CN1213464A - 开关装置 - Google Patents

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CN1213464A
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奈尔·皮林
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National Grid Co PLC
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    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
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    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects

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  • Power Engineering (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

一种开关装置(10)包括一个装有一个断路器(50)和一个电容器式电压互感器(CVT)的壳体。CVT包括:一个串联连接的电容器的叠件(30),连接在第一端子(90)与地电位之间;和一个数字电子隔离器(20),并联连接在叠件(30)的下部电容器(40)与地之间。隔离器(20)的输出经一根纤维光缆(110)连接到一个远离该隔离器的互补电路(120)上。数字电子隔离器(20)基本上小于电磁或功率放大模拟装置,并且它具有高输入阻抗,由此缓冲可以因此减小尺寸的电容器叠件(30)。CVT元件尺寸的整体减小允许他们装入标准断路器的壳体内,结果降低了成本。

Description

开关装置
本发明涉及一种开关装置。
输电网络配电站中的电力线一般以高于地电位几百千伏特(kV)的电位工作。例如，英国输电网络上的最低电压在降压配电之前，是约145kV。
用于配电站的开关装置一般包括带有一个固定和一个可动触头种类的断路器。可动触头响应一个跳闸信号而带电。由这种断路器控制的典型电压在145kV与300kV之间。对于420kV左右的较高电压，通常使用双触头。常规断路器通常装在一个起绝缘子作用的陶瓷叠片中。
因而通常在电力线与地之间采用电压互感器，把非常高的电压降压到适于监视和驱动保护装置的较低电压，这些保护装置又使断路器跳开。
在高压下使用的典型电压互感器最普遍的是电容分压器类型的。多个电容器串联连接在几百kV下的电力线与地之间。每个电容器降低这两点之间总电位差的一部分，并且从最接近地的电容器分出与线电压成比例的一个电压。
一般，电容器式电压互感器(CTV)带有一个与最接近地的电容器并联的隔离电磁电压互感器。这产生一个在50VA范围内、用来驱动保护装置的输出。必须输送该功率的CVT的内部阻抗(因此电容器的尺寸)由该输出的大小决定。
为了监视的目的，把在电力线上信号的瞬态过程准确地反映在CVT的输出上是有益的。然而，电磁电压互感器具有不均匀的频率响应。往往会存储能量，由此使瞬时状态失真。已经提出了用有高输入阻抗的电子隔离电路来代替电磁电压互感器。跨过最靠近地叠置的电容器的压降用作对隔离电路的输入，隔离电路又产生一个与监视电压成比例的光学输出信号。光学输出信号然后跨过配电站输送到一个重新构成CVT的输出电压和功率的互补电路。
使用电子隔离电路而不是电磁电压互感器的优点在于精度提高，因为更如实地复制任何瞬时状态。
每个断路器和每个CVT的安装是使用大量劳动的工作。每个元件都必须独立地安装。
本发明的目的在于提供一种开关装置，该开关装置至少减轻了先有技术的这些问题。
根据本发明提供了一种开关装置，该开关装置包括：一个壳体；第一、第二和第三电气端子；一个断路器，在壳体中连接在第一与第二端子之间；多个串联连接的电容器，也在壳体中并且连接在第二端子与第三端子之间；及一个电子隔离器，跨接在电容器的至少一个和第三端子上，该隔离器可操作地提供一个表示跨过第二和第三端子的电压的输出信号。
本发明人认识到，如果能减少必须安装的装置的数量，则有可能实现建造配电站成本的显著节约。
由于电子隔离器具有较高的输入阻抗，所以有效地缓冲电容器系列。本发明人已经认识到，由此能减小多个电容器的尺寸。由采用电子电路而不是电磁电压互感器产生许多优点。特别是，因为电容器尺寸的减小，CVT现在小得足以与一个断路器一起位于一个标准单断路断路器壳体内。这充分减少了必须安装在配电站中的独立的开关装置的数量。由于装置本身的安装是配电站较昂贵的部分，所以经济效益相当显著。
最好，壳体包含一个绝缘子和一个基座，例如，绝缘子包括安装在基座上且由第二端子隔离的第一和第二绝缘材料叠置环，第一端子安装在离基座远的第二叠置环的端部上。
最好，可以包括一个微处理器的电子隔离器位于基座中，并且基本上所有的电容器和断路器都在绝缘子内。
在一个最佳实施例中，隔离器经一根电缆连接到信号调节装置上，信号调节装置在壳体外面。例如，电缆可以是同轴电缆或纤维光缆。纤维光缆特别有有吸引力，因为它克服了往往会影响同轴电缆的电磁噪声问题。
断路器可以包括在第一与第二电气端子之间的第一和第二触头、和一个触头执行机构。如果开关装置带有一个基座，则最好驱动机构位于其上。
本发明能以各种方式付诸实施，现在将通过例子参照附图描述其中的一种，在附图中：
图1表示根据本发明包括一个断路器的一种开关装置；及
图2表示隔离器电路和用来驱动保护继电器的互补电路的原理图。
参照图1，10一般表示一种开关装置。装置10包括一个基座单元150、一个位于基座单元上的下绝缘子130、和一个在下绝缘子顶部上的上绝缘子140，两个绝缘子由一个第一、下端子90隔离。一个第二、上端子100定位在上绝缘子140的顶部上。下绝缘子130提供对上绝缘子140的机械支撑、以及对第一端子90的绝缘。绝缘子一般建造成一叠堆置的陶瓷套环、或其他可买到的绝缘材料，如熟悉本专业的技术人员所通晓的那样。每一叠件填充有具有良好绝缘和灭弧性能的六氟化硫(SF6)。
一个电容器的叠件30串联连接在第一端子90与一个接地端子之间。电容器的每一个是聚丙烯类型的，对于叠件30具有1毫微法(nF)左右的总电容。一个电子隔离器电路20并联跨接在叠件30连接到地的下部电容器40上。
如图1中所示，一个断路器50位于第二端子100与第一端子90之间。这个断路器是“单断路”型的，并且包括一个在基座单元150内的液压执行机构(未表示)。液压执行机构连接到位于下绝缘子130内的一根连接杆60上，远离液压执行机构的杆60的端部连接到上绝缘子140内的一个第一断路器触头70上。一个第二断路器触头80也位于上绝缘子140内，并且连接到第二端子100上。下绝缘子(130)因而方便地提供第一断路器触头70与接地液压执行机构的机械联接。
隔离器电路20经一根纤维光缆110连接到一个互补接收器电路120上。该布置在图2中以示意的形式表示。这里，跨过图1电容器叠件30的下端电容器40的电压用作到隔离器电路20的输入。隔离器20使用一个脉冲激光二极管200，产生一个适于沿纤维光缆110传送的信号。这是更可取的，因为纤维光缆不受配电站中大量电磁干扰的影响。
由二极管200产生的信号在互补接收器电路120处，由一个包括一个光电检测器220和适当的放大器电路230的检测器210接收，以放大来自光敏二极管200的低功率电气输出信号。来自检测器210的输出进入一个译码器240，译码器240把由隔离器电路20和检测器210使用的数字传送信号协议(protocol)转换成适于保护继电器使用的协议。保护继电路和诸继电器可以是只需很小输入功率的类型，如由瑞典A.B.B.Switchgear A.B.制造的。因而，隔离器电路20只需提供非常低的电平输出。保护继电器迅速断开电力系统的有故障部分，由此防止局部发电机中的任何减速引起电力系统其他发电机的同步损失。
电子电路20具有较高的输入阻抗，并因而缓冲电容器叠件30。特别是，相对于电磁电压互感器降低的输出功率要求，允许图1的叠件30中的每个电容器的实际尺寸和电容对于类似的电压值显著减小。由于电容器叠件30占了空心绝缘子130内的绝大部分空间，所以在本发明中能使用这种尺寸减小特别有利。
为了保护配电站中故障情况下的元件，独立的高压断路器通常与保护继电器一起采用，以断开电力系统的故障部分。在系统上提供的断路器越多，为排除故障而必须断开的系统部分越小。相应减小叠件30中电容器尺寸和消除需要电磁电压互感器的隔离器电路20的引入，允许CVT和断路器元件都装入为用于单独一个断路器而设计的单个壳体内，如图1中所示。
CVT的主要成本是由其绝缘产生的。典型的配电站具有50个当前每个值50,000英磅左右的断路器，并且50个CVT值12,000英磅左右。此外，安装和使用一个CVT的成本当前在12,000英磅的范围内。在本发明中通过把CVT的元件与断路器布置在同一壳体内，设备和安装成本都显著降低，对于一个典型电站可能节约1,000,000英磅。
尽管已经描述了一个最佳实施例，但可以理解，本发明可以以多种方式付诸实施。例如，隔离器电路20可以经一根较便宜的同轴电缆而不是纤维光缆连接到互补接收器电路120上，例如，前者适于电噪声不是一个显著问题的场合。另外，由隔离器电路产生的信号可以是模拟信号而不是数字信号，模拟信号的幅值可能比以前的、避免需要一个功率放大器的可能值低得多。为了从第一、下部端子90降低电压，聚丙烯绝缘的电容器可以由任何适当的电容代替。另外，断路器可以包括两个或多个触头组件而不是图1所示的一个，并且可以另外或可选择地使用弹簧或其他机构而不是液压机构。

Claims (10)

1．一种开关装置，该开关装置包括：一个壳体；第一、第二和第三电气端子；一个断路器，在壳体中连接在第一与第二端子之间；多个串联连接的电容器，也在壳体中并且连接在第二端子与第三端子之间；及一个电子隔离器，跨接在电容器的至少一个和第三端子上，该隔离器可操作地提供一个表示跨过第二和第三端子的电压的输出信号。
2．根据权利要求1所述的装置，其中壳体包括一个绝缘子和一个基座。
3．根据权利要求2所述的装置，其中绝缘子包括安装在基座上且由第二端子隔离的第一和第二绝缘材料叠置环，第一端子安装在离基座远的第二叠置环的端部上。
4．根据权利要求2或3所述的装置，其中电子隔离器位于基座中。
5．根据权利要求2、3或4所述的装置，其中基本上所有的电容器和断路器都在绝缘子内。
6．根据以上权利要求任一项所述的装置，其中电子隔离器经一根电缆连接到在壳体外面的信号调节装置上。
7．根据权利要求6所述的装置，其中电缆是同轴电缆或纤维光缆。
8．根据以上权利要求任一项所述的装置，其中数字电子隔离器包括一个微处理器。
9．根据以上权利要求任一项所述的装置，其中断路器包括每个分别与第一和第二端子电气连接的第一和第二触头、和一个响应执行信号相对于第二触头可操作运动第一触头的执行机构。
10．根据权利要求9所述的装置，当从属于权利要求2至8中任一项时，其中执行机构在基座内。
CN 97193045 1996-03-14 1997-03-13 开关装置 Pending CN1213464A (zh)

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