CN101506921A - 用于分接开关的基于真空的切换开关 - Google Patents

Abstract

提供一种改造的切换开关，其具有与现有设计兼容的机械和电气接口。该切换开关可以包括真空开关。机械和电气接口的兼容特性支持从传统有载分接开关到基于真空的有载分接开关的改造。切换开关可以改造成进入现有分接开关的外壳内。从传统到基于真空、从传统到基于真空及增容、以及真空增容的改造成为可能。并且，切换开关可以包括模块式组件，其允许为不同应用轻松定制切换开关。

Description

用于分接开关的基于真空的切换开关

技术领域

当今高压和中压变压器广泛用于电力输配。利用电流的磁特性，这些变压器在两个或更多不兼容的交流电路间传输电力。因此，电厂的电力可以由电压很高的小电流传输并且随后在到达用户之前降为低电压的大电流。

背景技术

供电部门有义务为其用户将供电电压维持在一定的限度内。分接开关是在变压器中使用的用于将变压器输出电压调整到这些限度内的装置。正常地，这是通过改变适当的一个或多个变压器的一个绕组的匝数，以改变系统的变压器的变比实现的。该变比决定绕组之间的电压比并且对于在变化负载条件下的电网电压稳定至关重要。分接开关改变变压器中绕组之间的匝数比。有载分接开关(OLTC)正常地具有为总的线电压的±20％的调整范围；调整大体分9到35级执行并且在正常电网应用中每天操作10到20次。对于要求很高的系统，如熔化炉，这种操作可能每天有数百次。

例如系统上较小的负载可能要求分接变换操作降低绕组中的匝数。其最终的结果是：与没有执行分接变换相比，输出电压提高。

除了所描述的应用外，分接开关也可以与其他电感电力装置联合使用，如电抗器。分接开关或者是有载的，即在变压器被励磁时操作，或者是无载的并且有各种型号可以提供。分接开关一般地包括多个用于分接变换的开关以及多个用以防止短路的电阻器或其他阻抗。而且，分接开关典型地填充有绝缘液体，如油，该绝缘液体除绝缘外还可冷却装置。

对在整流器和熔炉应用中的工业变压器中使用的分接开关也有巨大的需求。在一些应用中，分接开关每年可能执行成千上万次切换操作。移相变压器(交流电网中的功率流管理)和用于高压直流(用于长途传输和非同步电网耦合)传输的变压器是另外两个强调电压调整的领域。

全世界的电力企业一直在寻求以提高其资产的经济和技术性能。毫无疑问，这二者相互关联，并且因为所需的投资规模和对电网设施的长寿命预期，行业中对新的未经验证的技术怀有一种健康的怀疑态度。成熟的真空技术的出现，对资产更有效利用的需求做出了回应。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种切换开关，其包括与现有分接开关外壳匹配以允许改造切换开关的接口；主触点；过渡触点；连接到过渡触点的过渡电阻器座；具有与过渡电阻器座匹配的接口的过渡电阻器模块，其中多个过渡电阻器模块可以连接到一起。

本发明进一步的实施方式提供一种用于分接开关的切换开关，该切换开关包括：主触点；过渡触点；在主触点和过渡触点之间切换时用于熄除弧的真空开关。

附图说明

附图在此并入而成为本说明书的组成部分，其示出本发明的实施方式并且与说明书一起进一步用以解释本发明实施方式的原理。

图1是根据本发明示例性实施方式的变压器的示图；

图2是根据本发明示例性实施方式的变压器的示图；

图3是根据本发明示例性实施方式的真空开关的示图；

图4是根据本发明示例性实施方式的切换开关的示图；

图5A是根据本发明示例性实施方式的外壳的示图；

图5B是根据本发明示例性实施方式的接口的示图；

图6A-图6C是根据本发明示例性实施方式的吊轭的示图；并且

图7是根据本发明一个示例性实施方式的吊杆的示图。

应当理解，这些图示出了本发明的实施方式。对于本领域的普通技术人员，根据本说明书的内容对这些实施方式的变形是显而易见的。

具体实施方式

以下详述本发明的实施方式。在描述实施方式时，为了清楚起见使用特定的术语。然而，本发明并不受到所选用特定术语的限制。应当理解，讨论特定的示例性实施方式仅是为了阐释目的。本领域的普通技术人员将认识到在不背离本发明主旨和范围的情况下可以使用其他组件和配置。

本发明的实施方式提供使用基于真空的切换技术的切换开关，例如，真空开关。实施方式也可以提供一种“模块式”切换开关，也就是说这样一种切换开关，其中切换开关的部分可以更换以实现对基本切换开关的定制。例如，除其他部分外，可以提供模块式过渡电阻器。为了对基本切换开关进行定制，模块式过渡电阻器可以以不同布置切换或连接。

实施方式也可以提供一种切换开关，其具有与现有设计兼容的机械和电气接口。机械和电气接口的兼容特性支持从传统有载分接开关到基于真空的有载分接开关的改造。切换开关可以改造成进入现有分接开关的外壳内。从传统到基于真空、传统到基于真空及增容、以及真空增容的改造成为可能。

所公开的切换开关的优点可以包括相同物理尺寸下电气额定值更高，相同额定负载下触点寿命更长，并且由于降低了对油的污染和破坏，基于时间的维护周期也延长了。另外，所维护的电气和机械驱动部分主要位于切换开关上。通过改变成基于真空的切换开关有可能延长维护周期并且潜在地也消除了更换触点的需要(取决于应用和寿命期间操作总数)。

图1是可以使用本发明的实施方式的具有分接开关系统的变压器的示意图。示出包括分接开关12的变压器箱10。所示分接开关12悬挂在变压器盖14上，但是其他分接开关12可以设置在变压器箱10的外面。变压器箱10和分接开关12都充满绝缘液体，优选的是油，其存储在油室16中。为避免变压器油污染，例如，被下文将描述的弧污染，分接开关12具有密闭外壳以将其绝缘液体与变压器绝缘液体分隔开。操作分接开关12的动力由电动机驱动机构18提供，其安装在变压器箱10的外面。动力通过轴20和锥齿轮22的装置传输。

图2是有载分接开关的示意图，其可以用于本发明的实施方式。所示的分接开关12由两个主要部分构成，切换开关24和分接选择器26，其通过连接30彼此连接。切换开关24可以包括传统的上壳体28。

在分接开关操作中，在分接切换序列期间切换开关24中有触点断开。当触点断开时，高压产生弧。在成功的切换操作中，弧的寿命在半个周期内结束(50Hz时最大10ms)。在传统分接开关中，弧在绝缘液体内产生并且造成绝缘液体热降解，导致形成充气的体积。其一个结果是气体的生成随后导致绝缘液体内压力突然改变。热降解的另一个结果是绝缘液体被污染。

如上文所述，本发明的示例性实施方式提供了包括真空开关(如真空断路器)的切换开关。在本发明的示例性实施方式中，在分接切换过程中产生的弧现在在真空断路器中被熄除，而不是如传统切换开关中那样在绝缘液体中被熄除。这样，弧产生在真空开关内。这可以降低或消除绝缘油的降解以及相关的维护成本。另外，由于其快速的电介质恢复，真空断路器有几个技术优点。这促使每种应用的分接开关更好地优化，并且由此改善成本有效性并且降低变压器的整体尺寸。真空开关的优点可以包括在要求较高的应用中的弧熄除能力得到改善，如在移相变压器、串联电抗器、工业变压器和SVC变压器。

本发明的实施方式提供了利用真空开关的切换开关。上文描述的弧被限制在真空开关内。这改善了分接开关的操作和寿命。典型地，分接开关的维护和更换取决于切换操作的时间和数量。时间因子主要地取决于污染和油的绝缘能力退化以及分接开关。污染和油的绝缘能力取决于颗粒和水含量，这两者都可以通过使电弧封闭在真空开关内而降低。操作因子的数量在很大程度上与弧触点的磨损相关。当弧产生于真空开关内时磨损率降低，其中在弧产生过程中汽化的金属部分凝结回到触点上。

图3示出了可用于示例性切换开关的真空开关的示例。真空开关可以包括第一端和第二端。端子31可以设置于第一端并且主干39可以设置于第二端。端子31和主干39从真空开关的外壳延伸出来。外壳可以由连接到陶瓷绝缘体36的断路器盖34形成。第二断路器盖40可以围绕主干39形成以密封真空开关。在真空开关的第一端围绕端子31可以提供扭转保护32，以密封真空开关。端子31可以连接到金属波纹管33。金属波纹管33可以连接到罩35。触点38可以设置在真空开关外壳内。切换过程中产生的弧在真空开关内这些触点之间。两个触点38中的一个连接到主干39。罩37可以在外壳内围绕触点38设置。

图4示出了包括图3中所示真空开关的切换开关的示例。在所示的切换开关中，电路和机械回路是分离的。

图4示出的切换开关可以改造成进入现有分接开关的外壳内。例如，图1所示的分接开关包括一个容纳切换开关的外壳。图5A示出了外壳45的示例。外壳45内的现有切换开关可以被拆除并代之以基于真空的切换开关。可以将要替换的基于真空的切换开关简单地滑入到外壳45内并且连接到位。这样，要替换的切换开关应能够与外壳内现有的连接进行接口连接。

图5B示出了位于分接开关外壳内的切换开关的接口的示例。当然，根据特定实施方式，可能有其他接口。图5B从分接开关外壳内示出了切换开关接口上的图示。切换开关可以有多个机械和电气接口。在一个示例性实施方式中，机械接口可以包括用于切换开关上的相应导向销(未示出)的三个孔47。切换开关上的导向销装入这三个孔47以协助将切换开关固定在外壳内。在接口上也可以提供驱动盘片49。驱动盘片49将电机驱动的旋转运动传递给切换开关。沿着外壳的壁也提供油管51。油管51可以在切换开关安装过程中用做引导。也可以沿着外壳的壁提供玻璃纤维棱。该棱也可以在切换开关安装过程中用做引导。在一些情况下，例如在较早的UCG型中，可以没有玻璃纤维棱。真空切换开关可以像传统UCG中那样被锁定就位。例如，通过在吊轭上的压缩弹簧。

图6示出了吊轭的示例。在本发明的实施方式中，不需要特殊的工具把切换开关固定在正确位置上。垂直安装在吊轭顶部的压缩弹簧的下向力应该足够。吊轭也可以有这样的特性：四个额外的“翼”用以防止切换开关在外壳内错误安装。因此，如果切换开关上的传动销位于驱动盘片的槽的外面，外壳的盖不能盖紧。

在一个示例性实施方式中，切换开关的电气接口可以包括针对中性点的两个底部插入式触点53。这些触点53以电气地方式连接到切换开关上的相应触点。另外，也提供针对相的六个插入式触点55。为每个相提供两个触点55。

接口特性使得有可能从传统技术改变到基于真空的切换技术，而不需要与变压器的大型接口。由于不需要清理旧切换开关，改变可以在少于一次正常维护的时间内完成。没有该接口特性，则在大多数情况下可能需要排空变压器以执行更换。因此，本发明的实施方式提供了基于真空的切换开关，以便用于改造。

另外的实施方式也可以在对切换开关尽可能小的改变的情况下提供能够服务于广泛的额定值和应用的切换开关。例如，切换开关可以设计具有易于更换的部分。在一种示例性实施方式中，能够修改分接开关的额定值和应用范围。这可以通过改变切换开关的各种部分来实现。在公开的实施方式中，可以改变过渡电阻器、吊杆或连接中之一或更多。每项改变都可以在现场完成或由用户在标准工具和指导的支持下完成。

如上文简单描述的，过渡电阻器可以以电阻器模块形式提供。模块可以包括相同数量和类型的电阻器或者模块可以彼此不同。过渡电阻器可以被改变以改变分接开关的负载额定值。可以为切换开关提供标准座以容纳过渡电阻器模块。每个过渡电阻器模块都适于与标准座接口连接，允许轻易更换过渡电阻器模块。可以设置标准座。过渡电阻器模块可以安装有不同数量的电阻器模块并且根据级电压以及额定电流可以在模块之间采用不同的连接。

本发明的实施方式也提供一种切换开关，其可以包括吊杆的标准座。吊杆可以根据对分接开关绝缘额定值的改变而改变。可以提供具有与标准座匹配的接口的各种长度的吊杆。这样，可以独立于绝缘水平而使用相同的座。只需根据绝缘水平改变吊杆长度。对于通过安装轭的分接开关(切换开关外壳上的高度106mm的中间法兰)和直接安装在变压器盖上的分接开关，可以使用相同长度的吊杆。长度的差异可以通过使用吊杆顶部的用于吊轭的不同的孔实现。这将吊杆的变量降低50％。图7示出了吊杆的示例。

在本发明的实施方式中，也可以提供连接。根据应用，单相或星形-点连接，在电阻器包之间增加连接(正常地一个包中针对每个相包括一个以上电阻器模块)。

上文描述了本发明的各种实施方式，应当理解，这些实施方式以示例的方式呈现，而不是限制性的。本领域的普通技术人员可以理解，在不背离本发明主旨和范围的情况下可以对形式和细节做各种改变。对于相关技术领域内以后开发的技术和术语特别如此。因此，本发明不应受到上述任何示例性实施方式的限制，而只能根据权利要求书及其等效加以限定。

Claims (13)

1.一种用于分接开关的切换开关，所述切换开关包括：

主触点；

过渡触点；

在主触点和过渡触点之间切换时用于熄除弧的真空开关。

2.根据权利要求1所述的切换开关，其中所述主触点和所述过渡触点位于所述真空开关内。

3.根据权利要求1所述的切换开关，进一步包括与现有分接开关外壳匹配的接口。

4.根据权利要求1所述的切换开关，进一步包括彼此分离的、用于切换分接头的电路和机械机构。

5.根据权利要求1所述的切换开关，进一步包括用于容纳切换开关的外壳。

6.根据权利要求5所述的切换开关，其中所述外壳包括针对切换开关的接口。

7.根据权利要求6所述的切换开关，其中所述接口包括：

切换开关上的销的导向孔；

驱动盘片；

针对中性点的底部插入式触点；以及

针对相的插入式触点。

8.一种切换开关，包括：

与现有分接开关外壳匹配以允许改造切换开关的接口；

主触点；

过渡触点；

连接到过渡触点的过渡电阻器座；

具有与过渡电阻器座匹配的接口的过渡电阻器模块，其中多个过渡电阻器模块可以连接到一起。

9.根据权利要求8所述的切换开关，进一步包括：

吊杆的标准座；

具有与所述标准座兼容的接口的吊杆，所述标准座适于容纳各种长度的吊杆。

10.根据权利要求8所述的切换开关，进一步包括一种连接，所述连接包括星形-点连接或单相连接中至少其一。

11.根据权利要求8所述的切换开关，进一步包括在主触点和过渡触点之间切换时用于熄除弧的真空开关。

12.根据权利要求11所述的切换开关，其中所述主触点和所述过渡触点位于所述真空开关内。

13.根据权利要求8所述的切换开关，其中所述多个过渡电阻器模块中的每一个都以不同方式连接到一起。

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