CN2812359Y - 气体绝缘户内交流高压开关设备 - Google Patents

Abstract

一种气体绝缘户内交流高压开关设备，金属封闭开关设备采用主回路与操动机构一体化设计的专用真空断路器、三工位隔离开关，主回路共同装于充气金属封闭壳体内；金属封闭壳体与电缆室设有压力释放通道；三工位开关和断路器的操动机构部分置于气室外部的操作机构室外部；本实用新型通过采用气体绝缘和箱型结构的结合，减小了开关设备的体积和占地面积，通过CAE工具分析计算，在电场、机构传动以及结构强度等方面进行优化设计后，确定的断路器及三工位隔离开关主导电回路的特殊布置方式使得产品具有高可靠性，独特的气室外贯穿主母线结构使得高压母线在空气中的绝缘结构十分可靠。本实用新型具有结构紧凑、体积小、环境适应性强、性能可靠、寿命长及所需维护少等优点。

Description

气体绝缘户内交流高压开关设备

技术领域

本实用新型涉及电力设备领域，特别是一种气体绝缘、不锈钢金属外壳封闭(以下简称气室)的户内交流高压开关设备。

背景技术

目前国内40.5kV户内交流高压电力开关设备存在着体积过大，功能不够完善、设计精度低、可靠性差、绝缘强度较低及维护工作量大等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种气体绝缘户内交流高压开关设备，通过气体绝缘和箱型结构的结合采用，减小了开关设备的体积和占地面积，通过CAE工具分析计算，在电场、机构传动以及结构强度等方面进行优化设计后，确定的断路器及三工位隔离开关主导电回路的特殊布置方式使得产品具有高可靠性，独特的气室外贯穿主母线结构使得高压母线在空气中的绝缘结构十分可靠。本实用新型具有结构紧凑、体积小、环境适应性强、性能可靠、寿命长及所需维护少等优点。

本实用新型的目的是这样实现的；一种气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：金属封闭开关设备采用主回路与操动机构一体化设计的专用真空断路器、三工位隔离开关，主回路共同装于充气金属封闭壳体内；金属封闭壳体与电缆室设有压力释放通道；三工位开关和断路器的操动机构部分置于气室外部的操作机构室外部；三工位隔离开关(4)和断路器(5)的主回路部分安装在气室(11)前板的内侧，并由其支撑和固定，通过汇流母线与母线联络装置(13)连接；开关设备内部高压导体均处于内部充有一定气压的绝缘气体SF6气室(11)中；气室(11)采用不锈钢板气密性焊接而成，具有矩形外观形式的金属封闭壳体；布置在气室(11)内部的主母线是通过母线联络装置(13)与相邻开关设备连接；专用电缆插接件(10)气密地贯穿气室内外，实现主回路与外部电缆的可靠连接；电缆室(7)连接布置于气室(11)的下方，其中装有电流互感器(9)和外部电缆(8)；三工位隔离开关(4)和断路器(5)的操动机构部分置于操作机构室(6)中，通过焊接于气室(11)外前板外侧的螺柱连接和固定，利用焊接气室(11)上的金属波纹管来实现气密地连接和传动；气室(11)设有出口置于开关设备顶部的压力释放装置(15)；气室(11)内装有干燥剂(12)用以保证其内气体的绝缘性能；气室(11)上安装有气压表(3)，通过仪表室(2)可以方便的观察气室(11)内部工作气压；气室(11)置于角钢焊接成的基础安装架上，便于更换额定参数相同和结构相同而需要更换的气室(11)。

-所述的断路器及三工位开关主回路布置方式采取了独特的断路器主回路元件并行横置摆放方式，三项主回路均通过专用绝缘筒安装在气室(11)前板内侧垂直大平面上，三工位隔离开关的动端支点放在断路器(5)的主回路绝缘筒上。

-所述的断路器(5)的一次导电回路主体部件置于浇铸成型的绝缘筒(22)内部，外部采用SF6气体绝缘；相间绝缘及主回路上下支座间连接件合二为一；三工位隔离开关的主回路(21)部分置于气室(11)内部，动端主回路部分采用经过独特设计的两片式结构；动端与波纹管传动杆采用高绝缘强度的带伞裙绝缘杆件连接传动，传动杆通过近似直线运动带动动端主回路运动；动端主回路运动部分与断路器下出线通过动触头加紧形式的导电配合联接，并固定支撑在断路器专用绝缘筒(22)上；三工位隔离开关的的静端通过汇流铜母线与气室(11)内的主母线连接，接地刀鼓定于气室(11)内侧可靠接地；断路器(5)操动机构采用凸轮摇杆和四连杆及变直机构三级传动构成；三工位隔离开关操动机构置于气室(11)外部的操作机构室(6)内；该操作机构采用三工位电机齿轮机构，由电机带动行星齿轮机构传动减速，经过涡轮联杆装置转化输出动作为近似直线运动方式；机构与气室(11)内三工位隔离开关的主回路部分(21)之间的传动连接采用波纹管形式。

-所述的断路器专用绝缘筒(22)置于气室(11)内的绝缘介质中，通过焊接于金属封闭壳体前板内侧的螺柱和支座固定在内部；绝缘筒(22)采用筒状结构，使用APG工艺浇注，在三工位隔离开关静端安装面(31)和动端安装面(32)附近，在特定的位置增加了绝缘防护用的一体式结构挡板，同时，在绝缘筒安装面(33)使用特殊形式的嵌件，为绝缘筒提供了稳定的支撑。

-所述的气室(11)内外贯穿主母线结构由专用母线连接装置(41)、空芯棒状母线(42)、和专用绝缘套管(43)三部分组成；气室(11)之间的母线联接导体特定截面形式的采用空芯棒状母线(42)，空芯棒状母线(42)通过膨胀接触弹簧与专用母线连接装置(41)的出线端连接；空芯棒状母线(42)空气中暴露部分包覆专用绝缘套管(43)，

-所述的专用母线连接装置(41)气密地安装于气室(11)两侧壁内侧，在浇铸而成的内部埋设了形状独特的屏蔽层绝缘件内部将高压母线引出，使得专用母线联接装置(41)在一个较小的空间里具有了很高的电压耐受能力。

-所述的专用绝缘套管(43)包覆在空芯棒状母线(42)在空气中暴露部分外部，中部压强集中部位增加了特殊截面形状和特定材质的应力锥，应力锥结构确保贯穿主母线空气中暴露部分的外部绝缘强度具有较大的裕度。

由于有上述结构使得本实用新型通过气体绝缘和箱型结构的结合采用，减小了开关设备的体积和占地面积，通过CAE工具分析计算，在电场、机构传动以及结构强度等方面进行优化设计后，确定的断路器及三工位隔离开关主导电回路的特殊布置方式使得产品具有高可靠性，独特的气室外贯穿主母线结构使得高压母线在空气中的绝缘结构十分可靠。本实用新型具有结构紧凑、体积小、环境适应性强、性能可靠、寿命长及所需维护少等优点。

附图说明

图1(A)、图1(B)为本实用新型的开关设备柜体外形及结构示意图；

图中，1-安装弯板；2-仪表室；3-气压表；4-三工位隔离开关；5-断路器；6-操作机构室；7-电缆室；8-外部电缆；9-电流互感器；10-电缆插接件；11-气室；12-干燥剂；13-母线联络装置；14-前门；15-压力释放装置。

图2为断路器及三工位隔离开关示意图；

21-三工位隔离开关的主回路部分；22-绝缘筒；23-传动杆；

24-断路器操作机构；25-合闸弹簧；26-分闸弹簧。

图3为断路器绝缘筒结构图；

31-静端安装面；32-动端安装面；33-绝缘筒安装面。

图4为气室内外贯穿主母线机构示意图。

41-专用母线连接装置；42-空芯棒状母线；43-专用绝缘套管。

具体实施方式

参见图1(A)、图1(B)；本实用新型的外形尺寸(长×宽×高)为：800mm×1550mm×2400mm，体积不到相同电压等级空气绝缘开关设备的二分之一。本实用新型顶部设有用来安装贯穿小母线和设备铭牌的安装弯板(1)，用于安状视窗及智能操作保护装置的前门(14)分为上、下两部分，左、右侧均安装有异形板金属装饰条，用以安装合页及门锁。金属封闭开关设备的主回路与操动机构采用一体化结构，分别安装在气室(11)内外。三工位隔离开关(4)和断路器(5)的主回路部分安装在气室(11)前板的内侧，并由其支撑和固定，通过汇流母线与母线联络装置(13)连接。开关设备内部高压导体均处于内部充有一定气压的绝缘气体SF6气室(11)中。气室(11)采用不锈钢板气密性焊接而成，具有矩形外观形式的金属封闭壳体。完全布置在气室(11)内部的主母线与相邻开关设备的连接是通过母线联络装置(13)来实现的。专用电缆插接件(10)气密地贯穿气室内外，实现主回路与外部电缆的可靠连接。电缆室(7)连接布置于气室(11)的下方，其中装有电流互感器(9)和外部电缆(8)。三工位隔离开关(4)和断路器(5)的操动机构部分置于操作机构室(6)中，通过焊接于气室(11)外前板外侧的螺柱连接和固定，利用焊接气室(11)上的金属波纹管来实现气密地连接和传动。气室(11)设有出口置于开关设备顶部的压力释放装置(15)，可有效地保护操作人员的人身安全。气室(11)内装有干燥剂(12)用以保证其内气体的绝缘性能。气室(11)上安装有气压表(3)，通过仪表室(2)可以方便的观察气室(11)内部工作气压。气室(11)置于角钢焊接成的基础安装架上，便于更换额定参数相同和结构相同而需要更换的气室(11)。

本实用新型的断路器(5)和三工位隔离开关(4)主导电回路是通过在CAE电场分析结果的指导下结合实际试验结果进行有目的的优化调整，主回路布置方式采取了独特的断路器主回路元件并行横置摆放方式，三项主回路均通过专用绝缘筒安装在气室(11)前板内侧垂直大平面上，三工位隔离开关的动端支点放在断路器(5)的主回路绝缘筒上，安装基准单一，断路器整体精度高，可靠性得到有效保证，改善了工作时气室(11)内部电场分布条件。

参见图1(A)图1(B)、图2，断路器(5)的一次导电回路主体部件置于浇铸成型的绝缘筒(22)内部，外部采用SF6气体绝缘。相间绝缘及主回路上下支座间连接件合二为一。三工位隔离开关的主回路(21)部分置于气室(11)内部，动端主回路部分采用经过独特设计的两片式结构，其经过CAE电场分析优化的特殊截面形式，有效改善动端附近的电场分布情况，保证了开关设备的高绝缘强度，此种结构同时采用两侧碟簧压紧，保证三工位隔离开关(4)具有稳定可靠的通流能力；动端与波纹管传动杆采用高绝缘强度的带伞裙绝缘杆件连接传动，传动杆通过近似直线运动带动动端主回路运动；动端主回路运动部分与断路器下出线通过动触头加紧形式的导电配合联接，并固定支撑在断路器专用绝缘筒(22)上，改善动端主回路附近的电场分布，提高三工位隔离开关的整体绝缘强度；三工位隔离开关的的静端通过汇流铜母线与气室(11)内的主母线连接，接地刀鼓定于气室(11)内侧可靠接地。

本实用新型的断路器(5)及三工位隔离开关(4)结构特征是：断路器(5)操动机构采用凸轮摇杆和四连杆及变直机构三级传动构成。在工作过程中，电动机带动齿轮离合器传动机构拉伸合闸簧(25)储能，储能轴在轴承离合器的作用下单向储能，发生停电时不会反转。储能到位后电机联锁压动开关切断电机电源，同时齿轮离合器自动脱离。当给出合闸信号后，分闸电磁铁推动储能保持挚子，合闸簧(25)释放能量，从而带动合闸凸轮旋转，推动输出组件运动，带动断路器大轴和传动杆(23)运动，使断路器合闸，同时分闸簧和触头簧储能。当给出分闸信号后，分闸电磁铁推动合闸保持挚子，分闸簧和触头簧释放能量，带动断路器大轴和传动杆(23)运动，使得断路器分闸。分和机构合而为一，取代了传统弹簧机构的分离式分、合机构，传动环节减少，降低了故障出现的几率。断路器机构的连锁部分与分合挚子联动，在合闸位置，与合挚子联动的连锁片被合闸联锁杆阻挡，保证了合闸过程中的连锁问题。用户可在断路器不经调整的情况下，直接投入运行。

三工位隔离开关操动机构置于气室(11)外部的操作机构室(6)内。该操作机构采用经过特殊设计的三工位电机齿轮机构，由电机带动行星齿轮机构传动减速，经过涡轮联杆装置转化输出动作为近似直线运动方式。机构与气室(11)内三工位隔离开关的主回路部分(21)之间的传动连接采用波纹管形式，实现气密性连接和传动。

参见图1、图2、图3，本实用新型断路器专用绝缘筒(22)作为断路器(5)和三工位开关(4)主回路部分的绝缘支持件，断路器专用绝缘筒(22)置于气室(11)内的绝缘介质中，通过焊接于金属封闭壳体前板内侧的螺柱和支座固定在内部。绝缘筒(22)采用筒状结构，使用APG工艺浇注，保证支撑强度和绝缘性能。作为主回路支撑件其电压耐受能力和绝缘性能的优劣对于开关设备的绝缘水平有着至关重要的影响。为了提高断路器专用绝缘筒(22)的绝缘强度，改进了电极形状，改善场强分布提高局部的击穿电压。具体在三工位隔离开关静端安装面(31)和动端安装面(32)附近，根据CAE电场分析的结果，对绝缘筒的的外形和结构进行优化，在特定的位置增加了绝缘防护用的一体式结构挡板，明显改善了电场分布，相比标准要求绝缘水平有着很大的裕度。同时，在绝缘筒安装面(33)使用特殊形式的嵌件，在不影响绝缘性能的前提下，为绝缘筒提供了稳定的支撑。

参见图4，气室(11)内外贯穿主母线结构由专用母线连接装置(41)、空芯棒状母线(42)、和专用绝缘套管(43)三部分组成。气室(11)之间的母线连接导体特定截面形式的采用空芯棒状母线(42)，空芯棒状母线(42)通过膨胀接触弹簧与专用母线连接装置(41)的出线端连接，有效保证了贯穿主母线的载流能力。空芯棒状母线(42)空气中暴露部分包覆专用绝缘套管(43)，可靠解决了高压带电部分在空气中的绝缘问题。

专用母线连接装置(41)气密地安装于气室(11)两侧壁内侧，在浇铸而成的内部埋设了形状独特的屏蔽层绝缘件内部将高压母线引出，从而实现将气室(11)内部导电母线气密地转接至气室(11)外侧的功能。由于这一部分绝缘件内部电压差极大，电场分布情况极其恶劣。在CAE电场分析优化指导下，设计并使用了在绝缘件内部埋设特定形状屏蔽层的独特结构，使得专用母线连接装置(41)在一个较小的空间里具有了很高的电压耐受能力。

专用绝缘套管(43)包覆在空芯棒状母线(42)在空气中暴露部分外部，中部压强集中部位增加了特殊截面形状和特定材质的应力锥，解决了在高压空芯棒状母线(42)空气暴露部分的绝缘问题。应力锥结构确保贯穿主母线空气中暴露部分的外部绝缘强度具有较大的裕度，保证了开关设备的工作可靠性。

Claims (5)

1、一种气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：金属封闭开关设备采用主回路与操动机构一体化设计的专用真空断路器、三工位隔离开关，主回路共同装于充气金属封闭壳体内；金属封闭壳体与电缆室设有压力释放通道；三工位开关和断路器的操动机构部分置于气室外部的操作机构室外部；三工位隔离开关(4)和断路器(5)的主回路部分安装在气室(11)前板的内侧，并由其支撑和固定，通过汇流母线与母线联络装置(13)连接；开关设备内部高压导体均处于内部充有一定气压的绝缘气体SF6气室(11)中；气室(11)采用不锈钢板气密性焊接而成，具有矩形外观形式的金属封闭壳体；布置在气室(11)内部的主母线是通过母线联络装置(13)与相邻开关设备连接；专用电缆插接件(10)气密地贯穿气室内外，实现主回路与外部电缆的可靠连接；电缆室(7)连接布置于气室(11)的下方，其中装有电流互感器(9)和外部电缆(8)；三工位隔离开关(4)和断路器(5)的操动机构部分置于操作机构室(6)中，通过焊接于气室(11)外前板外侧的螺柱连接和固定，利用焊接气室(11)上的金属波纹管来实现气密地连接和传动；气室(11)设有出口置于开关设备顶部的压力释放装置(15)；气室(11)内装有干燥剂(12)用以保证其内气体的绝缘性能；气室(11)上安装有气压表(3)，通过仪表室(2)可以方便的观察气室(11)内部工作气压；气室(11)置于角钢焊接成的基础安装架上，便于更换额定参数相同和结构相同而需要更换的气室(11)。

2、根据权利要求1所述的气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：断路器及三工位隔离开关主回路布置方式采取了独特的断路器主回路元件并行横置摆放方式，三项主回路均通过专用绝缘筒安装在气室(11)前板内侧垂直大平面上，三工位隔离开关的动端支点放在断路器(5)的主回路绝缘筒上。

3、根据权利要求1所述的气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：断路器(5)的一次导电回路主体部件置于浇铸成型的绝缘筒(22)内部，外部采用SF6气体绝缘；相间绝缘及主回路上下支座间连接件合二为一；三工位隔离开关的主回路(21)部分置于气室(11)内部，动端主回路部分采用经过独特设计的两片式结构；动端与波纹管传动杆采用高绝缘强度的带伞裙绝缘杆件连接传动，传动杆通过近似直线运动带动动端主回路运动；动端主回路运动部分与断路器下出线通过动触头加紧形式的导电配合联接，并固定支撑在断路器专用绝缘筒(22)上；三工位隔离开关(4)的的静端通过汇流铜母线与气室(11)内的主母线连接，接地刀鼓定于气室(11)内侧可靠接地；断路器(5)操动机构采用凸轮摇杆和四连杆及变直机构三级传动构成；三工位隔离开关操动机构置于气室(11)外部的操作机构室(6)内；该操作机构采用三工位电机齿轮机构，由电机带动行星齿轮机构传动减速，经过涡轮联杆装置转化输出动作为近似直线运动方式；机构与气室(11)内三工位隔离开关的主回路部分(21)之间的传动连接采用波纹管形式。

4、根据权利要求1所述的气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：断路器专用绝缘筒(22)置于气室(11)内的绝缘介质中，通过焊接于金属封闭壳体前板内侧的螺柱和支座固定在内部；绝缘筒(22)采用筒状结构，使用APG工艺浇注，在三工位隔离开关静端安装面(31)和动端安装面(32)附近，在特定的位置增加了绝缘防护用的一体式结构挡板，同时，在绝缘筒安装面(33)使用特殊形式的嵌件，为绝缘筒提供了稳定的支撑。

5、根据权利要求1所述的气体绝缘户内交流高压开关设备，其特征在于：气室(11)内外贯穿主母线结构由专用母线连接装置(41)、空芯棒状母线(42)、和专用绝缘套管(43)三部分组成；气室(11)之间的母线联接导体特定截面形式的采用空芯棒状母线(42)，空芯棒状母线(42)通过膨胀接触弹簧与专用母线连接装置(41)的出线端连接；空芯棒状母线(42)空气中暴露部分包覆专用绝缘套管(43)；

-专用母线连接装置(41)气密地安装于气室(11)两侧壁内侧，在浇铸而成的内部埋设了形状独特的屏蔽层绝缘件内部将高压母线引出，使得专用母线连接装置(41)在一个较小的空间里具有了很高的电压耐受能力；

-专用绝缘套管(43)包覆在空芯棒状母线(42)在空气中暴露部分外部，中部压强集中部位增加了特殊截面形状和特定材质的应力锥，应力锥结构确保贯穿主母线空气中暴露部分的外部绝缘强度具有较大的裕度。

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