CN1237679C - 一种气体绝缘开关装置 - Google Patents

Abstract

一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其包括外壳，外壳中设有与第一电端子电连接且位于外壳内基本中间位置的隔离开关，以及与所述隔离开关电连接且分别与第二电端子和第三电端子电连接的第一中断单元和第二中断单元，第一和第二中断单元相对隔离开关而设置。

Description

一种气体绝缘开关装置

技术领域

本发明涉及一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其具有改进的性能和特征。用语“高压和中压用途”指工作电压等于或大于1000V的用途。

特别地，本发明的装置由于其创新性的结构，根据简单、有效和紧凑的解决方法，就可以优化所进行的电操作。

背景技术

在现有技术中已知，在气体绝缘断路器和隔离开关中的中断和隔离，电开关操作是通过可与对应的固定触头连接/分开的一个或多个运动触头的平移运动来进行的。这种已知类型的装置的一个显著缺点是，各种开关操作例如在输入线或输出线上的隔离，是通过结构上独立且相互不同的专用元件来执行的。在这种方式中，用于执行各种开关操作的元件数目很多，使得装置所占的空间和整体体积增加，从而增加了成本。

另外，触头是通过促动装置来移动的，促动装置通常包括机械或液压型的促动器，其需要复杂的运动系统来将运动传送给运动的触头。特别是，隔离操作需要一个或多个运动触头的协调运动，使隔离触头以所需的顺序打开/闭合。这通常需要复杂的联接机构和/或复杂的促动和控制系统，尤其当隔离操作发生在多杆系统中时更是如此。鉴于运动元件的机械复杂性以及所用元件的数目很多，必须进行维护以便保持正常的性能和保证操作的可重复性。

当各种断电器和隔离开关用于变电站时，此结构复杂性还有更坏的影响。在图1中显示了一个这方面的示例，图1示意性地显示了结构数量最少的单配电杆(distribution bar)型变电站。如图所示，主电力线101各相的输入端连接到相应的配电杆100中；沿连接主电力线101的一相和对应的杆100的连接导线使用了至少一个隔离开关102和变流器103。杆100又和电力变压器104电连接，电力变压器可以适当地改变电压，从而得到足够的电压值输入给一套中压装置，中压装置通常以标号105表示；在电力变压器104前还设有避雷器106，其可以保护变压器免于可能的损坏。沿各杆100和电力变压器104之间的接头采用了第二隔离开关102、第二变流器103和断路器109。在变电站的输出中，各杆100通过与输入结构类似的结构而与主电力线101的各对应相相连，即通过另一隔离开关102和另外的变流器103。

在最普遍的应用中，结构数量最少的变电站通常可通过使用附加的初级元件来方便地增补。尤其对于主电力线101的各相来说，可使用两个变压器、两个隔离开关和两个断路器，它们分别地设置在输入连接以及线路各相和变电站的杆之间的输出上。变电站还装备有多个次级元件，其由保护和控制系统组成，以便保证系统的正确电操作和避免危险性损坏。

由于所需的元件数目很多，即使设置数量最少的结构，已知类型的变电在实际使用中也无法令人满意，主要是由于其成本高、所需占用的空间大以及需要频繁的维护。此外，所述变电站不具有能使其应用方便灵活并根据各种应用要求易于增补的模块式结构。

发明内容

本发明的目标是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其能够将现有技术中由多个结构互不相同的元件执行的功能集中在一起。

在此目标的范围内，本发明的一个目的是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其在进行所需的电开关操作时具有很大的灵活性和简单性。

本发明的另一个目的是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其具有紧凑的结构和较小的尺寸，从而能显著地减少所占用的空间。

本发明的另一个目的是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其机械复杂程度低。

本发明的另一个目的是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其易于实现不同的应用结构，尤其是具有单和/或双导电杆系统的变电站。

本发明的另一个目的是提供一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其可靠性高，制造相对容易，且成本具有竞争力。

此目标、这些目的和在下文中将清楚的其它目的可以通过一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置来实现，即提出一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置，其特征在于，所述装置包括外壳，外壳包括与第一电端子电连接且位于外壳内基本中间位置的隔离开关，以及与隔离开关电连接且分别与第二电端子和第三电端子电连接的第一中断单元和第二中断单元，第一和第二中断单元相对所述隔离开关而设置。

对于单杆或多杆系统来说，本发明的装置可以是具有单极或三极促动的分离相位或连接相位型。

因此，根据在任何时候都能允许简单和有效地执行所需的电开关操作的解决方案，本发明的装置具有紧凑的结构，其在单一体中集成了断路器元件和隔离开关元件。

本发明也提出一种适于与三相电力供应线相连的传送和分配电力的变电站，其特征在于，所述变电站包括至少一个以上的开关装置。

对于供电线的各相，所述变电站包括第一开关装置和第二开关装置，所述第一开关装置包括与所述第二开关装置的第一电端子相连的第一电端子，输入端与所述供电相相连的第二电端子，和与第一电源变压器相连的第三电端子，所述第二开关装置包括输出端与所述供电相相连的第二电端子，和与第二变压器相连的第三电端子。

所述第一、第二和第三电端子分别容纳在第一、第二和第三套管内，所述第一开关装置的第一电端子通过空气绝缘导电条与所述第二开关装置的第一电端子相连。

各用于三相的第一和第二开关装置在一纵向方向上并排设置成一组，每个所述三相为一组的第一和第二开关装置中的一个中间开关装置的第一电端子的第一套管为垂直设置在一垂直平面内，每个所述三相为一组的第一和第二开关装置中为所述中间开关装置两侧处的两侧开关装置的第一电端子的第一套管以相反方向倾斜，从而在第一开关装置的第一电端子与第二开关装置的第一电端子之间相接的这些导电条是平行的。

附图说明

通过下文中本发明开关装置的一些优选但非限制性的实施例的介绍并结合以非限制性示例进行说明的附图，可以清楚本发明的其它特征和优点。在附图中：

图1是现有类型的传送和分配电力的变电站的示意性视图；

图2是根据本发明的开关装置的视图；

图3a到3f是图2所示装置中可能进行的一些电开关操作的示意性视图；

图4和5是采用图2所示装置的带有三相单杆系统的变电站的

实施例的视图。

具体实施方式

参考图2，图中通常以标号200表示了根据本发明的开关装置，其包括外壳1，外壳中含有绝缘气体，在外壳内设有第一中断单元4、第二中断单元14和隔离开关5。隔离开关5与第一电端子2电连接，并以下文中将介绍的方式与两个中断单元4和14电连接；中断单元4和14又分别与第二电端子11和第三电端子13电连接。在图2所示实施例中，电端子2，11和13(图中只示出了一部分)设置在对应的套管中，套管分别由标号40，41和42表示，并与外壳1相连。

隔离开关5应有利地设置在外壳1内的基本中间部分，两个中断单元4和14相对隔离开关5而设置。

特别地，中断单元4和14包括一中断腔3，其中容纳了固定触头6和由促动元件可操作地控制的运动触头7；各中断单元4和14的运动触头7分别与端子11和13电连接。促动元件包括促动杆8，其与运动触头7相连并由适当的促动控制装置10促动。促动控制装置可由机械或液压或液压-气动或电子促动器构成；最好使用带有位置控制的电机尤其是伺服电机，其在执行触头打开/闭合的开关操作的速度和精确性方面具有优势。

隔离开关5包括与电端子2相连的第一固定触头21，与中断单元4的固定触头7相连的第二固定触头22，与中断单元14的固定触头7相连的第三固定触头23，以及与至少一个固定触头21，22，23相连的至少一个运动触头24。在图2所示实施例中，隔离开关5有利地包括可与三个固定触头21，22，23相连的一个单独的运动触头24；所述运动触头24可由具有扇形外形的叶片构成，并以基本与旋转轴12的轴线成直角的方式固定到旋转轴12上。在这种方式中，运动触头24和旋转轴12一起刚性地旋转，固定触头21，22，23位于其旋转平面上。为简化说明起见，当本介绍中涉及到固定触头和运动触头的相对位置时，所指的总是指相连接的固定触头和运动触头的端部的相对位置。

或者，根据各种应用要求，也可以将固定触头21，22，23设置在多个相互偏置的平面上，在这种情况下采用固定在旋转轴12上的多个运动触头。在此情况中，运动触头在不同平面上旋转并相互间设成适当角度，使得在多对触头之间以所需的顺序形成电连接。作为另一选择，可以采用带有能进行平移运动的一个或多个运动触头的系统或者其它的解决方法，只要这些方法适应于此应用。

旋转轴12由适当的促动元件有利地促动，促动元件最好由未示出的电机构成，其可操作地连接在所述旋转轴12上。特别地，已经发现采用伺服电机在操作的精确性和速度方面具有相当大的优势。或者，也可以采用机械或液压的促动元件。人工的促动元件也可作为上述促动元件的一种选择，或者作为附加的元件，其尤其用于执行紧急情况下的人工操作。

如图2所示，隔离开关5还包括一个接地的第四固定触头25。在图2所示的情况中，固定触头25与接地的外壳1相连，并位于和触头21，22，23平面不同的平面内。因此，根据本发明的装置采用了第二运动触头26，其与固定触头25相连；所述运动触头26的外形可以是带有基本相同的侧边的L形叶片，运动触头26固定在旋转轴12上，并和旋转轴一起在所述固定触头25所处的旋转平面内刚性地旋转。

通过这种设置，可以以十分简单和灵活的方式执行各种电开关操作。例如，如图3a到3f所示，其可以有：

-触头24同时与触头21，22，23相连，触头26和25未连接(图3a)；

-触头24与触头21，3相连，触头22，25和26未连接(图3b)；

-触头24与触头23相连，触头25和26相互连接，触头21，22未连接(图3c)；

-触头24与触头22，23相连，触头21，25和26未连接(图3d)；

-触头24与触头22相连，触头25和26相互连接，触头21和23未连接(图3e)；

-触头24与触头21，22相连，触头23，25和26未连接(图3f)。

除这些可能的结构之外，很明显根据各种应用要求可以提供其它的开关操作。

图2所示的解决方法尤其有利，原因是两个中断腔4和14的纵轴基本上相互对准，并与旋转轴12的旋转轴线成直角。在这种方式中，通过旋转轴12和绕所述旋转轴的轴线转动运动触头，可以使隔离开关动作，同时由于运动触头沿各中断腔的纵轴简单地平移，可以使中断单元4和14打开/闭合。在这种方式中可以实现外壳1的内部占用空间的优化分配，并且允许所执行的电开关操作具有相当大的灵活性，所述装置200和设置在其外部的元件之间的连接也具有相当大的灵活性，设置在装置200外部的元件，例如为将要处理的负载、电力供应线等等，如下文中的详细介绍。

另外，隔离开关5可设置成使旋转轴12的轴线位于基本水平的平面内，如图2所示，或者使旋转轴12的轴线位于基本垂直的平面内，即正交于图2的轴线位置和中断单元的纵轴的方向。在这种情况下，旋转轴12的电机可以位于外壳1的下部，而隔离开关的触头相应地设置在外壳本身的内部。

因此，由于其结构紧凑性和功能的灵活性，所得装置尤其适于传送和分配电力的变电站。根据不同的应用结构，变电站可以是具有单导电杆的三相系统和具有双导电杆的三相系统。因此，本发明还涉及一种传送和分配电力的变电站，其与三相供电线相连，其特征在于，变电站包括了至少一个根据本发明的开关装置。

特别地，例如可分别地将端子11(或13)和13(或11)的输入端和输出端连接到主电力线的一相中，端子2连接到负载如电力变压器上；或是在输入端将端子11(或13)连接到供电相中，端子13(或11)连接负载，在输出端将端子2连接到所述相中。另一个可能的选择是在输入端将端子2连接供电相，端子11和13连接两个相应的负载，如两个电力变压器。

在图4和5中显示了采用多个本发明开关装置200的具有三相单杆系统的变电站的优选实施例。如图所示，连接到变电站的三相电源供应线的各相30采用了两个开关装置200。特别地，第一装置200具有在输入端与电源供应相30相连的端子11，在输出端与电力变压器31相连的端子13，通过空气绝缘的导电杆50与第二装置200的相应端子2相连的端子2。第二装置200又具有端子11和13(反过来13和11)，其在输出端分别与电源供应相30和电力变压器31相连。通过这种方式，并排地设置了二组三个一组的装置200，其结构比现有变电站的结构更紧凑。对于各组三个一组的装置200，中间装置200的套管40设置在基本垂直的平面内，侧边的装置200的其它两个套管40定位成关于中间套管处于相对的方向，因此，此结构甚至可以更加紧凑。另一个显著优点是，变电站中使用的装置可以是单极促动型，其中在各单个相上设有促动元件以进行隔离操作；作为另一种选择，此装置也可以是三极促动型，其中用于在装置的三相上执行隔离操作的能量由机械地连接到各单个相的隔离开关上的单个促动元件来提供。在图4和5中示意性地显示了一个这方面的示例，其中各组三个一组的装置200均采用了一单独的电机60，最好是伺服电机。在这种情况下，如图5所示，电机60位于边上的一个装置200上，并通过一单独的通轴61与三个相应的隔离开关相连，在轴61上适当地设置了多个运动触头。作为另一种选择，电机60也可以设置在中间装置200上。

另外，也可以用具有单个三极促动元件的相似的促动系统来切换中断单元。在这种情况下，实际上采用两个电机10就足够了，电机10设置在装置200上，各电机机械地连接在并排设置的三个中断单元的运动触头的促动杆上。

图4和5所示的变电站还可以通过这样的方式来实施：采用另外一组并排设置的三个一组的装置200，其顺序地与如上述的前二组三个一组的装置连接；各组三个一组的装置的连接还可以不用杆30而是用现有技术中的连接装置来实现，必要时可设置中断单元。

根据另一实施例，可以用具有金属包层管来代替密封套管40和导电杆30，从而提供装置200对之间的连接，这样就可以提供更紧凑的金属包层结构，其垂直方向的延伸减小，因此具有较小的视觉冲击。在这种方式中，还可以不用空气绝缘的杆，这样从维护的观点出发具有优点。在这种情况下，如同上面介绍的结构一样，端子11和13可以容纳在各个套管41和42中，并可以通过电缆而不是空气绝缘元件直接地连接到供电相中。

如果希望提供带有二根导电杆的三相系统的变电站，开关装置200可以用十分简单的方式改进；在这种情况下，采用第四连接端子和提供具有与第四端子连接的附加固定触头的隔离开关就足够了，还可以选择性地加上另一个与所述固定触头相连的运动触头。第四端子容纳在位于套管40附近的套管中，并与带有杆30的第二装置200的对应套管相连，如上所述。在这种情况下，为了提供装置200对之间的连接，可以采用金属包层管而不是密封套管和导电杆。装置200的输入和输出的电连接可以通过空气绝缘元件、套管或电缆连接来提供。这样得到的气体绝缘开关装置易于在本发明概念的范围内进行改进和变化，所有细节都可以被技术等效件所代替。实际上，只要适用于具体的应用和单独的元件，根据要求和技术水平就可以采用任何的结构。

Claims (18)

1.一种高压和中压用途的气体绝缘开关装置(200)，其特征在于，所述装置包括外壳(1)，所述外壳包括与第一电端子(2)电连接且位于所述外壳(1)内基本中间位置的隔离开关(5)，以及与所述隔离开关(5)电连接且分别与第二电端子(11)和第三电端子(13)电连接的第一中断单元(4)和第二中断单元(14)，所述第一和第二中断单元(4，14)相对所述隔离开关(5)而设置。

2.如权利要求1所述的开关装置(200)，其特征在于，所述隔离开关(5)包括分别与所述第一电端子(2)、第一和第二中断单元(4，14)相连的第一固定触头(21)、第二固定触头(22)和第三固定触头(23)，以及至少一个可与所述固定触头(21，22，23)中的至少一个相连的运动触头(24)。

3.如权利要求2所述的开关装置(200)，其特征在于，所述装置包括可与所述第一、第二、第三固定触头(21，22，23)相连的第一运动触头(24)，所述运动触头固定在旋转轴(12)上并可与之刚性地旋转，所述固定触头(21，22，23)位于所述运动触头(24)的旋转平面上。

4.如权利要求3所述的开关装置(200)，其特征在于，所述第一运动触头(24)由具有扇形形状的叶片形成，其与所述旋转轴(12)接通，并基本垂直于所述旋转轴(12)的旋转轴线。

5.如上述权利要求2所述的开关装置(200)，其特征在于，所述隔离开关(5)包括接地的第四固定触头(25)。

6.如权利要求5所述的开关装置(200)，其特征在于，所述隔离开关(5)包括可与所述第四固定触头(25)相连的第二运动触头(26)，所述第二运动触头(26)固定在所述旋转轴(12)上并可与之刚性地旋转，所述第四固定触头(25)位于所述第二运动触头(26)的旋转平面上。

7.如权利要求5所述的开关装置(200)，其特征在于，所述第一运动触头(24)和第二运动触头(26)固定在所述旋转轴(12)上，使得能在两个不同的旋转平面内旋转。

8.如权利要求3所述的开关装置(200)，其特征在于，所述旋转轴(12)可以由电机促动。

9.如权利要求3所述的开关装置(200)，其特征在于，所述第一和第二中断单元(4，14)包括中断腔(3)，所述中断腔内容纳了固定触头(6)和由促动元件可操作地控制的运动触头(7)，所述中断腔(3)的纵轴设置成与所述旋转轴(12)的旋转轴线基本成直角。

10.如权利要求9所述的开关装置(200)，其特征在于，所述促动元件包括伺服电机。

11.如权利要求3所述的开关装置(200)，其特征在于，所述旋转轴(12)定位成使其旋转轴线位于基本水平的平面内。

12.如权利要求3所述的开关装置(200)，其特征在于，所述旋转轴(12)定位成使其旋转轴线位于基本垂直的平面内。

13.一种适于与三相(30)电力供应线相连的传送和分配电力的变电站，其特征在于，所述变电站包括至少一个权利要求1所述的开关装置(200)。

14.如权利要求13所述的变电站，其特征在于，对于供电线的各相(30)，所述变电站包括第一开关装置和第二开关装置，所述第一开关装置包括与所述第二开关装置的第一电端子(2)相连的第一电端子(2)，输入端与所述供电相(30)相连的第二电端子(11)，和与第一电源变压器(31)相连的第三电端子(13)，所述第二开关装置包括输出端与所述供电相(30)相连的第二电端子(11)，和与第二变压器(31)相连的第三电端子(13)。

15.如权利要求14所述的变电站，其特征在于，所述第一、第二和第三电端子(2，11，13)分别容纳在第一、第二和第三套管(40)内，所述第一开关装置的第一电端子(2)通过空气绝缘导电条(50)与所述第二开关装置的第一电端子(2)相连。

16.如权利要求15所述的变电站，其特征在于，各用于三相的第一和第二开关装置在一纵向方向上并排设置成一组，每个所述三相为一组的第一和第二开关装置中的一个中间开关装置的第一电端子(2)的第一套管(40)为垂直设置在一垂直平面内，每个所述三相为一组的第一和第二开关装置中为所述中间开关装置两侧处的两侧开关装置的第一电端子(2)的第一套管(40)以相反方向倾斜，从而在第一开关装置的第一电端子与第二开关装置的第一电端子之间相接的这些导电条(50)是平行的。

17.如权利要求14所述的变电站，其特征在于，所述第一开关装置的第一电端子(2)通过金属包层管与所述第二开关装置的第一电端子(2)相连。

18.如权利要求14所述的变电站，其特征在于，对于三个一组的所述开关装置(200)，所述变电站包括适用于促动三个相应的隔离开关(5)的单个电机(60)。

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