CN1368771A

CN1368771A - 气体绝缘开关装置

Info

Publication number: CN1368771A
Application number: CN01133041A
Authority: CN
Inventors: 六户敏昭; 远藤奎将; 土屋贤治; 田中丰一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: US20040079731A1; CN1333502C; US6759616B2; CN1658459A; AU6877801A; CN1217461C; AU763276B2; US6680453B2; KR20020065831A; CN1658458A; US20020104827A1; BR0104090A

Abstract

一种能够在不切断母线的情况下进行维修和检查的气体绝缘开关装置。气体绝缘开关装置包括:第一金属匣9a,该第一金属匣9a装有断路器,并有引向负载6a的衬套;以及第二金属匣9b,该第二金属匣9b装有多个断开器,并有多个引向母线6b、6c并与断开器相连的衬套,其中,第一金属匣9a和第二金属匣9b通过气体隔板7a彼此相连。

Description

气体绝缘开关装置

发明的背景技术

本发明涉及气体绝缘开关装置，尤其是包括断路器和断开器的气体绝缘开关装置。

包括在充满绝缘气体的金属匣内的断路器、断开器、接地开关等的气体绝缘开关装置已经广泛应用。例如，日本专利申请公开No.8-275323公开了一种气体绝缘开关装置，该气体绝缘开关装置包括在充满SF₆气体的接地金属匣内的断路器、断开器、接地开关等装置，该SF₆气体具有良好的绝缘特性和良好的灭弧特性。因为如上所述，该气体绝缘开关装置包括在充满具有良好绝缘特性和良好灭弧特性的SF₆气体的接地金属匣内的装置，因此，该气体绝缘开关装置能够提高适应不良环境的特性，减小该设备的尺寸或者减少单位容量的安装面积。

发明简介

普通的上述气体绝缘开关装置的结构通常为包括在一个金属匣内部的断路器、断开器、接地开关等装置，如日本专利申请公开No.8-275323所述。因此，当在检查断路器时断路器的断路部分向外界空气打开时，装于同一金属匣内的其它开关也向外界空气打开。因此，在检查和维修断路器时，需要在该期间切断母线。

本发明用于解决上述问题，本发明的一个目的是使整个开关装置紧凑和提供一种在进行维修和检查时不需要切断母线的气体绝缘开关装置。

本发明利用下面的装置来解决上述问题。

一种气体绝缘开关装置，包括：一个第一金属匣，该第一金属匣装有断路器；引向负载的衬套；第二金属匣，该第二金属匣装有多个母线断开器；以及多个用于引导母线与母线断开器相连的衬套；该第一金属匣和第二金属匣通过气体隔板彼此相连。而且，该多个引向母线的衬套在引向母线的相邻衬套之间以预定的散开角的形式安装在第二金属匣上。

附图的简要说明

图1是表示本发明的气体绝缘开关装置第一实施例的视图。

图2是表示本发明的气体绝缘开关装置第二实施例的视图。

图3是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的正视图。

图4是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的侧视图。

图5是说明第四实施例的视图。

图6是说明第四实施例的视图。

图7是说明第五实施例的视图。

图8是说明第六实施例的视图。

图9是说明第六实施例的视图。

图10是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的一种断开器的详图。

图11是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的另一种断开器的详图。

图12是说明第七实施例的视图。

图13是说明第七实施例的视图。

图14是说明另一种操作效果的视图。

图15是说明另一种操作效果的视图。

图16是表示本发明另一实施例的视图。

图17是表示本发明另一实施例的视图。

图18是表示本发明另一实施例的视图。

图19是表示用于本发明的3位置断开器的结构的视图。

发明的优选实施例的说明

下面将参考附图介绍本发明的实施例。附图1是表示本发明的气体绝缘开关装置第一实施例的视图。该图表示了一个用于双母线电路的水平断路器实例。引向负载的衬套6a通过在负载侧的、装有断路器的金属匣9c安装在装有断路器的接地金属匣9a上。另一方面，引向母线的衬套6b和6c安装在装有母线断开器的接地金属匣9b上。而且，金属匣9a和9b通过一气体隔板7a彼此相连。参考标号3是插入内导体和地线之间的接地开关，参考标号14是安装在金属匣9a的一端的断路器操作单元，而参考标号15a、15b、15c分别是装于金属匣9c和9b内的断开器操作单元。

负载侧的断开器装于接地的金属匣9c内，并通过气体隔板7b与金属匣9a气体隔开。而且，引向母线的衬套6b和6c通过气体隔板7c与金属匣9b气体隔开。因为各衬套6a、6b、6c布置成接近垂直于接地金属匣的中心轴，作用在各衬套安装部分上的负载能变小，装配时的可操作性提高。而且，接地金属匣9a、9b的长度可以缩短至由衬套6a、6b、6c之间的所需空气绝缘距离来确定的长度。

在本气体绝缘开关装置实施例中，因为高压开关单元所必须的部件例如断路器、断开器和接地开关都各自装于气体隔开的金属匣内，因此它能够提供紧凑且在进行维修和检查断路器时不需要切断母线的气体绝缘。

图2是表示本发明的气体绝缘开关装置第二实施例的视图。该图所示为用于双母线电路的水平断路器的一个实例。在该图中，与图1所示部件相同的部件以相同的参考标号表示，且省略对它的说明。

与第一实施例的区别点在于引向母线的衬套6c以相对于接地金属匣9b的中心轴线倾斜的方式安装在接地金属匣9b上，且没有在负载侧的断开器。通过省略在负载侧的断开器，衬套6a的高度降低。这样，所有衬套6a、6b、6c的高度均匀。此外，通过使衬套6c斜向外安装，装有母线断开器的接地金属匣9b的长度能缩短，因此，整个开关装置结构就能紧凑。

图3和图4是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的正视图和侧视图。该图表示了用于双母线电路的水平断路器的一个实例。如图所示，气体绝缘开关装置包括接地的、近似圆柱形的金属匣9a、9b，该金属匣9a、9b充满绝缘气体，例如SF₆气体等。金属匣9a、9b的、用于三相的三个单元一起由单个基座18支承。为了缩短金属匣9a、9b的总长度，全部衬套都以相对于水平放置的金属匣9a、9b的轴线倾斜的方式安装。例如，当引向母线的衬套6b和6c之间的散开角设计成在30度至70度的范围内时，很容易平衡该气体绝缘开关装置的高度和长度。

而且，如图4的侧视图所示，通过使衬套的安装角的倾斜角度在与经过金属匣中心轴线的垂直平面成30至60度的范围内，金属匣9的相间距离能够减小，同时还能保持衬套6顶端部分的相间绝缘距离。

通过如上所述以倾斜状态安装衬套，该开关装置能够更紧凑。从在污染环境下耐压性能以及抗震性能来考虑，优选是采用双层绝缘体管作为衬套，该双层绝缘体管由一骨架结构构成，该骨架结构由涂覆有硅橡胶的FRP制成。与采用陶瓷衬套相比，通过采用双层管，该开关装置的重量能非常轻。因此，可以用很小的起重机作为安装该开关装置所需的起重机，安装该开关装置的底座也可以简化。而且，紧凑的开关装置能够有效减小安装工作的成本和底座工作的成本。

图5和图6是表示本发明第四实施例的视图。图5是表示可用于单母线系统的母线的气体绝缘开关装置的视图，图6是采用了该开关装置的1.1/2断路系统的母线的单线布线图。

本发明的气体绝缘开关装置包括：金属匣9a，该金属匣9a装有断路器1、断开器2和接地开关3；以及金属匣9b，该金属匣9b装有断开器2和接地开关3。

当一个3位置断开器用作靠近双母线系统的断路器的断开器时，通过仅省略在端部的母线衬套和母线断开器，就能将该气体绝缘开关装置用于1.1/2母线。而且，通过用装有将在后面介绍的两母线断开器2a、2b的较小金属匣9b代替金属匣9b，能够使该开关装置制成较小。而且，如图6所示，当该气体绝缘开关装置用于1.1/2断路系统的母线时，变电站或开关站的场地长度能缩短。因此，还能有效使变电站或开关站的场地面积减小。

图7是说明本发明第五实施例的视图，表示能用于双母线系统的母线的气体绝缘开关装置。

如图所示，接地开关3a、3b布置在断路器1的两侧。而且，在母线23a、23b侧的接地开关3a和母线断开器2a、2b装于一个金属匣9b’中，而上述断路器1、开关2c和接地开关3b装于另一金属匣9a中。通过上述结构，即使拆下前述金属匣9a，暴露导体的电压也能通过接地开关3a而肯定接地。因此，能够提高在更换断路器1的匣子时的安全性。

而且，因为采用低灭弧特性的绝缘气体几乎不会降低断开器的性能，因此能够改变在装有断路器和母线断开器的金属匣内所充满的绝缘气体的种类、混合比或气压。例如，N₂气体和SF₆气体的混合气体用作断路器和断开器的绝缘气体。在用于母线断开器的混合气体中，SF₆气体的含量可以降低。此外，用于母线断开器的混合气体的气压也可以降低。这样，SF₆这种导致全球变暖的气体使用量就能减小。

图8和图9是表示本发明第六实施例的视图，其中省略了负载侧的断开器，该气体绝缘开关装置实例用于双母线。在该实例中，前述断路器1也起到负载侧的断开器的作用。

在除了1.1/2断路系统的母线情况的其它大多数情况下，当需要维修和检查断路器时，与前述断路器相连的电路都不能通电。因此，通过断开断开器2a、2b，接地开关3a、3b能够闭合，因此，尽管省略了在负载侧的断开器，也能够在不切断母线23a、23b的情况下对断路器1进行维修和检查，如图8和9所示。

因此，能够使整个气体绝缘开关装置紧凑，且能够改善成本效益。图9表示了一种还省略了在负载侧的接地开关3b的实例。这时，通过在负载侧的输电线一侧没有(in-air)布置接地开关，可以减少整个气体绝缘开关装置内的接地开关数目。

图10是用于本发明的气体绝缘开关装置中的一种断开器的详图。在该图中，参考标号8a、8b分别是在活动接触电极侧和在固定接触电极侧的屏蔽物，参考标号9是金属匣，参考标号20是用于转换驱动方向的齿轮，参考标号21a、21b是接触电极。当操纵杆24被驱动旋转时，操纵杆的旋转力转换成驱动力，以便通过齿轮20以垂直方向驱动活动接触电极19。在该结构中，通过使活动接触电极19与接触电极21b接触而获得令人满意的导电性能，且通过屏蔽物8a、8b而获得令人满意的绝缘性能。在该断开器中，不需要在断开器的轴的延长线上布置操纵杆24，这与用连杆的普通线性驱动型断开器不同。

图11是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的另一种断开器的详图。参考该图，参考标号19a是在断开器侧的活动接触电极，参考标号19b是在接地开关侧的活动接触电极，参考标号25是接地开关的接地侧的接触电极。

因为该开关是复合开关(DS/ES)，它起到断开器和接地开关的功能，其中当一个功能闭合时另一功能断开。因此能简化互锁机构部件。而且，因为在该开关中，接地开关的活动接触电极19b和断开器的活动接触电极19a布置在一条轴线上，因此，通过驱动操纵杆24，断开器和接地开关能够同时被驱动。因此能减少操作装置的数目。

图12和图13是表示本发明第七实施例的视图。图12是表示具有旁路断开器的气体绝缘开关装置的视图，图13是表示用于双母线的开关装置的实例的视图。参考附图，参考标号9c是装有旁路断开器2d的金属匣，金属匣9c布置成几乎平行于装有断开器1的金属匣9a和装有断开器的金属匣9b。而且，通过将电流互感器安装在由旁路断开器形成的电路的外部，在使用旁路电路时可以通过电流互感器测量传送的电流。

图14和图15是表示本发明的另一操作效果的视图，图14是表示在单个金属匣中装有断路器1和断开器2a、2b的气体绝缘开关装置的视图，图15是表示在各金属匣中分别装有断路器1和绝缘体2a、2b的气体绝缘开关装置的视图。

也就是，在断路器1和绝缘体2a、2b装于单个金属匣中的情况下，如图14所示，如果采用没有在电极之间采用具有高绝缘可靠性的绝缘支架的断路器，通过凸缘13a、13b而安装在金属匣上的内部导体4将偏斜，从而导致断路器1和绝缘体2a、2b的轴线错位。另一方面，在断路器和绝缘体分别装在各金属匣中时，在断路器1和绝缘体2a、2b之间可以布置有气体隔板7a，如图15所示。因为气体隔板7a也起到内部导体4a、4b的支架的作用，从而缩短了内部导体4a、4b的支承长度，因此很容易提高内部导体自身的机械强度。而且，因为断路器1和断开器2a、2b的轴线调节可以分开进行，因此在装配时可以很容易地进行轴线调节。

下面将介绍本发明的其它实施例。

图16和图17是说明电流互感器的结构和表示3位置断开器所用于的实施例的详细视图，图中以相同参考标号表示的部件基本是与前述部件相同的部件。在图16所示实例中，电流互感器10布置于断路器1两端且这两个电流互感器中的一个电流互感器10装在母线断开器匣内。图中没有表示PD和制动器。通过将电流互感器装在装有母线侧断开器2的匣子9b内，能够减少该机器结构中匣子的数目。因此，装配变得容易，且开关装置可以做得紧凑。

而且，通过将在引向母线6c的衬套下面的断开器2布置成在断路器1侧面的3位置断开器(将在后面介绍)，可以减少所用的操作单元的总数目。而且，在本实施例用于单母线断路系统或1.1/2母线断路系统的母线时，仅省略在图中左侧的断开器2和衬套6b，就可使用本实施例。因此，部件的公用性可以提高成本效益。根据本实施例，因为电流互感器10布置在断路器的两端，因此，即使出现接地故障时，它也能判断出现接地故障的位置是在断路器的内侧还是在外侧。此外，作为另一种电流互感方法的实例，电流互感器中任何一个都可以省略，因为断路器的可靠性非常高。因此，该电流互感方法的实例可以使开关装置更紧凑。尽管本实施例所示为采用缠绕型电流互感器10的实例，通过采用Rogosky线圈代替缠绕型线圈，该开关装置可以做得更紧凑。而且，当在本实施例中采用多孔隔板7作为布置在衬套6a、6b、6c底部的隔板时，母线断开器和母线衬套可以装在单个气体室内，从而减少气体室的数目。因此，其作用是不需要提供用于衬套的排气件，且匣子的结构和部件的结构能够简单，装配效率能提高，且可以防止进行错误的充气和排气操作。

在图17所示实施例中，母线侧的断开器的气体室由多个匣子形成，这与图16的开关装置不同。类似于图16的实施例，图17的实施例的结构为电流互感器10布置在断路器1的两侧，且在图中没有表示PD和制动器。在本实施例中，后面将介绍的3位置断开器布置于图中左侧衬套6b的底部。母线断开器2通过气体隔板7d与断路器1分隔开，且母线断开器2、接地开关3和电流互感器10装在作为单个气体室的匣子9b内，衬套6a、6b和6c的气体室分别由隔板7a、7b和7c构成。通过该结构，匣子的容积可以减小，因为接地开关3部分也可以作为微粒截留装置(particle trap)。尽管本实施例中所示为采用缠绕型电流互感器10的实例，也可以用Rogosky线圈代替缠绕型线圈而使该开关装置更紧凑。

在图18所示实施例中，在图17中形成母线侧断开器2的气体室的匣子与一个匣子结合成一体。类似于图17，本图中也没有表示PD和制动器。因为通过减少匣子的数目而减少了法兰的数目，气体密封的可靠性增加，还提高了装配的可操作性。而且，在本实施例所示实例中，用杆状定位板(post spacer)来支承母线侧断开器2，该杆状隔板76的横截面由剖面线表示。因为通过使用杆状隔板76，衬套和断开器装于单个气体室内，因此可以简化气管以及充气和排气件。尽管在本实施例中有断路器内部的接地不能被检测的缺点，因为电流互感器10仅布置在断路器的一端，但是可以使该开关装置紧凑，且能提高成本效益。而且，电流互感器10可以布置在断路器1的两侧，类似于图16和图17所示实施例。

而且，在上述实施例中，电流互感器10布置在断路器1的两端，在断路器两侧的电流互感器的精度可以彼此不同。例如，通过将较高精度的缠绕型电流互感器布置在一侧，而将较低精度的Rogosky线圈型电流互感器布置在另一侧，具有较高精度的缠绕型电流互感器用于测量电功率，而Rogosky线圈型电流互感器用于检测断路器的内侧是否接地。这样，该开关装置能够检测断路器内侧的接地，同时还有可与GIS相比的性能和具有成本效益。

而且，作为上述实施例的一种变化形式，三个用于单相的气体绝缘开关装置并排布置以形成用于三相的气体绝缘开关装置，它可以在断开器或接地开关操作时采用链条，从而通过用于三相的操作机构而将断开器或接地开关一起同时操作到相同的位置。这样，可以消除各相的断开器或接地开关在操作上的差异，且总体的操作机构的数目内减少。

图19是从图16的气体绝缘开关装置的横截面A来看，表示3位置断开器的详细结构的视图。

3位置断开器采用这样的驱动方法，即从由马达219构成的操作机构15向用于操作断开器2和接地开关3的操作杆24传动的传动机构由链条218驱动。

该图中，接地开关3和断开器2装在气体绝缘开关装置的金属匣9内。断开器2包括一接触电极21b，接地开关3包括接地侧接触电极25。断开器通过活动电极19的运动而形成开(on)、关(off)和接地三个位置。活动电极19是能够与接触电极21b和接地侧接触电极25导电接触的部件。而且，活动电极19有齿条形齿轮20，该齿条形齿轮20与小齿轮216啮合以便传送驱动力。杆24与齿轮20相连，以便从外部传送驱动力。杆24通过作为传动机构的链条218与操作机构15相连。

当用于充满金属匣9的绝缘气体是SF₆或其它绝缘气体时，例如是SF₆和下面一组气体中选定的一种或多种构成的混合气体，该组气体为N₂、CO₂、CF₄、O₂和干空气。而且，根据使用条件，也可以使金属匣9内部为真空状态。

下面将详细介绍3位置断开器的工作情况。

活动电极19布置于导体23中，断开器2的接触电极21b和接地开关3的接地侧接触电极25布置成与活动电极19的两端相对。其中，接地侧接触电极25是接地的。小齿轮216布置在活动电极19中，接触电极21b、接地侧接触电极25和小齿轮216轴向布置在一直线上。在齿轮20与小齿轮216啮合时和在活动电极19运动时产生的导电外部物体(extraneous object)被屏蔽件8包围，从而不会进入高压场空间。

长度为L1的齿条216布置在活动电极19上作为驱动力接受件，即使当作为驱动力传递件的齿轮20旋转以使活动电极19与接触电极21b或与接地侧接触电极25接触时，齿条216的长度为L1使得其不会与活动接触部分212接触，该活动接触部分212使活动电极19与导体23接触。也就是，通过将活动接触部分212布置在离作为参考位置的齿轮20的距离超过长度L1的位置处，该长度L1是作为驱动力接受件的齿条216所能运动的最大长度，可以防止在小齿轮216和齿轮20中产生的外部物体粘附在活动接触部分212上。这样，因为外部物体不会粘附在活动接触部分212上，因此，即使当活动电极19被驱动时，在小齿轮216和齿轮20中产生的外部物体不会传播到活动电极19部分上。而且，它可以防止由于活动电极19和活动接触部分212相互滑动而产生的外部物体通过小齿轮216和齿轮20传播以进入高压电场空间。

在本实施例中，活动接触部分212设计成这样的结构，即布置于活动电极19中的齿轮20可以与活动接触部分212接触，以便产生导电外部物体，且一个活动接触部分212作为断开器2和接地开关3的活动接触部分。

下面将介绍活动电极19的驱动机构。

操作杆24以垂直于布置有导体23、断开器2和接地开关3的平面的方向布置。操作杆24的一端伸出到金属匣9的外部，旋转密封件布置于操作杆24和金属匣9之间，以便防止气体泄漏和减小转动摩擦。链轮239固定在操作杆在匣子外的端部上。小齿轮16通过一绝缘体固定在操作杆24的另一端，并通过齿条-小齿轮机构将操作杆24的旋转运动转换成直线运动，以便操作活动电极19。

尽管图19的3位置断开器的结构是作为一个实例来介绍的，不用说，该结构也可以用于图17和图18所述的3位置断开器。

因为在本发明的气体绝缘开关装置中，高压开关装置单元所需的全部断路器和开关(如断路器、断开器、接地开关)都在两种金属匣周围，该开关装置可以做得紧凑。此外，还有在进行维修和检查时不需要切断母线的优点。因为该开关装置可以代替现有的开关装置，且它可以在不切断母线的情况下进行维修和检查，因此，它提供了一种能够向用户供给高品质的电力的开关装置。而且，因为如上所述，该开关装置可以做得紧凑，开关站等的场地能够有效利用。而且，由于整个开关装置紧凑，该开关装置可以在完全装配好的状态下运送，现场工作仅仅是母线和负载引线的连接工作和关于继电器装置的安装和连接工作，从而大大减小了现场工作的量。

如上所述，根据本发明，提供了能使整个开关装置紧凑和能在不切断母线的情况下进行断路器的维修和检查的气体绝缘开关装置。

Claims

1.一种气体绝缘开关装置，包括：母线、断开器和断路器；

一个第一金属匣，该第一金属匣装有所述断路器，所述第一金属匣是接地的；以及

一个第二金属匣，该第二金属匣装有所述多个母线断开器，或者是多个第二金属匣，该多个第二金属匣装有在单个气体室内的所述多个母线断开器，其中

所述第一金属匣和所述第二金属匣通过一气体隔板彼此相连。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，该气体绝缘开关装置通过衬套与母线相连，其中：

所述多个引向母线的衬套装在所述第二金属匣上，同时在引向母线的相邻衬套之间有预定的散开角。

3.根据权利要求2所述的气体绝缘开关装置，其中：所述散开角的值在范围30至70度内。

4.根据权利要求1、2和3中任意一个所述的气体绝缘开关装置，其中：引向负载的所述衬套装在所述第一金属匣上，并相对与所述第一金属匣的中心轴线成直角的方向倾斜。

5.根据权利要求4所述的气体绝缘开关装置，其中：引向负载的所述衬套和引向母线的所述多个衬套安装在所述第一金属匣和所述第而金属匣上，并位于相对于与经过所述第一金属匣和所述第二金属匣的中心轴线垂直的平面倾斜的平面内。

6.根据权利要求1至3中任意一个所述的气体绝缘开关装置，其中：所述断开器的操作轴线几乎与所述断开器的活动接触电极的运动轴线成直角相交。

7.根据权利要求1至3中任意一个所述的气体绝缘开关装置，其中：所述金属匣有接地开关，所述接地开关在该断开器处于开路位置时闭合，而在该断开器处于闭路位置是断开。

8.根据权利要求1至3中任意一个所述的气体绝缘开关装置，其中：所述衬套是由FRP和硅橡胶制成的双层绝缘管。

9.根据权利要求1所述的气体绝缘开关装置，还包括：一旁路断开器，用于在引向负载的所述衬套的导入点和所述母线之间提供旁路连通；以及一电流检测器，用于测量所述衬套的中心导体电流。

10.根据权利要求1和2中任意一个所述的气体绝缘开关装置，还包括：布置在所述断路器两侧的电流互感器，且在两侧的所述电流互感器的检测精度彼此不同。

11.根据权利要求10所述的气体绝缘开关装置，其中：缠绕型电流互感器布置成在所述断路器的一侧的互感器，Rogosky线圈型电流互感器布置在另一侧。

12.根据权利要求1和2中任意一个所述的气体绝缘开关装置，其中：采用3位置断开器作为所述断开器。

13.根据权利要求12所述的气体绝缘开关装置，还包括：用于双母线的衬套、布置于所述两个衬套和所述断路器之间的断开器，并用一个3位置断开器作为靠近所述断路器的断开器。