專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，屬于輸配電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的不斷加強(qiáng)，系統(tǒng)的短路容量越來(lái)越大，甚至超過(guò)了高壓斷路器 的額定開(kāi)斷電流，嚴(yán)重制約了電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。另外，當(dāng)大容量發(fā)電機(jī)出現(xiàn)端口短路時(shí)， 形成的短路電流也將超過(guò)目前的高壓斷路器的開(kāi)斷容量。據(jù)計(jì)算，三峽發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)出 線(xiàn)端短路時(shí)，短路電流可達(dá)300kA，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有500kV斷路器開(kāi)斷電流最大只能達(dá)到 63kA，國(guó)外的真空斷路器或六氟化硫斷路器也只能達(dá)到80kA，且價(jià)格昂貴，現(xiàn)有的開(kāi) 關(guān)裝置已不能滿(mǎn)足開(kāi)斷故障電流的要求。
中國(guó)專(zhuān)利CN200720086448.5 "并聯(lián)型斷路器"中提到，通過(guò)耦合電抗器實(shí)現(xiàn)兩個(gè) 及以上斷路器的可靠并聯(lián)，保證并聯(lián)斷路器間的均流并實(shí)現(xiàn)故障時(shí)的自動(dòng)限流，將斷路 器的開(kāi)斷容量提高了一倍以上。
一般用在電力系統(tǒng)中的串聯(lián)補(bǔ)償電抗器或限流電抗器，只是在特定場(chǎng)合或事故情況 下通過(guò)快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)投運(yùn)，平時(shí)并不在主系統(tǒng)中運(yùn)行。而專(zhuān)利CN200720086448.5中的 耦合電抗器與并聯(lián)斷路器的組合需要在電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期運(yùn)行，只要該斷路器所在的母線(xiàn) 運(yùn)行，此耦合電抗器就必須無(wú)間斷帶電運(yùn)行。如果耦合電抗器自身的絕緣性能及抗外界 干擾能力不能保證，將其引入系統(tǒng)，不但不能起到提高斷路器開(kāi)斷能力的作用，反而會(huì) 大大降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸容量。
由于該用途的電抗器的耦合度要求很高，電抗器的兩個(gè)耦合線(xiàn)圈之間距離很近。應(yīng) 用于220kV及以上線(xiàn)路時(shí)，對(duì)電抗器的匝間絕緣與層間絕緣提出了很高的要求。線(xiàn)圈的 絕緣應(yīng)能無(wú)損傷地承受工作電壓，以及在電網(wǎng)中可能發(fā)生的操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。 為了保證絕緣，電抗器的線(xiàn)圈絕緣采用了很厚的絕緣材料，這增大了電抗器的體積及成 本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其可以改善耦合電抗器的絕緣及抗外界干擾能力，提高大容量斷路器整體的安全性與穩(wěn)定性，減小 裝置的體積。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，采用三相獨(dú) 立結(jié)構(gòu)，每相包括緊耦合電抗器和2 4個(gè)并聯(lián)的斷路器，電抗器由2 4個(gè)相互緊密耦合 的電感線(xiàn)圈組成，電抗器線(xiàn)圈分別出線(xiàn)引至并聯(lián)斷路器；其特征在于還包括接地的非 導(dǎo)磁金屬外殼，電抗器和斷路器都在外殼內(nèi)；氣體隔離閥將外殼內(nèi)各部件分隔成不同充 氣單元，充氣單元充入高耐電強(qiáng)度絕緣氣體。
如上所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于上述外殼內(nèi)設(shè) 備部件還包括母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)、隔離幵關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器和電流互感器；高壓母線(xiàn)經(jīng) 高壓套管引入間隔，再經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi)關(guān)后引入緊耦合電抗器，由電抗器線(xiàn) 圈分別出線(xiàn)引至并聯(lián)斷路器；并聯(lián)斷路器的出線(xiàn)連接在一起，經(jīng)電流互感器后接斷路器 負(fù)荷側(cè)接地開(kāi)關(guān)，再經(jīng)電壓互感器最后經(jīng)電纜出線(xiàn)至負(fù)荷。
如上所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于氣體隔離閥將 外殼內(nèi)的電抗器、斷路器、母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器和電流互感器 分隔成不同充氣單元，充氣單元充入高耐電強(qiáng)度絕緣氣體。
如上所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于緊耦合電抗器 中相互耦合的幾個(gè)線(xiàn)圈等長(zhǎng)度，繞向相反；且正、反繞向的幾個(gè)線(xiàn)圈分別分裂為多個(gè)線(xiàn) 圈并聯(lián)而成；并聯(lián)的分線(xiàn)圈間釆取輻向繞組嵌套結(jié)構(gòu)，并與之繞向相反的各分線(xiàn)圈間隔 布置。
如上所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于不同充氣單元 的氣體壓力及氣體種類(lèi)根據(jù)需要配置。
如上所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于斷路器部分的 隔離氣室中采用高壓高耐電強(qiáng)度氣體介質(zhì)，其他部分采用與斷路器部分相同的氣體或氣 壓較低的絕緣氣體或耐電強(qiáng)度相對(duì)較低且價(jià)格較便宜的混合絕緣氣體。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用了高電氣強(qiáng)度的氣體絕緣和金屬外殼封閉，使原 露天敞開(kāi)式靠空氣絕緣的電抗器與斷路器的組合整體體積減小了，且更安全穩(wěn)定，不易 受外界環(huán)境干擾。另外本發(fā)明可以集成變電站其他電氣設(shè)備如電壓\電流互感器、隔離 開(kāi)關(guān)等，整體形成一個(gè)大容量的氣體絕緣封閉式組合電器GIS (也可以不集成入)，進(jìn) 一步減小各設(shè)備所占體積。
41. 本發(fā)明采用緊耦合電抗器實(shí)現(xiàn)電流在并聯(lián)斷路器之間自動(dòng)均流、限流，可以將現(xiàn) 有開(kāi)關(guān)裝置的短路電流開(kāi)斷容量擴(kuò)大一倍。由于其工作原理基于電感自身物理特 性，沒(méi)有復(fù)雜的電子控制裝置，因此更安全可靠。將此緊耦合電抗器加入傳統(tǒng)金 屬封閉氣體絕緣組合開(kāi)關(guān)裝置中，實(shí)現(xiàn)了大容量組合開(kāi)關(guān)。本裝置可以在 35kv-lOOOkv范圍適用。
2. 本發(fā)明采用高耐電強(qiáng)度的氣體介質(zhì)作為該緊耦合電抗器的主絕緣及縱絕緣，取代 原依靠瀝青云母帶絕緣與空氣絕緣的組合設(shè)計(jì)，絕緣介質(zhì)分布均勻，整個(gè)電抗器 的總體積可以明顯減小。同時(shí)采用非導(dǎo)磁的金屬外殼封裝，本發(fā)明可以改善緊耦 合電抗器的絕緣及抗外界干擾能力，提高大容量斷路器整體長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性與 穩(wěn)定性。
3. 本發(fā)明將組合裝置通過(guò)氣體隔離閥按實(shí)際需要分隔成不同充氣單元，可以在對(duì)滅 弧性能要求高的斷路器部分采用高壓高耐電強(qiáng)度氣體介質(zhì)，同時(shí)在其他部分采用 氣壓較低的絕緣氣體或耐電強(qiáng)度相對(duì)較低且價(jià)格較便宜的混合絕緣氣體。這樣降 低了氣體總成本，并便于檢修。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例金屬封閉氣體絕緣的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置的電路示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例金屬封閉氣體絕緣的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3-1為圖1中的電抗器中兩個(gè)線(xiàn)圈相互耦合的橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3-2為圖1中的電抗器中兩個(gè)線(xiàn)圈相互耦合的縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1中標(biāo)記的說(shuō)明l-隔離開(kāi)關(guān)，2-母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi)關(guān)，3-電抗器，4-斷路器，5-電流互感器，6-斷路器負(fù)荷側(cè)接地開(kāi)關(guān)，7-電壓互感器，8-快速接地開(kāi)關(guān)，9-電纜出線(xiàn)。 圖2中標(biāo)記的說(shuō)明10-隔離氣閥，11-高壓套管，12-金屬外殼。 圖3-1和圖3-2中標(biāo)記的說(shuō)明13， 14， 15， 16， 17， 18， 19， 20-線(xiàn)圈。 本發(fā)明實(shí)施例裝置采用三相獨(dú)立結(jié)構(gòu)，由非導(dǎo)磁金屬外殼12封閉，內(nèi)充絕緣氣體。 每相包括2 4個(gè)相互緊密耦合的電感線(xiàn)圈組成的電抗器3和2 4個(gè)并聯(lián)的斷路器4，還可以根據(jù)需要，將系統(tǒng)中的隔離開(kāi)關(guān)l、母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi)關(guān)2、電壓互感器7、電流互感 器5等組件也加入組合裝置，形成一種適應(yīng)變電站緊湊型布置的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置， 非導(dǎo)磁的金屬外殼12接地。
可以通過(guò)氣體隔離氣閥IO將各組件(如母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)l、電抗器3、斷路器 4、母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi)關(guān)2、電壓互感器7、電流互感器5等)分隔成不同充氣單元，使得不 同充氣單元的氣體壓力及氣體種類(lèi)可以根據(jù)需要不同配置。
所述的絕緣氣體是采用除大氣壓下空氣以外的高耐電強(qiáng)度氣體介質(zhì)，如氣壓大于
0. 1MPa的壓縮空氣或氮?dú)?N2)、氬氣(A》、二氧化碳?xì)怏w(C02)等，六氟化硫(SF6) 氣體、三氟碘甲烷(CF3I)氣體、八氟異丁烯(c-C4F8)氣體、四氟甲垸(CF4)氣體、 全氟丙烷(C3F8)氣體、全氟乙垸(C2F6)氣體等，或者以上氣體的不同比例混合氣體。 包括并不限于以上提及氣體。
并聯(lián)的斷路器4型號(hào)相同，其滅弧介質(zhì)可以為真空或除大氣壓下空氣以外的高耐電 強(qiáng)度氣體介質(zhì)，如氣壓大于0.1MPa的壓縮空氣或氮?dú)?N2)、氬氣(A。、 二氧化碳?xì)怏w (C02)等，六氟化硫(SF6)氣體、三氟碘甲烷(CF3I)氣體、八氟異丁烯(c-C4F8) 氣體、四氟甲烷(CF4)氣體、全氟丙垸(C3F8)氣體、全氟乙烷(C2F6)氣體等，或者基 于以上氣體的不同比例構(gòu)成混合氣體或不同壓力的組合。包括并不限于以上提及氣體。
圖1和圖2分別為本發(fā)明實(shí)施例金屬封閉氣體絕緣的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置的電路和
內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例金屬封閉氣體絕緣的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置包括隔離開(kāi)關(guān)
1、 母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi)關(guān)2、緊耦合電抗器3、并聯(lián)斷路器4、電流互感器5、斷路器負(fù)荷側(cè) 接地開(kāi)關(guān)6、電壓互感器7、快速接地開(kāi)關(guān)8、隔離氣閥10和非導(dǎo)磁金屬外殼12。
如圖1和圖2所示，高壓母線(xiàn)經(jīng)高壓套管11引入間隔、再經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)1、母線(xiàn)側(cè) 接地開(kāi)關(guān)2后引入緊耦合電抗器3。以?xún)删€(xiàn)圈電抗器為例，由電抗器3兩線(xiàn)圈分別出線(xiàn) 引至兩并聯(lián)斷路器4。兩并聯(lián)斷路器4的進(jìn)線(xiàn)分別接電抗器3的兩線(xiàn)圈出線(xiàn)，兩并聯(lián)斷 路器4的出線(xiàn)連接在一起，經(jīng)電流互感器5后接斷路器負(fù)荷側(cè)接地開(kāi)關(guān)6，再經(jīng)電壓互 感器7、快速接地開(kāi)關(guān)8 (可免)等最后經(jīng)電纜出線(xiàn)9至負(fù)荷。非導(dǎo)磁金屬外殼12內(nèi)為 各部件相對(duì)位置。其中斷路器4可以經(jīng)隔離氣閥IO與其他部分隔離開(kāi)來(lái)，斷路器4部 分的隔離氣室中充滅弧性能更高的氣體，而其他部分可以充以介電強(qiáng)度較低的絕緣氣 體。例如斷路器4中充的氣體是高純度SF6氣體，其他部分可以充以SF6與氮?dú)獾葰怏w 的混合氣體。圖3-1和圖3-2為本發(fā)明實(shí)施例兩個(gè)線(xiàn)圈相互耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。兩個(gè)線(xiàn)圈采用分 裂繞組導(dǎo)線(xiàn)。即順時(shí)針繞向和逆時(shí)針繞向的線(xiàn)圈各采用兩個(gè)及以上線(xiàn)圈(13-14、 17-18， 15-16、 19-20)并聯(lián)而成，其中端子(13、 17)， (14、 18)， (15、 19)， (16、 20)分別 短接。繞向相同的各分線(xiàn)圈間直徑不同，順時(shí)針繞向的分繞組線(xiàn)圈13-14、 17-18與逆 時(shí)針繞向的分繞組線(xiàn)圈15-16、 19-20，輻向嵌套間隔排列(即從圓心向往的繞組依次為 13-14、 15-16、 17-18、 19-20)。
下面具體介紹本發(fā)明實(shí)施例金屬封閉氣體絕緣的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置的原理。
對(duì)于兩線(xiàn)圈耦合的緊耦合電抗器3:兩個(gè)線(xiàn)圈通流能力、及動(dòng)熱穩(wěn)定要求相同，因 此兩線(xiàn)圈釆取盡可能對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。為提高線(xiàn)圈間的耦合系數(shù)，兩線(xiàn)圈采取輻向分層間隔 套繞的繞線(xiàn)方式，兩線(xiàn)圈繞線(xiàn)方向相反(一個(gè)順時(shí)針繞， 一個(gè)逆時(shí)針繞)，在兩線(xiàn)圈通 過(guò)大小相等的電流時(shí)，兩線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通相互抵消。各個(gè)線(xiàn)圈采用分裂導(dǎo)線(xiàn)，即順時(shí)針 繞向和逆時(shí)針繞向的線(xiàn)圈各采用兩個(gè)及以上線(xiàn)圈并聯(lián)而成，繞向相同的各分線(xiàn)圈間直徑 不同，順時(shí)針繞向的分線(xiàn)圈與逆時(shí)針繞向的分線(xiàn)圈輻向嵌套間隔排列。把每個(gè)線(xiàn)圈分裂 為多個(gè)相同繞向的分線(xiàn)圈并聯(lián)，并與繞向相反的線(xiàn)圈輻向間隔嵌套，既提高了正反向線(xiàn) 圈的耦合度，同時(shí)，分裂導(dǎo)線(xiàn)本身也滿(mǎn)足了交流電流趨膚效應(yīng)的要求，增大了導(dǎo)線(xiàn)的通 流能力?？傊?，該緊耦合電抗器3的引入，即從物理原理上保障了電流在并聯(lián)斷路器4 中的自動(dòng)均勻分配，如果出現(xiàn)一個(gè)支路先開(kāi)斷的情況，該電抗器3自動(dòng)轉(zhuǎn)入大阻抗的限 流狀態(tài)，從而保障后開(kāi)斷的斷路器4能可靠地開(kāi)斷短路電流。
由于采用高耐電強(qiáng)度的氣體介質(zhì)作為該緊耦合電抗器3的主絕緣及縱絕緣，取代原 依靠瀝青云母帶絕緣與空氣絕緣的組合設(shè)計(jì)，絕緣介質(zhì)分布相對(duì)更均勻，整個(gè)電抗器3 的總體積可以明顯減小。
將該緊耦合電抗器3采用非導(dǎo)磁的金屬外殼12封裝，較之原敞開(kāi)式設(shè)計(jì)，基本可 以排除外界環(huán)境(如直擊雷、風(fēng)、霜、雨、雪、污穢、鳥(niǎo)害等)干擾。非導(dǎo)磁金屬外殼 12不會(huì)改變緊耦合電抗器3的磁路。
權(quán)利要求
1、一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，采用三相獨(dú)立結(jié)構(gòu)，每相包括緊耦合電抗器和2～4個(gè)并聯(lián)的斷路器，電抗器由2～4個(gè)相互緊密耦合的電感線(xiàn)圈組成，電抗器線(xiàn)圈分別出線(xiàn)引至并聯(lián)斷路器；其特征在于還包括接地的非導(dǎo)磁金屬外殼，電抗器和斷路器都在外殼內(nèi)；氣體隔離閥將外殼內(nèi)各部件分隔成不同充氣單元，充氣單元充入高耐電強(qiáng)度絕緣氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特 征在于上述外殼內(nèi)設(shè)備部件還包括母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感 器和電流互感器；高壓母線(xiàn)經(jīng)高壓套管引入間隔，再經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和母線(xiàn)側(cè)接地開(kāi) 關(guān)后引入緊耦合電抗器，由電抗器線(xiàn)圈分別出線(xiàn)引至并聯(lián)斷路器；并聯(lián)斷路器的 出線(xiàn)連接在一起，經(jīng)電流互感器后接斷路器負(fù)荷側(cè)接地開(kāi)關(guān)，再經(jīng)電壓互感器最 后經(jīng)電纜出線(xiàn)至負(fù)荷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置， 其特征在于氣體隔離閥將外殼內(nèi)的電抗器、斷路器、母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、接 地開(kāi)關(guān)、電壓互感器和電流互感器分隔成不同充氣單元，充氣單元充入高耐電強(qiáng) 度絕緣氣體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特 征在于緊耦合電抗器中相互耦合的幾個(gè)線(xiàn)圈等長(zhǎng)度，繞向相反；且正、反繞向 的幾個(gè)線(xiàn)圈分別分裂為多個(gè)線(xiàn)圈并聯(lián)而成；并聯(lián)的分線(xiàn)圈間采取輻向繞組嵌套結(jié) 構(gòu)，并與之繞向相反的各分線(xiàn)圈間隔布置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特 征在于不同充氣單元的氣體壓力及氣體種類(lèi)根據(jù)需要配置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于斷路器部分的隔離氣室中采用高壓高耐電強(qiáng)度氣體介質(zhì)，其他部分 采用與斷路器部分相同的氣體或氣壓較低的絕緣氣體或耐電強(qiáng)度相對(duì)較低且價(jià) 格較便宜的混合絕緣氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種金屬外殼氣體絕緣的大容量組合開(kāi)關(guān)裝置，其采用三相獨(dú)立結(jié)構(gòu)，由非導(dǎo)磁金屬外殼封閉，內(nèi)充絕緣氣體。每相包括2～4個(gè)相互緊密耦合的電感線(xiàn)圈組成的電抗器和2～4個(gè)并聯(lián)的斷路器，還可以根據(jù)需要，將系統(tǒng)中的隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器等組件也加入組合裝置，形成一種適應(yīng)變電站緊湊型布置的大容量開(kāi)關(guān)組合裝置，本發(fā)明能通過(guò)氣體隔離氣閥將裝置內(nèi)各組件分隔成不同充氣單元，使得不同充氣單元的氣體壓力及氣體種類(lèi)可以根據(jù)需要不同配置。本發(fā)明采用了高電氣強(qiáng)度的氣體絕緣和金屬外殼封閉，使原露天敞開(kāi)式靠空氣絕緣的電抗器與斷路器的組合整體體積減小了，且更安全穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境干擾。
文檔編號(hào)H02B13/035GK101651303SQ20091006348
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者飛 劉, 婷 尹, 輝 李, 硯 杜, 杜忠東, 王曉琪, 軍 趙, 陳軒恕 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司