CN2796201Y - 一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，将这些元件加以组合而成为本气体绝缘金属封闭开关设备，底架置于基础上，可调的三极断路器与底架连接，其上端与电流互感器连接，电流互感器与可水平方向移动的隔离开关相连，然后，又与电缆终端箱相连，电缆终端箱的下部引出高压电缆，接地开关设于隔离开关上，断路器的下端通过可垂直移动的隔离开关与母线相连，另一接地开关设于隔离开关与断路器之间，可调的母线及电缆终端箱均与底架接，断路器操动机构及就地控制柜设于断路器的一侧。本实用新型的优点是结构简单，性能优良，占地少，而且投资小。

Description

一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关

技术领域

本实用新型涉及一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，作为气体绝缘变电装置，可广泛用于各种形式的变电站，在电力系统中，主要作为变电站的电力设备和输电线路的控制、保护和测量用，属于变电站开关设备技术领域。

背景技术

目前敞开式变电站开关设备是由敞开式断路器、敞开式隔离开关和接地开关、电流互感器、避雷器、电压互感器等独立元件通过高压引线连接在一起，其缺点是占地面积大，受外界环境影响大，产品可靠性差。

发明内容

本实用新型的目的是发明一种结构简单，性能优良，占地少而生产成本又相对便宜的三极共筒式气体绝缘金属封闭开关。

为实现以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，由断路器、电流互感器、隔离开关、隔离开关、接地开关、母线、电缆终端箱、断路器操动机构及就地控制柜、底架、基础组成，底架置于基础上，可调的三极断路器与底架连接，其上端与电流互感器连接，电流互感器与可水平方向移动的隔离开关相连，然后，又与电缆终端箱相连，电缆终端箱的下部引出高压电缆，接地开关设于隔离开关上，断路器的下端通过可垂直移动的隔离开关与母线相连，另一接地开关设于隔离开关与断路器之间，可调的母线及电缆终端箱均与底架接，断路器操动机构及就地控制柜设于断路器的一侧。

随着电力工业的不断发展，要求高压开关设备逐步向结构简单紧凑、电气元件复合型、大容量、可靠性高、少维修或免维修的方向发展，而运行的需要，又要求高压开关设备产品具有标准化、通用化、系列化。本实用新型采用将诸多高压元件既组合又封闭，采用了新结构的连接元件，消灭了开关容器内部的死空间，开发各种元件，要求断路器开断和关合短路电流，要求隔离开关作为高压隔离元件，要求接地开关作为检修时的安全保护装置，或能关合故障电流，要求电流互感器作为电流测量和电流保护装置，要求电压互感器作为电压测量和电压保护装置，避雷器作为防雷保护装置，母线作为汇流设备，以及用套管、电缆终端等作为进、出线元件，根据自能灭弧原理，而且利用SF₆气体优异的绝缘和灭弧性能作为灭弧和绝缘介质，发明了三极共筒式断路器，并将这些元件加以组合而成为本气体绝缘金属封闭开关设备，由于SF₆气体是用于高压构件与地之间的绝缘，所以，高压构件与地之间所需的绝缘距离比空气绝缘开关设备要小得多，因而，大大节省了变电站面积，带来巨大的综合效益，随着电压升高，这种综合效益更加显著，与敞开式电站相比，126kV的气体绝缘变电装置占地面积约为它的1/10，这对于高压进城非常有利，因为城区寸土寸金、征地难且费用昂贵。

本实用新型的优点是：

1)占地面积小，运行可靠，降低了电站建设资金的投入；

2)充分利用电弧的“堵塞效应“，有效地提高了机械效率，最大限度地降低了所需的操作功，做到免维修或少维修，断路器的短路开断电流达到40kA。

附图说明

图1为一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关外形图；

图2为一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关结构示意图；

图3为一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关俯视图；

图4为断路器及其操动机构结构示意图；

图5为断路器单极灭弧装置结构示意图；

图6为隔离开关3结构示意图；

图7为隔离开关3侧视图；

图8为接地开关5结构示意图；

图9为隔离开关4结构示意图；

图10为隔离开关4俯视图；

图11为接地开关6结构示意图；

图12电流互感器结构示意图；

图13为端子箱接线图；

图14为母线结构示意图；

图15为电缆终端箱结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例

如图1、2、3所示，为一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关结构示意图，所述的三极共筒式气体绝缘金属封闭开关由断路器1、电流互感器2、隔离开关3、隔离开关4、接地开关5、6、母线7、电缆终端箱8、断路器操动机构及就地控制柜9、底架10、基础11组成，有一个公用的金属材料制成的底架10，底架10用型材诸如槽钢、H型钢或者工字钢制成。由于公用同一底架，使得本产品的整体性良好。底架10置放于基础11上，三极断路器1用可调的连接方式与底架10连接，其上端与电流互感器2连接，电流互感器2与可水平方向移动的隔离开关3相连，然后，又与电缆终端箱8相连，电缆终端箱8的下部引出高压电缆105，接地开关5、6安装于隔离开关3上，断路器1的下端通过可垂直移动的隔离开关4与母线7相连，另一接地开关5安装于隔离开关4与断路器1之间，母线7及电缆终端箱8均用可调的连接方式与底架10连接，断路器操动机构及就地控制柜9设于断路器1的一侧。

如图4所示，为断路器及其操动机构结构示意图；所述的断路器1由三极断路器的灭弧室13、14、15呈品字形安装于气密性的外壳12内后垂直设于支撑18上，断路器1的上、下两端通过导体16、17分别从外壳12的两侧引出，弹簧操动机构21安装在断路器操动机构及就地控制柜9中，通过连接机构24将机构合闸输出拐臂22、机构分闸弹簧连接拐臂23与断路器输入拐臂25连接，合闸弹簧19和分闸弹簧20设于弹簧操动机构21上端，这种布置使断路器的结构紧凑，体积更小，采用直接的连接方式，不但传动环节少，而且，断路器的受力状态好，传动效率高，利用弹簧机构较小的操作功，就能获得断路器良好的速度特性和开断性能。

如图5所示，为断路器单极灭弧装置结构示意图，所述的三极断路器的灭弧室13、14、15分别由下部支持件26及动触头系统27、静触头系统28三部分组成，动触头系统27安装于下部支持件26和静触头系统28之间，动触头系统27主要由拉杆、动弧触头、主动触头及喷口组成，静触头系统28主要由静弧触头、主静触头及上部套筒组成，腔中充满SF₆气体。

灭弧的原理是这样的：

当断路器1接到分闸命令时，在操动机构分闸弹簧20的作用下，带动机构的分闸弹簧连接拐臂23、连接机构24及断路器的输入拐臂25运动，同时带动了断路器的动触头系统27向下运动，主动触头、动弧触头、喷口、拉杆等部件在运动过程中，主静触头先与主动触头分离，电流从主静触头与主动触头转移到仍然闭合的动、静弧触头上，当弧触头分离时，形成了电弧。

本断路器为自能灭弧室结构，采用了SF₆气体的气吹压力与开断电流相适应的原理：

1)开断短路电流时—充分利用电弧的“热膨胀作用”原理

断路器1从结构上有两个气室，即热膨胀室和压气室，在开断短路电流时，由于电流大，故电弧的能量大，因此，充分利用热膨胀室的作用，在热膨胀室内形成低温高压的气体，当电流过零时，高压气体通过喷口吹向断口间的电弧使之冷却并熄灭。

2)开断小电流时—主要利用压气式原理

在开断几千安及以下的小电流时，由于电弧的能量小，因而，在热膨胀室内形成的压力较低，而压气室内的压力较高，在电流过零时，压气室内被压缩的、具有一定压力的气流吹向电弧，使之冷却并熄灭。

其工作原理：

a)分闸操作

合闸时机构的合闸弹簧19及分闸弹簧20均已储能，当分闸线圈接到分闸命令后带电，跳闸电磁铁被激磁，拐臂22和拐臂23由分闸弹簧20施加顺时针方向的旋转力矩，在旋转力矩的作用下，拐臂22和拐臂23带动连接机构24进行顺时针方向运动，拐臂25将进行反时针方向运动，同时驱动断路器灭弧室的动触头部分向下运动，直至完成三相分闸操作。

b)合闸操作

当合闸线圈接到合闸命令后带电，合闸电磁铁被激磁，拐臂22和拐臂23由合闸弹簧20施加反时针方向的旋转力矩，在旋转力矩的作用下，拐臂22和拐臂23带动连接机构24进行反时针方向运动，拐臂25将进行顺时针方向运动，同时驱动断路器灭弧室的动触头部分向上运动，直至完成三相合闸操作。

c)重合闸操作

断路器1合闸到位后，机构内的电机立即起动，对合闸弹簧进行储能，故断路器可以执行标准规定的0-0.3s-CO重合闸操作。

断路器1采用了自能灭弧原理，开发了双喷口、双气室的灭弧室，充分利用电弧本身的能量，来产生吹弧效应，实现了气吹压力与开断电流相适应这一可靠的自能灭弧方式。

断路器的优点为：

(1)由于良好的电场设计及其与运动特性的理想配合，其开断容性电流无重击穿；

(2)适宜的气流特性，使其开断感性电流几乎无截流过电压；

(3)采用气吹压力与开断电流相适应熄弧原理，使其在开断额定短路电流及其它任何故障电流时，均有可靠的开断性能和充裕的燃弧时差；

(4)继承了压气式断路器的结构优点，具有尽可能少的灭弧室零部件，使产品具有更高的电气可靠性。

根据用户运行的需要，可以有多种断路器的型式，例如，在外壳的上侧和下侧都安装电流互感器，或者，进、出线放在断路器外壳的两侧等。

如图6、7所示，为隔离开关3结构示意图，所述的隔离开关3的外壳29的两侧分别与绝缘子30、31相连，而外壳29的上端孔与法兰32用气密性的螺栓连接，动触头系统33通过导体34置于绝缘子30上，静触头系统57通过导体35置于绝缘子31上，隔离开关3在合、分操作过程中，将沿着水平轴线36作直线运动，绝缘拉杆37分别穿过屏蔽罩38，同时又通过转轴密封39与操动机构9相连，导体40通过导体34连接在绝缘子30上，绝缘子30与法兰板41用气密螺栓连接，导体42通过导体35连接在绝缘子31上，绝缘子31与电缆终端箱8的法兰板43用气密螺栓连接，在导体40的下方沿轴线48方向装有触头座49、梅花触头50、屏蔽罩51，这些元件组成了接地开关5的静触头系统。同样，在导体42的下方沿轴线52方向装有触头座49、梅花触头50、屏蔽罩51，这些元件组成了接地开关5的静触头系统。

当隔离开关3合闸时，电流将从导体34、导体40、动触头部分44及静触头部分45、导体42、导体34流过；当隔离开关3分闸时，在屏蔽罩46及屏蔽罩47之间有一定的拉开距离，此距离即隔离开关3的“断口开距”，隔离开关3的断口应能耐受正常运行的电压、工频耐受电压及雷电冲击电压。

如图8所示，为接地开关5结构示意图，所述的接地开关5的动触头系统55置于外壳52中，转轴密封54与操动机构9相连，外壳52通过密封法兰53与隔离开关3的外壳29连接，操动机构9为弹簧机构，布置于接地开关3的正前方，便于操作及维修。在需要进行合闸时，在操动机构9的带动下，接地开关3的三极动触头系统55沿轴线56向上运动，直到进入接地开关5，并插入接地开关的静触头系统内。

为了满足用户运行的不同需要，按接地开关在不同的安装位置，例如隔离开关3右侧的接地开关5是处于进线侧，可以装有弧触头57，当接地开关5关合时，该接地开关具有关合故障电流的能力。

如图9、10所示，为隔离开关4结构示意图，所述的隔离开关4的外壳58内的左侧及下侧分别与绝缘子59、60相连，外壳58的上端设有法兰61，右孔的法兰通过密封法兰与接地开关6连接在一起，动触头系统63通过导体64安装于绝缘子59上，静触头系统72通过导体65安装于绝缘子60上，隔离开关4在合、分操作过程中，将沿着垂直轴线66及67作上、下的直线运动，绝缘拉杆68分别穿过屏蔽罩69，通过转轴密封70与操动机构9相连，导体71通过导体64连接在绝缘子59上，绝缘子60则与母线7的外壳73用气密螺栓连接，而静触头系统72通过导体65连接在绝缘子60上，在导体71的末端沿轴线77方向装有触头座78、梅花触头79、屏蔽罩80，这些元件组成了接地开关6的静触头系统。

当隔离开关4合闸时，电流将从导体64、导体71、动触头部分74及静触头部分72、导体65流过；当隔离开关4分闸时，在屏蔽罩75及屏蔽罩76之间有一定的拉开距离，此距离即隔离开关的“断口开距“，隔离开关的断口应能耐受正常运行的电压、工频耐受电压及雷电冲击电压。

如图11所示，为接地开关6结构示意图，接地开关6与接地开关5具有完全一样的结构，只是接地开关5装在隔离开关4的上方，接地开关6装在气密性外壳52中，通过密封法兰53，用气密螺栓将接地开关5的外壳52与隔离开关4的外壳58连接在一起，三极接地开关6的动触头系统55通过转轴密封54与操动机构9相连，操动机构9可以是电动或弹簧机构，操动机构9布置于接地开关6的正前方，便于操作及维修，在需要进行合闸时，在操动机构9的带动下，接地开关6的三极动触头系统55沿轴线77向下运动，直到进入隔离开关4，并插入接地开关6的静触头系统内。

隔离开关3、4及接地开关5、6具有下列特征：

1)按电流走向的需要，隔离开关3或隔离开关4可以是直线型，直角型，可以装在任意位置；

2)按照需要，接地开关5、6可以装在隔离开关3、4的下方(如接地开关5)，也可装在隔离开关的上方(如接地开关6，)，而且，隔离开关3在更换外壳后，也可将接地开关装在上方，因此，隔离开关和接地开关的装配结构紧凑，占有空间小；

3)隔离开关3、4及接地开关5、6统一安装在本体的正面，既美观，又便于安装、操作、维修，又可以缩小间隔间的距离。

由于以上的特征，缩小了本产品的体积。

如图12、13所示，电流互感器结构示意图，所述的电流互感器2的二次线圈和铁心79分别装套在具有电场屏蔽作用的筒子80上，三极导体81及82从筒子80中间穿过组成了环形铁心的母线式电流互感器，导体81和82穿过外壳78的左法兰83进入断路器1的外壳12内，并与断路器1的上侧导体16连接，外壳法兰83与断路器1的上侧法兰用气密螺栓连接，右侧法兰84通过隔离开关3的绝缘子30与外壳29的左法兰41连接，每极的二次线圈的引出线通过气密性的密封端子85从端子箱86引到就地控制柜9上，供用户使用。本实用新型的二次出线全放在电流互感器2的后侧，这样，就可以缩小间隔间的距离，又给用户带来方便。

根据用户运行的需要，可以实现不同的线圈组合，例如，测量线圈和保护线圈的不同组合，或者，不同的额定一次电流、不同的变比、限值系数、容量等。

如图14所示，为母线结构示意图，所述的母线7的外壳87通过绝缘子60与隔离开关4的外壳73连接，母线7的三极导体88、89、90通过导体65置于绝缘子60上，具有电场屏蔽作用的三个屏蔽罩91、92、93则通过螺栓设于三极导体88、89、90外，而作为母线汇流用的三极导体94、95、96设于屏蔽罩91、92、93内。

根据用户需要，可以是双母线，这时，两段同样的母线并排并连在一起，每段母线上有隔离开关，并组装一台接地开关。

如图15所示，为电缆终端箱结构示意图，所述的电缆终端箱8外壳97通过绝缘子31与隔离开关3的外壳29连接，电缆终端的三极导体98、99通过隔离开关3的导体35安装在隔离开关3的绝缘子31上，三极导体100、101垂直安装在电缆105的绝缘筒102、103上，导体100、101通过梅花触头104、触头座106与导体98、99连接，组成了电流回路，屏蔽罩107置于梅花触头104外，屏蔽罩107起着电场屏蔽的作用。

根据用户需要，可以采用SF₆/空气套管，或者，当需要与变压器连接时，采用SF₆/油套管。

本实用新型为高压开关设备，广泛用于各种形式的变电站，在电力系统中，主要作为变电站的电力设备和输电线路的控制、保护和测量用，在电站中，作为输变电设备，将高压电(如252kV)通过降压变压器降压后转换为126kV，然后再通过降压变压器转换为40.5/10kV，供给用户使用，在此过程中，本产品起着控制和保护作用。

当需要正常送电时，进线间隔的断路器1和隔离开关3、4将合闸，而接地开关5、6将分闸，电流将从进线侧元件电缆105或套管引入，通过进线隔离开关3、4、电流互感器2、断路器1、母线隔离开关进入主母线7，然后，从主母线7分流到各出线间隔，例如，从母线7→母线隔离开关3、4→断路器1→电流互感互感器2可以进行电流测量，电压互感器2可以进行电压测量。

当发生故障时，例如，发生短路故障时，断路器1能将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行，而通过电流互感器2则可以启动电流保护，作过电流保护，过负荷保护，而通过电压互感器则可以启动电压保护，例如，低电压保护，失压保护等等，在必要时，避雷器可以进行防雷保护。

当电站需要进行维修时，可以根据电网运行的需要，利用断路器1把一部分电力设备或线路投入或推出运行，当停电进行维修时，将断路器1、隔离开关3、4分闸，断路器1两侧的接地开关5、6合闸，就可以安全地检修断路器。

Claims (9)

1.一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，由断路器(1)、电流互感器(2)、隔离开关(3)、隔离开关(4)、接地开关(5、6)、母线(7)、电缆终端箱(8)、断路器操动机构及就地控制柜(9)、底架(10)、基础(11)组成，底架(10)置于基础(11)上，可调的三极断路器(1)与底架(10)连接，其上端与电流互感器(2)连接，电流互感器(2)与可水平方向移动的隔离开关(3)相连，然后，又与电缆终端箱(8)相连，电缆终端箱(8)的下部引出高压电缆(105)，接地开关(5、6)设于隔离开关(3)上，断路器(1)的下端通过可垂直移动的隔离开关(4)与母线(7)相连，另一接地开关(5)设于隔离开关(4)与断路器(1)之间，可调的母线(7)及电缆终端箱(8)均与底架(10)连接，断路器操动机构及就地控制柜(9)设于断路器(1)的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的断路器(1)由三极断路器的灭弧室(13、14、15)呈品字形置于气密性的外壳(12)内后垂直设于支撑(18)上，断路器(1)的上、下两端通过导体(16、17)分别从外壳(12)的两侧引出，弹簧操动机构(21)设于机构箱(9)中，通过连接机构(24)将机构合闸输出拐臂(22)、机构分闸弹簧连接拐臂(23)与断路器输入拐臂(25)连接在一起，合闸弹簧(19)和分闸弹簧(20)设于弹簧操动机构(21)上端。

3.根据权利要求2所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的三极断路器的灭弧室(13、14、15)分别由下部支持件(26)及动触头系统(27)、静触头系统(28)三部分组成，动触头系统(27)置于下部支持件(26)和静触头系统(28)之间。

4.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的隔离开关(3)的外壳(29)的两侧分别与绝缘子(30、31)相连，而外壳(29)的上端孔与法兰(32)用气密性的螺栓连接，动触头系统(33)通过导体(34)置于绝缘子(30)上，静触头系统(57)通过导体(35)置于绝缘子(31)上，绝缘拉杆(37)分别穿过屏蔽罩(38)，同时又通过转轴密封(39)与操动机构(9)相连，导体(40)通过导体(34)连接在绝缘子(30)上，绝缘子(30)与法兰板(41)用气密螺栓连接，导体(42)通过导体(35)连接在绝缘子(31)上，绝缘子(31)与电缆终端箱(8)的法兰板(43)用气密螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的接地开关(5)的动触头系统(55)置于外壳(52)中，转轴密封(54)与操动机构(9)相连，外壳(52)通过密封法兰(53)与隔离开关(3)的外壳(29)连接。

6.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的隔离开关(4)的外壳(58)内的左侧及下侧分别与绝缘子(59)、(60)相连，外壳(58)的上端设有法兰(61)，右孔的法兰通过密封法兰(62)与接地开关(6)连接在一起，动触头系统(63)通过导体(64)置于绝缘子(59)上，静触头系统(72)通过导体(65)设于绝缘子(60)上，绝缘拉杆(68)分别穿过屏蔽罩(69)，通过转轴密封(70)与操动机构(9)相连，导体(71)通过导体(64)连接在绝缘子(59)上，绝缘子(60)则与母线(7)的外壳(73)用气密螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的电流互感器(2)的二次线圈和铁心(79)分别设于具有电场屏蔽作用的筒子(80)上，三极导体(81)及(82)从筒子(80)中间穿过组成了环形铁心的母线式电流互感器，导体(81)和(82)穿过外壳(78)的左法兰(83)进入断路器(1)的外壳(12)内，并与断路器(1)的上侧导体(16)连接，外壳法兰(83)与断路器(1)的上侧法兰用气密螺栓连接，右侧法兰(84)通过隔离开关(3)的绝缘子(30)与外壳(29)的左法兰(41)连接。

8.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的母线(7)的外壳(87)通过绝缘子(60)与隔离开关(4)的外壳(73)连接，三极导体(88、89、90)通过导体(65)置于绝缘子(60)上，具有电场屏蔽作用的三个屏蔽罩(91、92、93)则通过螺栓设于三极导体(88、89、90)外，而作为母线汇流用的三极导体(94、95、96)设于屏蔽罩(91、92、93)内。

9.根据权利要求1所述的一种三极共筒式气体绝缘金属封闭开关，其特征在于，所述的电缆终端箱(8)外壳(97)通过绝缘子(31)与隔离开关(3)的外壳(29)连接，电缆终端的三极导体(98、99)通过隔离开关(3)的导体(35)置于隔离开关(3)的绝缘子(31)上，三极导体(100、101)垂直置于电缆(105)的绝缘筒(102、103)上，导体(100、101)通过梅花触头(104)、触头座(106)与导体(98、99)连接，组成了电流回路，屏蔽罩(107)置于梅花触头(104)外。

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