专利名称：接地开关及包括这种设备的高压变电站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种接地开关，并且涉及一种包括这种开关的高压变电站(substation)。
背景技术：
高压变电站是由许多电气设备组成的，这些电气设备具有彼此互不相同的基本功能。这些设备共同起到执行以下全部功能的作用:在高压电力网络上分配能量，同时保护这些网络。高压电力断路器设备被用于网络中，这些网络是使用大于1000伏特(V)的电压下的交流电(AC)进行供电的，或者是使用大于1500V的电压下的直流电(DC)进行供电的。对电能的良好控制需要具有可用于对从发电厂流动至用户的电络中的电流的流动进行监视和控制的装置。这本质上是通过所述电力设备来完成的，所述电力设备具有优先确保这些电路对可能干扰其操作的任何事件进行自动防御的功能，并且还具有对使得网络的配置能够在正常使用状态下被修改的各种操作进行控制的功能。通过提供自主控制和自动安全性的这些补充功能，电力设备有助于电力网络的质量和实用性，并且在使用中有助于其安全性。这种电力设备的主要特性是:它们一直是可用的，并且它们无故障地操作，以至于人们可以忘记它们的存在。要求这些设备呈现几乎完美的可靠性，并且要求需要轻微且不频繁的维护，因此对于操作网络来说，维护操作是昂贵且不方便的。为了开发日益可靠性的并且提供改进性能的电力设备，已经设计出了许多技术解决方案。接地开关是安全设备，具有经由刚性导体材料在带电部分(电势已知是较弱的或者根本没有电势)和地面之间建立连接的目的。在特高压(UHV)变电站中，使用快速接地开关，快速接地开关具有在约60毫秒(ms)至80ms内进行切断以使感应电流消失的能力，这正是在UHV高架线上出现二次故障的情况下所必需的。这种接地开关必须能够接通且切断非常高电平的感应电流(具有根据UHV高架线之间的耦合有差别的幅值，并且具有它们各自的相位)，并且因此在断开和闭合之间非常快速(约200ms和约1000ms)。首先，接地开关是安全构件，在不传送电流时，这些安全构件被用于断开或闭合电路，并且它们被设计成使一组电路(例如，设备、机器、一段线路或电缆)与网络的剩余部分相隔离，以便允许操作人员能够没有危险地接近它们。原则上，不要求接地开关切断电流，但是某些接地开关可能需要切断母线传输电流(在IOV至300V下高达1600安培(A))。接地开关必须能够切断感应电流，由于与通电的相邻电路或相邻级(phase)的电容性耦合和电感性耦合，这些感应电流可能会流入高压电路中，并且如果这样的话，在20千伏(kV)下电流高达160A。在UHV应用的背景下，这些值可能是更大的。在说明书的结尾处所给出的参考文献[I]描述了一种现有技术中的高速接地开关(HSGS)。正如图1中所示，这种开关包括圆柱形的金属外壳10，该金属外壳10连接到地面，并且填充有处于高压强下的并且具有高电介质强度的绝缘气体(例如，六氟化硫或一些其他气体混合物)。高压导体11沿外壳10的纵向方向同轴地穿过外壳10，该导体由两个绝缘的锥体或支撑物12和13承载，这两个绝缘的锥体或支撑物12和13界定与中间隔室16相邻的隔室14和15。位于中间隔室16内的接地开关包括栓17，栓17可在垂直于导体11的方向上平移地移动，并且在闭合位置中与固定到导体11的静止电极18配合。栓17通过链路导体(未示出)电连接到地，并且通过导引物19在其行程中以平移的方式被导引，导引物19具有密封的中心通路，该栓穿过该中心通路。这样的解决方案是庞大且昂贵的。它还需要用于支撑高压导体11的装置，正如由绝缘的支撑锥体12和13所组成的。这样的接地开关是复杂的，并且更像电路断路器，而不是接地开关。此外，该开关是庞大的，并且对气体是贪婪的。使用两个绝缘锥体来支撑导体是昂贵的。最后，在断开和闭合时，电弧侵蚀掉开关的金属部分。这导致粒子的移动，因此降低总的电介质强度。本发明的一个目的是通过提出一种接地开关来解决这样的缺点，该接地开关能够使用连接到高压导体和外壳的绝缘管来支撑该高压导体，同时对设备操作期间由电磨损和机械磨损所产生的所有粒子进行俘获。
发明内容
本发明涉及一种接地开关，其位于气体绝缘的高压变电站内，接地开关具有接地的金属外壳和同轴地位于在该外壳内的高压导体，该开关包括绝缘管，该绝缘管被布置在外壳和导体之间，与它们垂直，起到支撑导体并且对用于将导体接地的导电的可移动部分进行导引的作用，其中，该可移动部分包括可移动接触件，该可移动接触件适于在绝缘管内滑动，其特征在于，该开关进一步包括:进气阀；连接到绝缘管内的容积A的阀，该阀位于可移动接触件和绝缘管的第二端之间；连接到绝缘管内的容积B的阀，该阀被布置在可移动接触件和绝缘管的第一端之间；以及滑动密封件，其位于可移动接触件的外壁和绝缘管的内壁之间。有利地，操纵杆连接到移动的接触件。可移动接触件可以是具有多个指状物的郁金香(tulip)的形式或者是导电的金属杆的形式。有利地，该设备还包括固定接触件，该固定接触件被固定到高压导体并且适于接纳可移动接触件。有利地,嘴式沟道设备(channeling device)被增加,或者否则形成绝缘管的整体部分。本发明还提供了一种高压变电站，该高压变电站包括至少一个这样的接地开关。本发明的接地开关起到了经由单个绝缘部分对高压导体进行支撑的作用，并且起到了使用该绝缘部分作为导引物并且作为压缩和膨胀腔用于加速(blasting)和缩短电弧的持续时间的作用。这样的解决方案起到了对连接接口(连接凸缘)的数量进行限制的作用，并且因此起到了限制泄漏的作用。它使接地开关能够提供真正的紧凑，它缩短了电弧的持续时间，并且它具有相当大的电弧爆炸力。与上述现有技术的接地开关不同，，由于电弧在断开和闭合接地开关时的存在而产生的粒子和分解产物被捕获，因此使良好的电介质强度能够被保证。这样的开关适合于在大于420kV(例如，IlOOkV)的UHV下使用。
图1示出了现有技术的接地开关。图2是本发明的接地开关的示意图。图3至图5示出了本发明的接地开关的操作。
具体实施例方式图2示出了本发明的接地开关在高压线路中的小开孔内的定位，该高压线路包括连接到地面的管状的金属外壳20和沿着外壳20内的对称轴同轴布置的高压导体21，不需要像图1中所示的现有技术的设备那样切割外壳。本发明的接地开关包括绝缘管22，绝缘管22在第一端处被固定到高压导体21，并且在第二端处被固定到管状外壳20,在垂直于其对称轴的方向上延伸。它包括:固定接触件23，其被固定到高压导体21 ;以及在其外周处提供有滑动密封件26的可移动接触件24，可移动接触件24能够在绝缘管22内移动，操纵杆25连接到可移动接触件。以本领域技术人员所熟知的方式，举例而言，操纵杆25能够通过与电动机相关联的弹簧控制或者通过液压控制来驱动。本发明的接地开关还可以包括:进气阀28 ;阀29，其连接到绝缘管22内的容积A (参见30)，阀29位于可移动接触件24和绝缘管22的第二端之间；阀31，其连接到绝缘管内的容积B (参见32)，并且被布置在所述可移动接触件(24)和所述绝缘管(22)的第一端之间。本发明的接地开关的操作如下。在闭合开关的操作过程中，S卩，将高压导体21接地的操作，由操纵杆25所导引的可移动接触件24移动至与固定接触件23进行连接，如图5中所示。由于以这种方式移动可移动接触件24，因此压缩容积B (参见32)的压力上升，通过位于可移动接触件24的外壁和绝缘管22的内壁之间的滑动密封件26来提供密封。由于局部压力的这种上升，固定接触件23和可移动接触件24之间的电弧稍后才出现，因此使侵蚀现象能够在这两个(静止的和移动的)接触件23和24处减少。在该操作过程中，容积A(参见30)经受压力的下降，并且被填充有可以称为“新的”和“冷的”气体。在断开开关的操作过程中，即，在通过移动操纵杆25将可移动接触件24与固定接触件23分离时，在容积B中产生吸力。该容积B通过阀31被填充有“新的”和“冷的”气体。一旦接触件23和24分离，就击出电弧。其能量导致容积B内的压力上升，该容积是通过阀29和滑动密封件26与容积A相隔离的。容积A中“新的”气体的压力上升是通过在绝缘管21内移动可移动接触件24所导致的，并且该压力经由阀29释放。阀29以这样的方式被设置成:当打开时，由可移动接触件24所形成的郁金香的指状物的端部处和固定接触件23的端部处的气体的密度在气流的零交叉期间处于最大值。由这个额外压力所产生的两个接触件23和24之间的气体湍流是通过吸力来放大的，吸力是在容积B中的打开操作期间由“新的”和“冷的”气体经由阀31的到达所产生的。
除了其导引和密封功能之外，绝缘管22充当高压导体21的支撑物，由于省去了绝缘锥体、接触件和凸缘的连接元件、螺栓、螺母等，因此在成本上提供显著的节约。为了使气体流动最优化(正如当设计电路断路器时)，可以在固定接触件23的外围处增加一个用于导引气体流动的嘴式设备，或者对于这样的设备而言成为绝缘管22的整体部分。参考文献[I]G.E.Agafonov, 1.V.Balkin, B.E.Berlin, Y.F.Kaminsky, S.V.Tretiakov,Y.1.Vishnevsky, J.H.Yoon, J.M.Kang, B.H.Choi 等人的 “High speed grounding switchfor extra-high-voltage lines (用于超高压线路的高速接地开关)”(A3-308, 2004年会议，Cigre, 1-7 页)。
权利要求
1.一种接地开关，其位于气体绝缘的高压变电站内，接地开关具有接地的金属外壳(20)和同轴地位于所述外壳内的高压导体(21)，所述开关包括绝缘管(22)，所述绝缘管(22)被布置在所述外壳(20)和所述导体(21)之间，与所述外壳(20)和所述导体(21)垂直，起到支撑所述导体并且对用于将所述导体(21)接地的导电的可移动部分(24)进行导引的作用，其中，所述可移动部分包括可移动接触件(24)，所述可移动接触件(24)适于在所述绝缘管(22)内滑动，其特征在于，所述开关进一步包括:进气阀(28);阀(29)，其连接到所述绝缘管(22)内的容积A，位于所述可移动接触件(24)和所述绝缘管的第二端之间；阀(31)，其连接到所述绝缘管内的容积B，被布置在所述可移动接触件(24)和所述绝缘管(22)的第一端之间；以及滑动密封件(26)，其位于所述可移动接触件(24)的外壁和所述绝缘管(22)的内壁之间。
2.根据权利要求1所述的开关，包括用于输送气体流动的设备。
3.根据权利要求1所述的开关，其中，所述可移动接触件(24)连接到操纵杆(25)。
4.根据权利要求1所述的开关，其中，所述可移动接触件(24)是具有多个指状物的郁金香的形式，或者是导电的金属杆的形式。
5.根据权利要求1所述的开关，具有固定接触件(24)，其被固定到所述高压导体(21)，所述固定接触件(24)适于接纳所述可移动接触件(24)。
6.一种高压变电站，包括如在前述权利要求中任一项所限定的至少一个接地开关。
全文摘要
本发明涉及一种接地开关，其位于气体绝缘高压变电站内，接地开关具有接地的金属外壳(20)和同轴地位于该外壳内的高压导体(21)，该接地开关包括绝缘管(22)，该绝缘管(22)被布置在外壳(20)和导体(21)之间，与它们垂直，起到支撑该导体并且对用于将所述导体(21)接地的导电的可移动部分(24)进行导引的作用。
文档编号H02B13/075GK103155317SQ201180049598
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月11日 优先权日2010年10月14日
发明者吉列尔莫·布兰切特 申请人:阿尔斯通技术有限公司