CN220122346U - 一种直流开关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流开关设备，包括受电柜和抽屉式柜型的馈电柜，所述受电柜使用两路电源进线通过两个抽出式结构直流空气断路器分别连接电源的正极和零极、负极和零极，每路所述电源进线间设置有直流电压变送器，每路所述电源进线上设置有分流器，所述馈电柜设置有若干出线回路，每个出线回路设置各自的抽屉单元，所述抽屉单元内均设置有动力和控制指示单元，所述动力单元配置直流断路器，所述控制指示单元实现就地及远程分合直流断路器功能并显示断路器状态，本方案通过正负极均使用可移动安装的断路器及模块化抽屉设计，解决了现有技术直流配电柜功能单元无分隔、不利于快速更换的问题，达到了提升电网运行灵活性、可靠性的技术效果。

Description

一种直流开关设备

技术领域

本实用新型涉及直流配电设备技术领域，具体为一种直流开关设备。

背景技术

我国目前正处于工业化、城市化加速发展的历史阶段，能源需求有很大的增长空间，而新能源作为传统电源的补充，能有效降低环境污染，随着全球经济的发展，新能源发电技术也迅速发展，汽车行业的转型也直接推动新能源的发展，电动车充电的充电桩、绿色充换电站的应用规模不断扩大，越来越多的分布式新能源需要接入配电网，相较于交流配电网，直流配电网可以直接接入分布式新能源，并在输送容量、可控性及提高供电质量等方面具有更好的性能，非常适合作为大规模、分布式新能源并网的接入载体，成为未来城市配电网发展的趋势。随着分布式新能源装机规模的大。直流侧的容量大幅增加，直流侧电压达±375V，电流最高达4000A广泛应用于大型光伏电站、太阳能制氢、新能源汽车充电桩等行业，故需要直流配电柜进行直流电能的分配，将总输入容量分配给不同电流、电压等级的负荷。

授权公告号为CN202268616U的专利文献公开了一种直流配电柜，包括柜体、多个均布在柜体内的断路器、对称设置在断路器本体上下两端的铜排、以及分别设置在断路器两侧的UK端子和正、负极铜排，每一断路器包括断路器本体、和对称设置在断路器本体上下两端的铜排接线端子，每一组铜排接线端子均与断路器内部电性连接；直流配电柜内的电缆从UK端子引出并分为正极电缆和负极电缆，正极电缆与每个断路器的正极连接，负极电缆与每个断路器的负极连接，最后正极电缆和负极电缆分别汇集到正极铜排和负极铜排上。该直流配电柜总体电路布局形成“n”形，构成最短路线布局，且多处通过铜排连接，使所有电缆都从断路器后面走线，保证了机柜内部走线的整齐美观与安装方便。

但如上述现有技术在内的直流配电柜大多数采用固定柜，功能单元无分隔，一旦某个回路发生故障，会影响其余非故障电路，配置的断路器采用固定式安装，对断路器故障率要求比较高，运行过程中基本不允许更换元件，在供电连续性要求比较高的工业场合，不能对故障的功能单元进行快速更换恢复供电。

实用新型内容

针对现有技术直流配电柜功能单元无分隔、不利于快速更换的问题，本实用新型提供了一种直流开关设备，解决上述问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种直流开关设备，包括受电柜和馈电柜，所述受电柜使用两路电源进线通过两个抽出式结构直流空气断路器分别连接电源的正极和零极、负极和零极，每路所述电源进线间设置有直流电压变送器，所述每路电源进线上设置有分流器，所述馈电柜设置有若干出线回路，每个出线回路设置各自的抽屉单元，所述出线回路分别与垂直母线电连接，每个出线回路配置有避雷器，所述馈电柜为抽屉式柜型，包括设置在柜顶部的水平母线室、设置在柜前部的抽屉小室、设置在柜后部的电缆室、设置在柜前部侧边的计量小室，主母排安装在水平母线室内，每个抽屉单元安装在抽屉小室内，其主回路通过一次静插件挂接出线电缆进电缆室，所述计量小室对应相应的抽屉小室，所述抽屉单元内均设置有动力和控制指示单元，所述动力单元配置直流断路器，所述控制指示单元实现就地及远程分合直流断路器功能并显示断路器状态。

优选的，所述直流空气断路器为四极抽出式直流空气断路器。

优选的，所述直流断路器为四极直流塑壳断路器。

优选的，所述分流器为测量分流器。

优选的，所述分流器为计量分流器。

优选的，所述分流器为保护分流器。

优选的，所述抽屉单元内还设置有保护单元，所述保护单元采用微机保护测控装置，所述微机保护测控装置对供电负荷实现全范围的保护，采集系统的电力参数、执行上位机对开关设备的控制，并预留交换机与上位机通讯，实时监测馈电回路的运行数据，记录馈电回路跳闸时的电流、电压信号，以波形的方式输出，完成故障录波，便于用户对事故的故障分析。

优选的，所述抽屉单元内还设置有测量单元，所述测量单元配置测量分流器、计量分流器及电压变送器，与电力仪表配合，采集高压回路的电压、电流及电能参数并对负荷消耗的电能计量。

优选的，所述抽屉小室的抽屉面板上设置有操作指示牌指示抽屉进出方向。

优选的，所述抽屉小室的抽屉面板上设置有位置显示窗，显示抽屉的分离、试验、连接位置。

本方案提供的一种直流开关设备，通过使用抽出式结构的直流空气断路器，方便故障时更换，减少停电时间保证供电系统的连续性和可靠性。通过正负极都采用断路器，使得保护功能具有独立性，且利于供电系统的分期建设，而且具备不平衡运行能力，在单极故障时不影响另一极正常运行。在直流系统每个单元回路中使用可移式抽屉单元，可使本申请的直流配电柜结构紧凑、组装灵活、并可互换、维护方便，回路故障隔离性好，一个回路的故障不会波及到另一回路，同时保证了供电连续性，电气回路采用标准模块设计，可分别组成多种标准功能单元，用户可根据需要灵活匹配选用，同时能提供多种直流电压等级，整体运行方式较为灵活，多种功能单元可供灵活选用，提升了供电可靠性和灵活性，通过配置智能设备及相关自动化接口，提高了配电电网的智能化水平，便于后期智能电网的建设，使得本申请的直流配电柜高度智能化适应智能化电网发展趋势。

附图说明

图1为一实施例受电柜一次系统图；

图2为一实施例馈电柜一次系统图；

图3为一实施例馈电柜结构正视图；

图4为一实施例馈电柜结构侧透视图；

其中，11-第一直流空气断路器，12-第二直流空气断路器，13-分流器，13a-测量分流器，13b-计量分流器，13c-保护分流器，14-直流电压变送器，15-上触头，16-下触头，17-正极主母线，18-零极主母线，19-负极主母线，112-垂直母线一次接插件，113-垂直母线，114-出线电缆一次接插件，21-抽屉单元，21a-第一抽屉单元，21b-第二抽屉单元，21c-第三抽屉单元，21d-第四抽屉单元，22-直流断路器，26-避雷器，210-电力仪表，211-微机保护测控装置，212-控制指示单元，31-水平母线室，32-抽屉小室，33-电缆室，34-计量小室，35-绝缘母线框，36-机构操作指示牌，37-位置显示窗，311-观察窗，312-一次静插件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例提供了一种技术方案：本实施例的一种直流开关设备，应用于正负极悬浮的双极直流系统，该系统对负荷的电压电流平衡没有影响，不存在交流系统中三相负荷需要电压或电流平衡分配。设备包括受电柜和馈电柜，所述受电柜使用两路电源进线通过两个抽出式结构直流空气断路器分别连接电源的正极和零极、负极和零极，本实施例中，第一直流空气断路器11连接+DC375V正极主母线17和零极主母线18，第二直流空气断路器12连接零极主母线18和-DC375V负极主母线19，主母线采用10*100的双根铜排满足系统额定电流4000A和50KA/1s的短路耐受电流，两个抽出式结构直流空气断路器均采用四极抽出式直流空气断路器，所述抽出式断路器通过断路器本体上的母线插入抽屉座上的桥型触头来连接主回路，所述断路器的上触头15与主母线连接，下触头16与进线电源通过电缆连接。所述直流空气断路器为四极抽出式直流空气断路器，其主触头四极可根据系统电压选择配置为二极串联或三串联，本实施例使用二极串联分别串联作正极、零极或零极、负极，两台直流空气断路器的主触头分别作正极、零极、负极使用，因正极、零极、负极分别在两台断路器上，保护功能可在智能脱扣器上单独设置，任一极故障时，不影响另一极运行。本实施例使用的四极抽出式直流空气断路器还配置有智能控制器，可提供过载、短路、过电压、欠电压等故障的多种保护功能，通过需用值保护、区域联锁等功能实现电网的合理运行、高精确的选择性保护，提高了供电的可靠性及安全性，智能控制器可通过通讯接口，实现遥测、遥控、遥调、遥信的“四遥”数据传输功能。

所述每路电源进线间设置有直流电压变送器，本实施例中，所述直流电压变送器14分别设置于每路电源进线上抽出式结构直流空气断路器上触头15之前和下触头16之后，使用测量范围1000V、4-20mA输出的直流电压变送器用于电压测量。所述每路电源进线上设置有分流器，本实施例中，在第一路电源进线抽出式结构直流空气断路器下触头16之后的零极线路上串联设置有4000A 60mV 0.5级的测量分流器13a和4000A 75mV 0.5级的计量分流器13b，在第一路电源进线抽出式结构直流空气断路器下触头16之后的正极线路上设置有4000A 60mV 0.5级的保护分流器13c；在第二路电源进线抽出式结构直流空气断路器下触头16之后的负级线路上串联设置有4000A 60mV 0.5级的测量分流器13a和4000A 75mV0.5级的计量分流器13b，在第二路电源进线抽出式结构直流空气断路器下触头16之后的零极线路上设置有4000A 60mV0.5级的保护分流器13c。所述直流电压变送器14和分流器13将直流电流和电压按比例转化为仪表和继电保护直接测量的数值，在供电系统发生短路故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统安全。

所述馈电柜为抽屉式柜型，设置有若干出线回路，每个出线回路设置各自的抽屉单元21，抽屉单元21可根据额定电流选择，单个抽屉单元21最大额定电流不大于630A，一般最多配置九个抽屉单元21，功能单元总高度为1800mm，本实施例设置了四个抽屉单元21，所述出线回路分别使用垂直母线一次接插件112与垂直母线113电连接，垂直母线额定电流最大达1250A，出线电缆一次接插件114用于抽屉单元21外出线电缆的连接。每个出线回路在抽屉单元21外出线侧配置有避雷器26，本实施例避雷器额定运行电压1000V、放电电流10KA，限制被保护设备的过电压，使得被保护设备的绝缘免遭损害，并快速切断续流，保证系统安全运行。

所述馈电柜柜体结构参考交流400V低压MNS柜型抽屉柜结构，整体采用C型材组装而成，柜架的全部结构件经过镀锌处理通过自攻锁紧螺钉或8.8级六角螺栓坚固连接成基本柜架，加上对应于方案变化的门、隔板、安装支架以及母线、功能单元等部件组装成完整的开关柜，柜体整体防护等级达IP31，开关柜内部尺寸、零部件尺寸、隔室尺寸均按照模数化(E＝25mm)变化。

馈电柜柜体分隔为四个室，各功能室相互隔离，各室的作用相对独立；隔室分别包括设置在柜顶部的水平母线室31、设置在柜前部的抽屉小室32、设置在柜后部的电缆室33、设置在柜前部侧边的计量小室34，室与室之间用钢板或高强度阻燃塑料功能板相互隔开，上下层抽屉之间有带通风孔的金属板隔离，以有效防止开关元件因故障引起的飞弧或母线与其它线路短路造成的事故。

主母排安装在水平母线室31内，本实施例中材质为T2铜材的正极、零极、负极三种主母排，采用10*100的双根铜排满足系统额定电流4000A和50KA/1s的短路耐受电流，母线采用绝缘母线框35进行固定支撑，提高主电路高短路强度能力；母线的排列相序为从里到外正极、零极、负极，正极、零极、负极，分别采用棕色、淡蓝色、蓝色热缩套管作绝缘处理，增强正负极间的介电强度。

每个抽屉单元21安装在抽屉小室32内，本实施例抽屉层高为25mm的倍数，按1单元200mm、1.5单元300mm、2单元400mm、2.5单元500mm、3单元600mm等尺寸做层高分类，可根据额定电流大小调节，抽屉的宽度和深度尺寸不变，故相同功能单元的抽屉具有互换性。抽屉采用手摇机构带机械联锁电操方案，保证了安全性能和操作灵活性的较高级别。抽屉面板上设置有机构操作指示牌36，指示抽屉进出方向，还设置有位置显示窗37显示抽屉的分离、试验、连接位置。分离位置：抽屉可摇进和摇出，位置显示“分离”摇进抽屉时，要处于分离位置。试验位置：从分离位置顺时针旋转机构，抽屉向前移动到显示“试验”位置，机构的行程开关闭合，二次回路接通，主开关可进行分合闸试验，抽屉锁定不能进出。连接位置：从试验位置顺时针旋转机构，抽屉向前移动到显示“连接”位置，机构的行程开关断开，一二次回路均接通，主开关可进行分合闸，机构锁定，抽屉锁定不能进出；抽屉单元设有位置联锁装置，在断路器合闸状态下操作手摇机构，断路器跳闸，抽屉与门板设有联锁装置，即断路器合闸状态下抽屉门打开，断路器跳闸，避免了因人员误操作接触到带电导体，保证了操作人员人身安全。抽屉单元21的主电路动静插件根据额定电流大小选择，结构形式为同一规格片式结构。

每个抽屉单元21的主回路经计量小室34后通过一次静插件312挂接出线电缆进电缆室33，可满足各种进出线方案要求：上进上出、上进下出、下进上出、下进下出，方便运营人员维护和检修。为了便于电力部门对负荷消耗的电能计量，配置了计量分流器13b，本实施例采用测量精度达0.2级的计量分流器13b，保证计量表准确地记录和显示电度及相关电力参数，有效地管理电能的使用情况。所述计量分流器13b通过铜排连接在此处，进出线的铜排设计按带计量分流器13b的铜排设计，以方便现场计量分流器的拆卸及安装。所述计量小室34对应相应的抽屉小室32，计量小室34内设置计量表计，计量表计用支架安装，计量小室34设置统一的计量室门板，计量室门板上为每个计量小室设置单独的观察窗311，便于运营人员在不打开门板情况下，直接观测记录计量表计数值。

每个抽屉单元可选用不同的电气功能模块组合，组成各个不同的电气方案，满足各种负载电气功能。但所述抽屉单元21内均至少设置有动力和控制指示单元，所述动力单元配置直流断路器22，所述控制指示单元配置控制指示单元212实现就地及远程分合直流断路器功能并显示断路器状态。本实施例中第一抽屉单元21a由动力单元、测量单元、保护单元和控制指示单元组合，第二抽屉单元21b、第三抽屉单元21c、第四抽屉单元21d均由动力单元、测量单元和控制指示单元组合而成。这些抽屉单元21的动力单元均配置四极直流塑壳断路器，直流断路器22内主触头每二极串联满足系统额定电压DC750V，直流断路器22配置磁脱扣器，具有过载、短路保护功能，保护负荷和电源设备不受损坏。所述控制指示单元212根据负荷控制需求，实现就地/远方分合断路器功能，并有指示灯显示断路器的状态，方便运营人员直观观测线路运行工况。所述测量单元配置测量分流器13a及直流电压变送器14，与电力仪表210配合，所述电力仪表采用多功能表，采集高压回路的电压、电流及电能等参数。本实施例中，第一抽屉单元21a采用2*200A 60mV 0.2级的测量分流器13a，第二抽屉单元21b、第三抽屉单元21c、第四抽屉单元21d均采用2*400A 60mV 0.2级的测量分流器13a。所述第一抽屉单元21a还设置有保护单元，所述保护单元采用微机保护测控装置211，对供电负荷实现全范围的保护，采集系统的电力参数、执行上位机对开关设备的控制，本实施例的微机保护测控装置211还支持Modbus、I EC61850、I EC103等通讯协议，实现遥测、遥控、遥调、遥信的“四遥”功能，并预留交换机与上位机通讯接口，实时监测馈电回路的运行数据，记录馈电回路跳闸时的电流、电压信号，以波形的方式输出，完成故障录波，便于用户对事故的故障分析。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流开关设备，包括受电柜和馈电柜，其特征在于：所述受电柜使用两路电源进线通过两个抽出式结构直流空气断路器分别连接电源的正极和零极、负极和零极，每路所述电源进线间设置有直流电压变送器，每路所述电源进线上设置有分流器，所述馈电柜设置有若干出线回路，每个出线回路设置各自的抽屉单元，所述出线回路分别与垂直母线电连接，每个出线回路配置有避雷器，所述馈电柜为抽屉式柜型，包括设置在柜顶部的水平母线室、设置在柜前部的抽屉小室、设置在柜后部的电缆室、设置在柜前部侧边的计量小室，主母排安装在水平母线室内，每个抽屉单元安装在抽屉小室内，其主回路通过一次静插件挂接出线电缆进电缆室，所述计量小室对应相应的抽屉小室，所述抽屉单元内均设置有动力和控制指示单元，所述动力单元配置直流断路器，所述控制指示单元实现就地及远程分合直流断路器功能并显示断路器状态。

2.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述直流空气断路器为四极抽出式直流空气断路器。

3.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述直流断路器为四极直流塑壳断路器。

4.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述分流器为测量分流器。

5.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述分流器为计量分流器。

6.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述分流器为保护分流器。

7.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述抽屉单元内还设置有保护单元，所述保护单元采用微机保护测控装置，所述微机保护测控装置对供电负荷实现全范围的保护，采集系统的电力参数、执行上位机对开关设备的控制，并预留交换机与上位机通讯，实时监测馈电回路的运行数据，记录馈电回路跳闸时的电流、电压信号，以波形的方式输出，完成故障录波，便于用户对事故的故障分析。

8.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述抽屉单元内还设置有测量单元，所述测量单元配置测量分流器、计量分流器及电压变送器，与电力仪表配合，采集高压回路的电压、电流及电能参数并对负荷消耗的电能计量。

9.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述抽屉小室的抽屉面板上设置有操作指示牌指示抽屉进出方向。

10.根据权利要求1所述的一种直流开关设备，其特征在于：所述抽屉小室的抽屉面板上设置有位置显示窗，显示抽屉的分离、试验、连接位置。