CN109830911B - 环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，包括不锈钢焊接密封箱体以及安装在不锈钢焊接密封箱体内的隔离开关组件，该不锈钢焊接密封箱体内部的腔体形成充满绝缘气体的气箱，该不锈钢焊接密封箱体的上部接入绝缘母线，下部接入电缆接线插头，所述的隔离开关组件通过接地框架安装在不锈钢焊接密封箱体内，在所述不锈钢焊接密封箱体的外部安装有控制隔离开关组件的合闸按钮和分闸按钮。本发明的优点是：(1)绝缘性能满足工频耐受电压和冲击耐受电压的要求。(2)绝缘气体与干燥净化的空气比，氧的含量减少一半，既能改善混合气体的热容量，又能降低设备零件的氧腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备。
背景技术
隔离开关是一种在电路中用来接通、隔离、转换带电体与用电器之间联系的装置。现有隔离开关的隔离上触头、隔离下触头和接地静触头设置在同一绝缘体上，容易产生爬电和绝缘劣化，绝缘可靠性差。行业内称隔离假断口现象，而本发明有效地解决了隔离假断口现象。再者，转动刀板的固定安装在转动轴上，无法浮动，装配要求严格，生产要求高，而且结构复杂，大大增加了生产成本。
传统的全封闭全绝缘环网开关设备是采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。SF6常态下是化学稳定性最好的物质之一，具有很强的耐电强度，在较均匀电场中约为空气耐电强度的2.5倍，同时具有良好的理化特性，自1940年开始，作为绝缘和灭弧介质被广泛地应用在高压断路器，变压器，高压互感器等电力系统设备中。现在全球每年生产大约8500多吨SF6气体，一半以上用于电力设备。高压开关设备约占用气量的80%以上。
SF6气体是由法国化学家在1900年首次在实验室中人工合成的，在《京都议定书》的框架下，被认定为强烈的温室效应气体。更准确地说23900倍于CO2的温室效应。所以，限制或减少SF6气体在高压开关设备中的使用，已经成为如ABB，西门子，施耐德等国际著名的开关设备制造企业的大趋势。2017年4月，国家电网科〔2017〕324号文件，《国家电网公司重点推广新技术目录（2017版）》通知， 2019～2021年，在新建和改造项目中，环保气体绝缘金属封闭开关设备应用量不低于新增总量的90%。大中成市负荷核心区，适当提高应用比例。
目前，国内外研制环保气体绝缘全封闭环网开关柜，多数采用纯氮气或干燥净化的压缩空气。众所周知，氮气的分子量很小，吸附电荷能力不强。而且氮气的热容量相比其它气体都比较小，易造成全封闭气箱内温升快速升高。另外，比较试验显示，干燥净化的空气的耐电强度优于纯氮气的耐电强度。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，本发明的技术方案是：
环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，包括不锈钢焊接密封箱体以及安装在不锈钢焊接密封箱体内的隔离开关组件，该不锈钢焊接密封箱体内部的腔体形成充满绝缘气体的气箱，该不锈钢焊接密封箱体的上部接入绝缘母线，下部接入电缆接线插头，所述的隔离开关组件通过接地框架安装在不锈钢焊接密封箱体内，在所述不锈钢焊接密封箱体的外部安装有控制隔离开关组件的合闸按钮和分闸按钮。
所述的接地框架包括后支撑板、前支撑板、侧绝缘隔板和接地横梁，所述的后支撑板与前支撑板相互平行，且形成间距，在后支撑板以及前支撑板的左侧安装有侧绝缘隔板，该后支撑板以及前支撑板的右侧安装有接地横梁，在所述的后支撑板以及前支撑板上均设置有轴孔，每一轴孔处安装有一法兰。
所述的隔离开关组件包括绝缘上主轴、隔离动刀架和双头隔离动刀板，所述的绝缘上主轴的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的上部轴孔处的法兰上，沿绝缘上主轴的长度方向安装有数个隔离动刀架，每一隔离动刀架上安装有一双头隔离动刀板，所述双头隔离动刀板的两刀板的夹角为120°；在所述的接地框架上安装有上隔离触头座，沿上隔离触头座的长度方向安装有数个隔离上触头，在每一隔离上触头一侧的上隔离触头座上均安装有一上导电铜排，该上导电铜排与顶出线绝缘子的一端连接，该顶出线绝缘子的另一端穿过所述的绝缘母线；在所述的不锈钢焊接密封箱体内的一侧安装有隔离静触头座，在所述的隔离静触头座上安装有隔离静触头；在所述双头隔离动刀板下部的不锈钢焊接密封箱体内安装有隔离下触头座，在该隔离下触头座上安装有隔离下触头，所述的隔离上触头、隔离下触头和接地静触头沿圆周方向均匀分布，且与随绝缘上主轴转动的双头隔离动刀板的两刀板动配合；在所述的隔离下触头与隔离下触头座之间安装有隔离下触头接线铜排，该隔离下触头接线铜排的另一端接入灭弧结构。
所述的灭弧结构包括灭弧室支架、真空灭弧室、绝缘下主轴、主轴拐臂和绝缘推杆，所述的绝缘下主轴的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的下部轴孔处的法兰上，该绝缘下主轴的一端伸出至不锈钢焊接密封箱体外部，通过弹簧操作机构驱动；沿绝缘下主轴的长度方向上固定安装有数个主轴拐臂，所述的绝缘推杆的下端铰接在所述的主轴拐臂上，上端与动触头拐臂的一端铰接，该动触头拐臂的另一端与灭弧室拉杆的上端铰接在一起，该动触头拐臂的中部铰接在所述的灭弧室支架上，在所的灭弧室支架上安装有真空灭弧室，该灭弧室拉杆的下端与真空灭弧室的动触头之间安装有开关软连接，该开关软连接与隔离下触头接线铜排连接在一起。
在所述上导电铜排上还安装有一侧出线绝缘子。
所述的灭弧室支架包括环氧树脂支撑部以及安装在环氧树脂支撑部一侧的铝合金上触头支架和下支架，所述的铝合金上触头支架与下支架之间形成安装真空灭弧室的空间，在所述的下支架上安装有与真空灭弧室下端的静触头连接的下导电铜排。
所述的隔离动刀架嵌入双头隔离动刀板的凹槽内，并通过螺杆与双头隔离动刀板连接在一起，该螺杆穿过双头隔离动刀板和隔离动刀架后安装有螺母，该螺杆的头部与双头隔离动刀板之间以及螺母双头隔离动刀板之间均安装有蝶形弹簧。
所述的隔离上触头与接地静触头沿隔离下触头对称设置，所述的隔离上触头与接地静触头整体呈八字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动的切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离下触头与所述接地静触头之间。
所述的隔离下触头与接地静触头沿隔离上触头对称设置，所述的隔离上触头朝下方沿竖直方向设置，所述的隔离下触头与接地静触头整体呈V字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述接地静触头之间。
所述的隔离动刀架与绝缘上主轴通过浮动机构间隙配合，该浮动机构包括绝缘定位套筒和弹性钢销，在所述的绝缘上主轴上，沿绝缘上主轴的轴向上滑动的套装有绝缘定位套筒，弹性钢销连接在绝缘定位套筒与绝缘上主轴之间，所述的隔离动刀架安装在绝缘定位套筒上。
所述的绝缘气体包括以下体积比的各组分：气化液态氮75%，二氧化碳15%，氧气10%。
本发明的优点是：
（1）绝缘性能满足工频耐受电压和冲击耐受电压的要求。
（2）绝缘气体与干燥净化的空气比，氧的含量减少一半，既能改善混合气体的热容量，又能降低设备零件的氧腐蚀。同时加大了CO2气体的含量，通过大分子结构吸附电荷，提高耐电强度。该混合气体的绝缘性能优于纯氮气绝缘。混合气体的使用成本低于空气的净化干燥成本。从环保意识考虑，所有气体的制备均为物理的空气分离法。一旦开关设备需要检修维护，该混合绝缘气体可以直排大气，不会产生任何污染。
（3）本发明所述真空灭弧室的安装，不同于其它同类环保气体绝缘环网开关柜的真空灭弧室的安装方式，气箱内绝缘环境稳定可靠，将真空灭弧室全裸露安装，接线端设计敞露上铝合金上触头支架，增加发热元件的热传导。真空灭弧室的绝缘陶瓷泡周围设计上下对流的气流通道，进一步改善元器件散热。
（4）隔离上触头、隔离下触头和接地静触头设置在各自对应的隔离触头座上，通过气体介质隔离开来，形成气体绝缘断口，完全的气体间隙隔离，而不是安装在同一绝缘体上，防止产生爬电和绝缘劣化，杜绝了行业内称的假断口现象，加强了环保气体的绝缘可靠性，优化了环保气体环网开关设备的绝缘结构。再者，双头隔离动刀板是通过隔离动刀架浮动安装在绝缘主轴上，容易安装，能够消除安装误差所产生的干涉现象，可适度放大双头隔离动刀板与隔离上触头、隔离下触头和接地静触头三者之间的之配合精度，并降低加工精度。而且结构更为简单，达到降低生产成本的目的。
附图说明
图1是本发明的主体结构示意图。
图2是图1中不锈钢焊接密封箱体内部的结构示意图。
图3是图1中接地框架的结构示意图。
图4是图1中接地框架与隔离开关组件的安装关系示意图。
图5是图2的侧视图。
图6是图5中灭弧室支架的结构示意图。
图7是图1中绝缘上主轴与隔离动刀架之间的连接关系示意图。
图8是图7的侧视图。
实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
参见图1至图8，本发明涉及一种环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，包括不锈钢焊接密封箱体1以及安装在不锈钢焊接密封箱体1内的隔离开关组件，该不锈钢焊接密封箱体1内部的腔体形成充满绝缘气体的气箱，该不锈钢焊接密封箱体的上部接入绝缘母线2，下部接入与隔离开关组件连接的电缆接线插头3，所述的隔离开关组件通过接地框架安装在不锈钢焊接密封箱体1内，在所述不锈钢焊接密封箱体1的外部安装有控制隔离开关组件的合闸按钮和分闸按钮。
所述的接地框架包括后支撑板7、前支撑板8、侧绝缘隔板10和接地横梁9，所述的后支撑板7与前支撑板8相互平行，且形成间距，在后支撑板7以及前支撑板8的左侧安装有侧绝缘隔板10，该后支撑板7以及前支撑板8的右侧安装有接地横梁9，在所述的后支撑板7以及前支撑板8上均设置有轴孔，每一轴孔处安装有一法兰，法兰不但起支撑固定的作用，还起到轴传动的密封作用。
所述的隔离开关组件包括绝缘上主轴1-1、隔离动刀架3-1和双头隔离动刀板2-1，所述的绝缘上主轴1-1的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的上部轴孔处的法兰上，沿绝缘上主轴1-1的长度方向安装有数个隔离动刀架3-1，每一隔离动刀架3-1上安装有一双头隔离动刀板2-1，所述双头隔离动刀板2-1的两刀板的夹角为120°；在所述的接地框架上安装有上隔离触头座42，沿上隔离触头座42的长度方向安装有数个隔离上触头4，在每一隔离上触头4一侧的上隔离触头座42上均安装有一上导电铜排41，该上导电铜排41与顶出线绝缘子的一端连接，该顶出线绝缘子的另一端穿过所述的绝缘母线2；在所述的不锈钢焊接密封箱体1内的一侧安装有隔离静触头座，在所述的隔离静触头座上安装有隔离静触头；在所述双头隔离动刀板2-1下部的不锈钢焊接密封箱体内安装有隔离下触头座61，在该隔离下触头座61上安装有隔离下触头6，所述的隔离上触头4、隔离下触头6和接地静触头沿圆周方向均匀分布，且与随绝缘上主轴1-1转动的双头隔离动刀板2-1的两刀板动配合；在所述的隔离下触头6与隔离下触头座61之间安装有隔离下触头接线铜排62，该隔离下触头接线铜排62的另一端接入灭弧结构。
所述的灭弧结构包括灭弧室支架12、真空灭弧室13、绝缘下主轴、主轴拐臂17和绝缘推杆16，所述的绝缘下主轴的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的下部轴孔处的法兰上，该绝缘下主轴的一端伸出至不锈钢焊接密封箱体外部，通过弹簧操作机构（现有技术）驱动；沿绝缘下主轴的长度方向上固定安装有数个主轴拐臂17，所述的绝缘推杆16的下端铰接在所述的主轴拐臂17上，上端与动触头拐臂15的一端铰接，该动触头拐臂15的另一端与灭弧室拉杆14的上端铰接在一起，该动触头拐臂15的中部铰接在所述的灭弧室支架12上，在所的灭弧室支架12上安装有真空灭弧室13，该灭弧室拉杆14的下端与真空灭弧室13的动触头之间安装有开关软连接11，该开关软连接11与隔离下触头接线铜排62连接在一起。
在所述上导电铜排41上还安装有一侧出线绝缘子44。
所述的灭弧室支架12包括环氧树脂支撑部18以及安装在环氧树脂支撑部18一侧的铝合金上触头支架19和下支架，所述的铝合金上触头支架19与下支架之间形成安装真空灭弧室的空间，在所述的下支架上安装有与真空灭弧室下端的静触头连接的下导电铜排。（第一下导电铜排21以及第二下导电铜排22均与电缆接线插头3连接）。
所述的隔离动刀架3-1嵌入双头隔离动刀板2-1的凹槽内，并通过螺杆4-1与双头隔离动刀板2-1连接在一起，该螺杆4-1穿过双头隔离动刀板2-1和隔离动刀架3-1后安装有螺母6-1，该螺杆4-1的头部与双头隔离动刀板2-1之间以及螺母6-1双头隔离动刀板2-1之间均安装有蝶形弹簧5-1，用于提供触头压紧力。
实施例1：所述的隔离上触头与接地静触头沿隔离下触头对称设置，所述的隔离上触头与接地静触头整体呈八字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动的切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离下触头与所述接地静触头之间。当双头隔离动刀板顺时针旋转60°，双头隔离动刀板的其中一刀板与隔离下触头接触，另一刀板与隔离上触头接触，实现合闸位置。当前位置下，逆时针旋转60°，双头隔离动刀板的其中一刀板与隔离下触头接触，另一刀板与接地静触头接触，实现接地位置。即为合闸、隔离、接地三工位隔离开关。
实施例2：所述的隔离下触头与接地静触头沿隔离上触头对称设置，所述的隔离上触头朝下方沿竖直方向设置，所述的隔离下触头与接地静触头整体呈V字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述接地静触头之间。
所述的隔离动刀架3-1与绝缘上主轴1-1通过浮动机构间隙配合，该浮动机构包括绝缘定位套筒和弹性钢销，在所述的绝缘上主轴1-1上，沿绝缘上主轴1-1的轴向上滑动的套装有绝缘定位套筒，弹性钢销连接在绝缘定位套筒与绝缘上主轴之间，所述的隔离动刀架安装在绝缘定位套筒上。
所述的绝缘气体包括以下体积比的各组分：气化液态氮75%，二氧化碳15%，氧气10%。
绝缘上主轴1-1为环氧玻璃纤维缠绕浸胶六方形绝缘棒，其绝缘性能和机械强度均满足开关运行的需求。用于本隔离开关主轴，提供双头隔离动刀板2-1的支撑和定位。同时，本绝缘上主轴1-1承担隔离动刀架旋转扭矩的传递。
双头隔离动刀板2-1为隔离开关的动触头，在合闸位置时，承载主回路电流或者是接地回路的短路冲击电流。双头隔离动刀板2-1固定在隔离动刀架3-1上。
本发明的工作原理是：改变隔离上触头、隔离下触头以及接地静触头与双头隔离动刀板的初始隔离位置，就可以改变回路接地方式，完成上进线接地。
如图5所示，所示当前位置为隔离位置，此时双头隔离动刀板不接触任何静触头，为悬浮的中间位置。因此，所有电位被锁定在静触头上，能很好地限制电场的延伸。成为高可靠性的双断口隔离状态，其隔离安全性优于现有的单刀型隔离开关（现有的单刀型隔离开关，动刀板或为高电位，或为地电位，始终处于电场的直接作用下）。当绝缘推杆牵引动触头拐臂，以动触头拐臂中部销轴为支点，作用于灭弧室拉杆， 灭弧室拉杆带动真空灭弧室的动触头，实现上下运动，完成分合闸操作。
Claims (7)
1.环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，包括不锈钢焊接密封箱体以及安装在不锈钢焊接密封箱体内的隔离开关组件，该不锈钢焊接密封箱体内部的腔体形成充满绝缘气体的气箱，该不锈钢焊接密封箱体的上部接入绝缘母线，下部接入电缆接线插头，所述的隔离开关组件通过接地框架安装在不锈钢焊接密封箱体内，在所述不锈钢焊接密封箱体的外部安装有控制隔离开关组件的合闸按钮和分闸按钮；
所述的接地框架包括后支撑板、前支撑板、侧绝缘隔板和接地横梁，所述的后支撑板与前支撑板相互平行，且形成间距，在后支撑板以及前支撑板的左侧安装有侧绝缘隔板，该后支撑板以及前支撑板的右侧安装有接地横梁，在所述的后支撑板以及前支撑板上均设置有轴孔，每一轴孔处均安装有一法兰；
所述的隔离开关组件包括绝缘上主轴、隔离动刀架和双头隔离动刀板，所述的绝缘上主轴的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的上部轴孔处的法兰上，沿绝缘上主轴的长度方向安装有数个隔离动刀架，每一隔离动刀架上安装有一双头隔离动刀板，所述双头隔离动刀板的两刀板的夹角为120°；在所述的接地框架上安装有上隔离触头座，沿上隔离触头座的长度方向安装有数个隔离上触头，在每一隔离上触头一侧的上隔离触头座上均安装有一上导电铜排，该上导电铜排与顶出线绝缘子的一端连接，该顶出线绝缘子的另一端穿过所述的绝缘母线；在所述的不锈钢焊接密封箱体内的一侧安装有隔离静触头座，在所述的隔离静触头座上安装有隔离静触头；在所述双头隔离动刀板下部的不锈钢焊接密封箱体内安装有隔离下触头座，在该隔离下触头座上安装有隔离下触头，所述的隔离上触头、隔离下触头和接地静触头沿圆周方向均匀分布，且与随绝缘上主轴转动的双头隔离动刀板的两刀板动配合；在所述的隔离下触头与隔离下触头座之间安装有隔离下触头接线铜排，该隔离下触头接线铜排的另一端接入灭弧结构；在所述上导电铜排上还安装有一侧出线绝缘子；
所述的绝缘气体包括以下体积比的各组分：汽化液态氮75％，二氧化碳15％，氧气10％。
2.根据权利要求1所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的灭弧结构包括灭弧室支架、真空灭弧室、绝缘下主轴、主轴拐臂和绝缘推杆，所述的绝缘下主轴的两端通过轴承转动的安装在后支撑板以及前支撑板的下部轴孔处的法兰上，该绝缘下主轴的一端伸出至不锈钢焊接密封箱体外部，通过弹簧操作机构驱动；沿绝缘下主轴的长度方向上固定安装有数个主轴拐臂，所述的绝缘推杆的下端铰接在所述的主轴拐臂上，上端与动触头拐臂的一端铰接，该动触头拐臂的另一端与灭弧室拉杆的上端铰接在一起，该动触头拐臂的中部铰接在所述的灭弧室支架上，在所述灭弧室支架上安装有真空灭弧室，该灭弧室拉杆的下端与真空灭弧室的动触头之间安装有开关软连接，该开关软连接与隔离下触头接线铜排连接在一起。
3.根据权利要求2所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的灭弧室支架包括环氧树脂支撑部以及安装在环氧树脂支撑部一侧的铝合金上触头支架和下支架，所述的铝合金上触头支架与下支架之间形成安装真空灭弧室的空间，在所述的下支架上安装有与真空灭弧室下端的静触头连接的下导电铜排。
4.根据权利要求1所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的隔离动刀架嵌入双头隔离动刀板的凹槽内，并通过螺杆与双头隔离动刀板连接在一起，该螺杆穿过双头隔离动刀板和隔离动刀架后安装有螺母，该螺杆的头部与双头隔离动刀板之间以及螺母双头隔离动刀板之间均安装有蝶形弹簧。
5.根据权利要求4所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的隔离上触头与接地静触头沿隔离下触头对称设置，所述的隔离上触头与接地静触头整体呈八字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动的切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离下触头与所述接地静触头之间。
6.根据权利要求4所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的隔离下触头与接地静触头沿隔离上触头对称设置，所述的隔离上触头朝下方沿竖直方向设置，所述的隔离下触头与接地静触头整体呈V字形设置；所述双头隔离动刀板的其中一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述的隔离下触头之间，所述双头隔离动刀板的另一刀板摆动切换于所述的隔离上触头与所述接地静触头之间。
7.根据权利要求1所述的环保气体绝缘全封闭全绝缘环网开关设备，其特征在于，所述的隔离动刀架与绝缘上主轴通过浮动机构间隙配合，该浮动机构包括绝缘定位套筒和弹性钢销，在所述的绝缘上主轴上，沿绝缘上主轴的轴向上滑动的套装有绝缘定位套筒，弹性钢销连接在绝缘定位套筒与绝缘上主轴之间，所述的隔离动刀架安装在绝缘定位套筒上。
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