电气化铁道专用气体绝缘组合电器

摘要

一种电气化铁道专用气体绝缘组合电器，包括断路器、隔离/接地开关、硅橡胶绝缘连接端子、套管式电流互感器、底架等基本元件，将断路器及其操作机构、隔离/接地开关安装在气体密封的外壳体中，断路器上端分别与隔离/接地开关和进出线硅橡胶绝缘连接端子连接，在进出线硅橡胶绝缘连接端子上安装套管式电流互感器，进出线硅橡胶绝缘连接端子分别通过主电力线连接到用户装置的输入端和输出端；本发明为单相组合式结构，基本元件可以组合成不同的接线方案，以满足不同用户的要求；本发明提供的气体绝缘开关设备实现了更加灵活的模块化，经济性强，易于满足目前变电站建设、改造和运行过程中缩小占地面积、节省投资、提高可靠性、便于维护管理。

说明书

技术领域

本发明属于电气化铁道专用开关设备技术领域，是一种电气化铁道专用气体绝缘组合电器。

背景技术

目前敞开式电气化铁道分区所、开闭所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导线连接在一起，其缺点是占地面积大，混凝土基础用量大，费用高，受外界环境影响大，产品可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，性能优良，安装及维护检修方便，占地及工程量少，生产成本又相对便宜的电气化铁道专用气体绝缘组合电器。它为电气化铁道专用产品，可广泛用于电气化铁道分区所、开闭所，主要作为电气化铁道的电力设备和输电线路的控制、保护和测量用。

本发明为单相组合式结构，基本元件可以组合成不同的接线方案，以满足不同用户的要求。本发明提供的气体绝缘开关设备实现了更加灵活的模块化，经济性强，易于满足目前变电站建设、改造和运行过程中缩小占地面积、节省投资、提高可靠性、便于维护管理。随着现代电力电子技术的发展，使许多产品的外形改变、质量减少很多，为将电气化铁道变电站的大部分设备组合在一起创造了条件。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

一种电气化铁道专用气体绝缘组合电器，包括断路器、隔离/接地开关、硅橡胶绝缘连接端子、套管式电流互感器、底架等基本元件，底架安装于基础之上，断路器连接于底架上，其特征在于：将断路器及其操作机构、隔离/接地开关安装在气体密封的外壳体中，断路器上端分别与隔离/接地开关和进出线硅橡胶绝缘连接端子连接，在进出线硅橡胶绝缘连接端子上安装套管式电流互感器，进出线硅橡胶绝缘连接端子分别通过主电力线连接到用户装置的输入端和输出端。

所述的断路器的壳体内是一水平布置的气体密封灭弧室，灭弧室为单压力压气式结构，灭弧室内分别设有静触头系统、动触头系统和隔离开关梅花触头系统三部分，水平设置的支撑绝缘子分别固定在壳体内的两侧，静触头系统与支撑绝缘子连接，动触头系统与支撑绝缘子连接，隔离开关梅花静触头系统分别置于动触头系统和静触头系统的上部并从壳体两侧引出置于隔离/接地开关动触头系统的正下方；动触头系统通过拉杆与由连杆、机构输出拐臂、输入拐臂、分闸弹簧拐臂、分闸弹簧、弹簧操动机构组成的断路器操作机构连接。

所述的静触头系统主要包括静触座、冷却小室、指形触指、静弧触头、连接螺钉构件。

所述的动触头系统主要包括屏蔽环、触头支座、拉杆、气缸、动弧触头、带状触指、喷口、压板和螺钉构件。

所述的断路器的气体密封灭弧室采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

所述的断路器操作机构设于机构操作箱内，弹簧操动机构通过连杆依次将机构输出拐臂、断路器输入拐臂、分闸弹簧拐臂和分闸弹簧连接在一起。

所述的隔离/接地开关置于气体密封的壳体内，倾斜30°角的上端壳体法兰分别通过圆盘绝缘子与进出线硅橡胶绝缘连接端子连接，置于圆盘绝缘子上端的隔离开关静触头系统与导电杆连接，置于圆盘绝缘子下端的隔离开关动触头系统与装在气体密封壳体上的绝缘转轴连接，绝缘转轴另一端与隔离/接地开关机构操作箱连接；接地开关静触头通过密封法兰与气体密封的壳体连接。

所述的套管式电流互感器套装在进出线硅橡胶绝缘连接端子上并与壳体法兰固定连接。

所述的断路器机构操作箱设置于断路器的右侧。

所述的隔离/接地开关机构操作箱分别设置于气体密封的壳体两侧。

本发明提供的气体绝缘组合电器的优点是：

1)、将断路器、隔离开关和接地开关等安装在金属封闭气体绝缘的外壳中，采用一体化设计，因而体积大大减少，节省占地面积。简化了元件，不需要再设置线路侧隔离开关和接地开关，大大减少了对地绝缘套管和绝缘支柱数，仅仅为常规设备的30％～50％，这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率，有助于提高运行的可靠性。

2)、使用可控操作技术使断路器可以比较准确地在各种负载工况和故障工况下分相操作，降低了合闸过电压、冲击电流或截流，从而取消了断路器的合闸电阻。

3)、具有在线监测、状态检修和可靠数据通信的功能。

4)、隔离/接地开关采用合闸、断开、接地三位置设计，共用一个操动机构操作一个隔离开关和一个接地开关，传感器可以准确告知开关的位置状态。

5)、是一种将一、二次设备在工厂内进行安装、试验完毕后再运输至现场的设备，在现场只需要进行简单的电缆连接就可以运行。

6)、各设备间连接线距离明显缩短，因此占地面积减少。

7)、使用硅橡胶绝缘套管。硅橡胶绝缘套管具有优良的电气和机械性能：内层用环氧树脂注入玻璃纤维制造的筒状支柱，保证了机械和绝缘强度；而外层包以硅橡胶，保证了如爬电距离等户外电器性能；表面憎水性，防止形成潮气膜和固体沉积，免除清洗工作；外部或内部闪络不会引起套管爆破，套管重量减轻约40％。

8)、采用套管式电流互感器，便于安装。

9)、由于是把一相的断路器加隔离开关和接地开关作为一个模块放在SF6密封舱中，每一相有独立的外壳，它可以单相独立的使用，也可以通过组合后三相一起使用，其可靠性和灵活性都大大的提高，一旦线路发生故障，排查、检修时间和停电范围都大大缩小。这更适合电气化铁道电力系统对“灵活性和可靠性”的要求。也符合了电气化铁道电力系统发展更加趋于人性化和可持续化发展的要求。

10)、基础更小，工程量减少，混凝土用量也随之减少。

11)、二次连接线均为插接式设计，减少了现场安装工作量。

附图说明

图1为本发明提供的电气化铁道专用气体绝缘组合电器外形示意图；

图2为电气化铁道专用气体绝缘组合电器结构示意图；

图3为断路器单极灭弧室及其操动机构结构示意图；

图4为隔离/接地开关、进出线硅橡胶绝缘连接端子、套管式电流互感器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本电气化铁道专用气体绝缘组合电器作进一步说明。

实施例

如图1、2、4所示，气体绝缘组合电器由断路器9、隔离/接地开关4、进出线硅橡胶绝缘连接端子1、套管式电流互感器2、断路器机构操作箱6和控制箱8、隔离/接地开关操动机构箱3、底架7组成。金属材料制成的底架采用10#槽钢、钢管、厚钢板制成，使得本产品的整体性良好。主电力线通过进出线硅橡胶绝缘连接端子1连接到用户装置的输入端和输出端。断路器机构操作箱6和控制箱8设置于断路器的右侧和底架立柱上，隔离/接地开关操动机构箱设置于壳体两侧。

如图3所示，为断路器单极灭弧室及其操动机构结构示意图：断路器灭弧室水平布置，安装于气体密封的壳体10内，设于支撑绝缘子13和21上并分别固定在壳体10内的两侧。弹簧操动机构19设于机构操作箱6内，通过连杆16将机构输出拐臂17与断路器输入拐臂14、分闸弹簧拐臂15、分闸弹簧18连接在一起，连杆16、断路器输入拐臂14、分闸弹簧拐臂15、分闸弹簧置于拐臂箱外防护壳和机构操作箱内。这种布置使断路器的结构紧凑，体积小，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，效率高。

断路器灭弧室分别由静触头系统20、动触头系统12、隔离开关梅花静触头系统11和21三部分组成，隔离开关梅花静触头系统置于静触头系统20、动触头系统12的上端。静触头系统20主要由静触座、冷却小室、指形触指、静弧触头、连接螺钉等组成。动触头系统12主要由屏蔽环、触头支座、拉杆、气缸、动弧触头、带状触指、喷口、压板和螺钉等组成。

断路器的灭弧室为单压力压气式结构，熄灭电弧不取决于电弧能量的大小，因而对大、小电流均有优良的开断能力，燃弧时间在6～18ms内均能可靠地熄灭电弧。

其灭弧的原理为：

断路器处在合闸状态并准备分闸时，这时静弧触头与动弧触头均闭合。当断路器接到分闸命令时，在弹簧操动机构19的作用下，带动机构输出拐臂17、通过连杆16使断路器的输入拐臂14顺时针方向运动，同时带动断路器的动触头系统12向右运动，屏蔽环、触头支座、拉杆、气缸、动弧触头、带状触指、喷口等部件在运动过程中，动触头系统的可动气缸对静止的触座作相对运动，气缸内的气体被压缩，与气缸外的气体形成压力差，这时静弧触头首先分开，动弧触头仍保持接触，因此动静弧触头之间不会产生电弧，可以保证动静弧触头不会被电弧烧蚀。当动弧触头开始断开时，高压力的六氟化硫气体通过喷口强烈吹拂电弧迫使电弧在电流过零时熄灭，一旦分断完毕，此压力差很快就消失，压气缸内外压力恢复平衡，由于静触座上装有逆止阀，合闸时的压力差非常小。

其工作原理为：

1)分闸操作

合闸时机构的合闸弹簧及分闸弹簧18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，机构输出拐臂和断路器输入拐臂由分闸弹簧施加顺时针方向的旋转力矩，在旋转力矩的作用下，机构输出拐臂和断路器输入拐臂带动连杆进行顺时针方向运动，同时带动断路器的动触头系统12向右运动，直至完成分闸操作。

2)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，机构输出拐臂17和断路器输入拐臂14在合闸弹簧施加逆时针方向的旋转力矩的作用下，机构输出拐臂和断路器输入拐臂带动连杆进行逆时针方向运动，同时带动断路器的动触头系统12向左运动，直至完成合闸操作。

根据用户运行的需要，可以有多种型式，如进出线硅橡胶绝缘连接端子两端同时安装套管式电流互感器，或者任何一端安装套管式电流互感器。

如图4所示，隔离/接地开关、进出线硅橡胶绝缘连接端子、套管式电流互感器结构示意图，所述的隔离/接地开关置于气体密封的壳体23内，上端壳体法兰倾斜30°角与圆盘绝缘子30、进出线硅橡胶绝缘连接端子1通过法兰31上的孔用螺栓连接，静触头系统32置于圆盘绝缘子30上端与导电杆33连接，隔离/接地开关动触头系统26和27置于圆盘绝缘子30下端，和壳体23一侧通过绝缘转轴28用螺栓与法兰29连接，最后再与隔离/接地开关操动机构箱3连接，接地开关静触头25通过密封法兰24与壳体23连接，套管式电流互感器2套入进出线硅橡胶绝缘连接端子1后用螺栓与法兰31连接。

图4所示是隔离开关/接地开关动触头为断开位置，当隔离开关合闸时，通过隔离/接地开关操动机构运动带动绝缘转轴作顺时针方向旋转，动触头27在齿条的带动下作向下移动，直至插入隔离开关梅花静触头11和22完成合闸操作。当隔离开关分闸时，通过操动机构运动带动绝缘转轴28作逆时针方向旋转，动触头27在齿条的带动下作向上移动，在动静触头屏蔽罩之间拉开一定距离，直至完成分闸操作。

接地开关在需要进行合闸时，通过操动机构运动带动绝缘转轴28作逆顺时针方向旋转，动触头27在齿条的带动下作向上移动，直至插入接地开关静触头25内。