构802连接。
优选地，传动机构801由三个曲柄和联动杆构成，三个曲柄分别与对应的真空断路器连接，联动杆分别与三个曲柄转动连接，且联动杆与动力机构802连接。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：包括壳体、真空断路器、隔离接地组合开关、快速接地开关和驱动机构，真空断路器装配于壳体内部，壳体上设置有多个装配法兰，每个装配法兰的位置均对应装配有隔离接地组合开关，隔离接地组合开关位于壳体内部，每个装配法兰的外部均通过法兰密封装配有快速接地开关，驱动机构固定安装于壳体的上端面上，真空断路器的上端与驱动机构固定连接，驱动机构能够驱动真空断路器实施开合动作；
所述壳体内充入干燥空气；
所述真空断路器包括静触头侧支柱绝缘子、静触头侧支撑体、真空灭室绝缘支撑体、真空灭弧室、弹性伸缩机构、导向环、弹簧触指、动触头侧支撑体、动触头侧绝缘支撑体、动触头侧安装法兰、静触头、动触头和波纹管，真空灭室绝缘支撑体套装于真空灭弧室的外部，静触头侧支撑体和动触头侧支撑体分别固定安装于真空灭室绝缘支撑体的两端，静触头侧支柱绝缘子固定安装于静触头侧支撑体的端面上，动触头侧绝缘支撑体与动触头侧支撑体同轴固定连接构成等径的连贯筒体，动触头侧安装法兰固定安装于动触头侧绝缘支撑体的末端，真空灭室绝缘支撑体与动触头侧支撑体的连接处均装配有导向环，弹簧触指固定安装于动触头侧支撑体，且弹簧触指环绕与动触头外部，动触头侧支撑体内同轴装配有弹性伸缩机构，弹性伸缩机构的下端穿过导向环延伸至真空灭弧室内，且弹性伸缩机构的下端固定安装有动触头，静触头侧支撑体上同轴安装有静触头，弹性伸缩机构的下端套接有波纹管，波纹管两端分别与动触头侧支撑体和弹性伸缩机构密封连接；
所述真空灭弧室为硬质套筒，其内为正低压状态。
2.根据权利要求1中所述的一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：所述壳体的侧壁上还设置有充气机构和控制柜，充气机构主要由密封继电器和阀门构成，密封继电器装配于阀门与壳体之间，阀门与外部注气设备连接，密封继电器用于监测壳体内的气压，当气压低于警戒值时报警，由工作人员实施补气；
所述控制柜内置多个空气开关，用于手动控制隔离接地组合开关、控制驱动机构、充气机构及外部注气设备。
3.根据权利要求1中所述的一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：所述隔离接地组合开关包括绝缘子安装板、盆式绝缘子、盆式绝缘子屏蔽环、动触头装配体、隔离开关静触头、轴密封装置、绝缘轴和接触杆，三个动触头装配体均固定安装于盆式绝缘子上，盆式绝缘子通过螺栓固定连接于绝缘子安装板，盆式绝缘子屏蔽环扣合于盆式绝缘子上，接触杆径向插接于动触头装配体内，动触头装配体内设置有齿轮，接触杆的侧壁上设置有齿条，齿轮与齿条相互啮合，绝缘轴分别与三个齿轮同轴固定连接，轴密封装置固定安装于绝缘轴的一端，轴密封装置与外部动力机构连接。
4.根据权利要求1中所述的一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：所述快速接地开关包括电缆仓壳体、接地绝缘子、接地端子、电流互感器支架和电缆终端组件，电缆仓壳体由方箱和筒体构成，筒体的一端固定安装于方箱的侧壁上，另一端设置有法兰盘，方箱的侧壁上有电缆终端连接口和绝缘子装配口，且电缆终端连接口和绝缘子装配口均位于筒体处，接地绝缘子位于筒体内，并通过螺栓装配于绝缘子装配口处，接地绝缘子的端面上装配有接地端子，且接地端子位于方箱内，电缆终端位于方箱内，并固定安装于电缆终端连接口处，接地绝缘子和电缆终端组件与隔离接地组合开关对接；
所述电缆终端组件由T型电缆终端和绝缘支撑体构成，T型电缆终端的一侧端面装配有电缆或避雷器，其另外两侧端面均为锥形装配槽，绝缘支撑体的一端固定安装于锥形装配槽内，且绝缘支撑体的另一端固定安装于电缆仓壳体的电缆终端连接口处，绝缘支撑体延伸至筒体内。
5.根据权利要求1中所述的一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：所述壳体上还装配有防爆膜组件；
所述防爆膜组件包括法兰环、防爆膜、防爆密封圈和法兰盖，防爆膜装配于法兰环内侧，防爆密封圈压装在法兰环内侧，法兰盖装配于法兰环外侧，覆盖法兰环中央的通孔，法兰环固定安装于壳体的底部。
6.根据权利要求1中所述的一种环保型气体绝缘封闭组合电器，其特征在于：所述驱动机构由传动机构和动力机构构成，真空断路器通过传动机构与动力机构连接。
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