一种环保型充气开关柜的制作方法

本发明属于中高压电力系统
技术领域：
，具体涉及一种环保型充气开关柜。
背景技术：
：目前，国内外40.5kv(36kv)及以下c-gis开关柜中的绝缘气体是sf6，这种气体的绝缘性能优异、灭弧能力强、稳定性可靠，是目前国内外用于高压c-gis开关柜中的主流绝缘气体，但sf6却是一种温室效应气体，《京都议定书》已明确将sf6气体列为全球限制使用的6种气体之一。sf6气体产生的温室效应已成为不容忽视的全球性问题，中国在2015年巴黎气候变化大会上承诺，在国际社会中主动承担国际责任，并在解决国际气候变化问题上充分发挥建设性作用。因此，我们也应响应行业号召，研发c-gis开关柜中sf6替代气体，这种替代气体应为环保型气体，比如干燥空气、氮气等，由于这类环保型气体与sf6气体相比，其绝缘性能弱，因此，现有sf6气体中使用的绝缘件不能直接应用在空间有限的环保型气体c-gis开关柜中，否则会有闪络、爬电等风险发生。因此，亟需制作一种满足性能要求的环保型充气开关柜，以便真正实现可替代性。技术实现要素：本发明的目的在于解决现有技术中c-gis开关柜中使用的绝缘气体产生温室效应环境，不利于环保的问题，而提供了一种环保型充气开关柜。为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：一种环保型充气开关柜，包括柜体，该柜体由金属隔板自上而下分割为母线室、断路器室以及电缆室；其特殊之处在于，还包括断路器固封极柱、三工位装置、进出线套管以及顶扩套管或侧扩套管；所述顶扩套管或侧扩套管安装在母线室的柜体上；即：可以采用顶扩套管，也可以采用侧扩套管；所述三工位装置安装在母线室与断路器室之间的金属隔板上，其上端位于母线室内，下端位于断路器室内；所述断路器固封极柱和进出线套管均安装在断路器室的柜体上；所述顶扩套管或侧扩套管通过连接导体与所述三工位装置上端电连接；三工位套管下端通过连接导体与断路器固封极柱的动端连接金具电连接；断路器固封极柱的静端连接金具通过连接导体与进出线套管电连接；进出线套管通常外接电缆、避雷器或者电压互感器(pt)等；连接导体可以使用铜材或铝材，但在选用时，大多使用铜排或铜管这类铜材；所述断路器固封极柱、三工位装置、进出线套管以及顶扩套管或侧扩套管的绝缘套上均设置有用于增加沿面爬电距离的增爬结构，可以提升各个绝缘件的绝缘强度。进一步地，所述增爬结构按照以下方法设计：1)确定环保型充气开关柜中各个绝缘件的结构尺寸：对于母线室中竖直安装的绝缘件，确定其高度小于等于母线室内部高度h1的四分之一，确定其最大外径为小于等于母线室内部宽度b1并内部深度d1的五分之一(绝缘件安装时最大外径应同时考虑内部宽度b1和内部深度d1，满足两者要求，即小于等于内部宽度b1的五分之一、以及小于等于内部深度d1的五分之一)；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；对于母线室内水平安装的绝缘件，确定其高度小于等于母线室内部宽度b1的四分之一，确定其最大外径为小于等于母线室内部宽度b1并内部深度d1的五分之一(绝缘件安装时最大外径应同时考虑内部宽度b1和内部深度d1，满足两者要求，即小于等于内部宽度b1的五分之一、以及小于等于内部深度d1的五分之一)；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；对于断路器室内竖直安装的绝缘件，确定其高度为小于等于断路器室内部高度h2的五分之一；确定其最大外径为小于等于断路器室内部宽度b2并内部深度d2的五分之一(绝缘件安装时最大外径应同时考虑内部宽度b2和内部深度d2，满足两者要求，即小于等于内部宽度b2的五分之一、以及小于等于内部深度d2的五分之一)；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；对于断路器室内水平安装的绝缘件，确定其高度为小于等于断路器室内部宽度b2的五分之一；确定其最大外径为小于等于断路器室内部宽度b2并内部深度d2的五分之一(绝缘件安装时最大外径应同时考虑内部宽度b2和内部深度d2，满足两者要求，即小于等于内部宽度b2的五分之一、以及小于等于内部深度d2的五分之一)；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；所述绝缘件中，高压导体最大外径处的绝缘件绝缘厚度t1大于等于25mm小于等于40mm；高压导体最大外径相对应的外部屏蔽环处的绝缘件绝缘厚度t2大于等于25mm小于等于40mm；所述绝缘件表面的绝缘场强小于等于1.2kv/mm；2)确定各个绝缘件的增爬结构：按每千伏大于等于5mm小于等于10mm的标准确定爬电距离，并根据爬电距离设计满足要求的增爬结构；所述增爬结构为至少一层增爬裙，所述增爬裙沿径向由内向外设置在各个绝缘件的绝缘套位于气室内的端部，且相邻增爬裙之间形成增爬凹槽；在绝缘件整体绝缘高度不变的情况下，按照每增加一个增爬裙将使绝缘件的耐压水平up提高5％～10％的标准确定增爬裙的层数，且考虑到柜体空间尺寸的要求，增爬裙的层数增加所提高的绝缘件沿面耐压水平up每毫米大于等于300v小于等于400v。进一步地，步骤2)中,所述增爬裙设置有一层时，其与高压导体之间或者其与绝缘套内壁之间形成增爬凹槽；所述增爬裙设置有多层时，最内侧增爬裙与高压导体之间或最外侧增爬裙与绝缘套内壁之间形成增爬凹槽，以与增爬裙位于同一端的高压导体的端面为基准面，相邻增爬裙之间，外侧增爬裙顶端与所述基准面之间的距离比内侧增爬裙顶端与所述基准面之间的距离长10～50mm；定义：由内向外，增爬裙的高度为hn，其中，n为增爬裙层数；增爬凹槽的最大宽度为k；增爬裙顶端的圆角为r1；增爬凹槽槽底的倒角为r2；考虑到柜体空间的限制，所述hn的范围为10～50mm，其大于等于k小于等于2k；所述r1的范围为1.5～4mm；所述r2的范围为2～5mm。进一步地，所述断路器固封极柱包括位于同一绝缘套筒中的真空泡子、静端连接金具、动端连接金具以及动端滑动金具；所述绝缘套筒包括相互连通的竖向绝缘筒和中部横向绝缘筒；所述静端连接金具、真空泡子以及动端滑动金具自上而下依次设置在竖向绝缘筒内；所述动端连接金具位于横向绝缘筒内，且其一端伸入竖向绝缘筒内；所述静端连接金具的一端与所述真空泡子的静端电连接；所述动端滑动金具的一端与真空泡子的动端电连接；所述动端连接金具的一端伸入竖向绝缘筒内与动端滑动金具周向上的导电触指电连接；所述绝缘套筒包裹静端连接金具另一端的端部、包裹动端连接金具另一端的端部以及包裹动端滑动金具另一端的内壁上均设置有两层增爬裙；其中，静端连接金具与包裹其的内侧增爬裙之间形成增爬凹槽；动端连接金具与包裹其的内侧增爬裙之间形成增爬凹槽；动端滑动金具处的外侧增爬裙与绝缘筒内壁之间形成增爬凹槽。进一步地，所述三工位装置包括母线连接件和三工位套管；所述母线连接件包括第一高压导体和第一绝缘套；所述三工位套管包括第二高压导体和第二绝缘套；其中，第一绝缘套和第二绝缘套通过第三绝缘套将母线连接件和三工位套管连接；所述第二高压导体呈t型，包括横向金具和竖向金具，横向金具为三工位装置的功能件，竖向金具的端部与断路器固封极柱的动端连接金具连接；所述第二绝缘套包括与第二高压导体相适配的横向绝缘套和竖向绝缘套；所述竖向绝缘套的端部设置有一层增爬裙，所述增爬裙与竖向金具之间形成增爬凹槽；第一绝缘套、第二绝缘套的横向绝缘套、第二绝缘套的竖向绝缘套和第三绝缘套可以单独成型组装为一体，也可以浇注一次成型为一体；且各个绝缘套还可以进行更优化的处理，比如第一高压导体外部的第一绝缘套局部可以优化省略掉。进一步地，所述进出线套管以及顶扩套管或侧扩套管上连接连接导体的端部绝缘套上均设置有两层增爬裙，其中，内侧增爬裙与各套管的高压导体之间均形成增爬凹槽。进一步地，所述进出线套管上设置有均压环和屏蔽环；所述顶扩套管和三工位套管上设置有屏蔽环；所述静端连接金具与真空泡子连接处的绝缘筒内，和/或动端连接金具与真空泡子之间的绝缘筒内，和/或动端滑动金具活动区域的绝缘筒内设置有均压环。进一步地，步骤1)中，所述t1的取值为30mm，所述t2的取值为30mm。步骤2)中，考虑到柜体空间尺寸要求，按每千伏大于等于6mm小于等于8mm的标准确定爬电距离s；增爬裙的层数增加所提高的绝缘件沿面耐压水平up为每毫米350v。进一步地，所述连接导体倒角为4～6mm，连接导体与柜体之间的距离为160～180mm；所述屏蔽环倒角为16～20mm；所述柜体外侧设置有散热器。进一步地，考虑到绝缘气体与绝缘件表面附着力越紧密，绝缘件表面的绝缘强度越高，所述断路器固封极柱、三工位装置、进出线套管以及顶扩套管或侧扩套管制作时沿表面的爬距方向不能设置有合模缝。本发明的优点是：本发明环保型充气开关柜可满足40.5kv及以下(比如：额定电压为36kv、24kv或12kv)c-gis开关柜中的性能要求，在有限的空间内，将各个绝缘件的绝缘强度提高，以适应环保气体较弱的绝缘性，填补行业空白，响应行业号召。附图说明图1为本发明实施例一环保型充气开关柜的结构示意图；图2为本发明实施例二环保型充气开关柜的结构示意图；图3为本发明中顶扩套管的结构示意图；图4为本发明中三工位装置的结构示意图；图5为本发明中断路器固封极柱的结构示意图；图6为本发明中进出线套管的结构示意图；图7为连接导体倒角r6时，高压导体电场强度云图；图8为屏蔽环倒角r20时，高压导体电场强度云图；图9为图1中所用绝缘件的电场强度云图一；图10为图1中所用绝缘件的电场强度云图二；附图标记如下：1-母线室，2-断路器室，3-金属隔板，4-顶扩套管，5-三工位装置，6-断路器固封极柱，7-进出线套管，8-连接导体，9-侧扩套管，10-散热器安装架，11-柜体，12-金具，13-绝缘套，14-增爬裙，15-增爬凹槽，16-均压环，17-屏蔽环，18-增爬面，19-安装固定孔，20-母线连接件，21-第一高压导体，22-第一绝缘套，23-第二高压导体，24-第二绝缘套，25-第三绝缘套，26-横向金具，27-竖向金具，28-横向绝缘套，29-竖向绝缘套，30-竖向绝缘筒，31-中部横向绝缘筒，32-静端连接金具，33-动端连接金具，34-动端滑动金具，35-导电触指，36-真空泡子，37-绝缘拉杆区域，38-三工位套管，39-弹簧触指。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：实施例一如图1、图3-图6所示，一种环保型充气开关柜，包括柜体11和位于柜体11内的断路器固封极柱6、三工位装置5、三个进出线套管7以及三个顶扩套管4；柜体11由金属隔板3自上而下分割为母线室1、断路器室2和电缆室。三个顶扩套管4并排安装在母线室1的顶板上。三工位装置5包括设置在一体绝缘套内的母线连接件20和三工位套管38；母线连接件20包括第一高压导体21和第一绝缘套22；三工位套管38包括第二高压导体23和第二绝缘套24；第二高压导体23呈t型，包括横向金具26和竖向金具27，横向金具26为三工位套管38的功能件；第二绝缘套24包括与第二高压导体23相适配的横向绝缘套28和竖向绝缘套29；三工位套管38的接地固定端位于竖向绝缘套29的中部；第一绝缘套22的接地固定端和第二绝缘套24的接地固定端通过第三绝缘套25连接。三工位套管38通过两个绝缘套(第一绝缘套和第二绝缘套)的接地端竖直安装在金属隔板3上，且三工位套管38设置有功能件的一端和母线连接件20均位于母线室1，三工位套管38的另一端位于断路器室2。第一高压导体21和第二高压导体23内设置有用于滑动电连接的弹簧触指39和/或表带触指槽，或在第一高压导体21和第二高压导体23内部滑动的电连接导杆上设置有弹簧触指39和/或表带触指槽。断路器固封极柱6水平设置在断路器室2的柜体11上，其包括位于同一绝缘套筒中的真空泡子36、静端连接金具32、动端连接金具33以及动端滑动金具34；断路器固封极柱6绝缘套筒包括竖向绝缘筒30和中部横向绝缘筒31，中部横向绝缘筒31的一端与竖向绝缘筒30的中部连通；静端连接金具32、真空泡子36以及动端滑动金具34自上而下依次设置在竖向绝缘筒30内；动端连接金具33位于中部横向绝缘筒31内，且其一端伸入竖向绝缘筒30内与动端滑动金具34周向的导电触指35电连接；竖向绝缘筒30中动端滑动金具34下方的区域均为绝缘拉杆区域37。三个进出线套管7并排设置在断路器室2的底板上，进出线套管7的型号可根据需要选择不同型号的内锥套管。其中，三个顶扩套管4与母线连接件20通过连接导体8电连接；三工位套管38的竖向金具27通过连接导体8与断路器固封极柱6的动端连接金具33电连接；断路器固封极柱6的静端连接金具32通过连接导体8与三个进出线套管7电连接。本实施例中连接导体采用铜排，铜排倒角r为4～6mm，铜排与柜体11之间的距离为160～180mm。断路器固封极柱6、三工位装置5、进出线套管7以及顶扩套管4的绝缘套上均设置有用于增加沿面爬电距离的增爬结构。增爬结构按照以下方法设计：1)确定环保型充气开关柜中各个绝缘件的结构尺寸：对于母线室1中竖直安装的绝缘件(顶扩套管4和三工位装置5的上端)，确定其高度小于等于母线室1内部高度h1的四分之一，确定其最大外径为小于等于母线室1内部宽度b1并内部深度d1的五分之一；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；对于断路器室2内竖直安装的绝缘件(三工位装置5的下端和进出线套管7)，确定其高度为小于等于断路器室2内部高度h2的五分之一；确定其最大外径为小于等于断路器室2内部宽度b2并内部深度d2的五分之一；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；对于断路器室2内水平安装的绝缘件(断路器固封极柱6)，确定其高度为小于等于断路器室2内部宽度b2的五分之一；确定其最大外径为小于等于断路器室2内部宽度b2并内部深度d2的五分之一；再根据绝缘场强验证并调整该绝缘件的高度和最大外径，所述调整必须符合所限定绝缘件的高度和最大外径尺寸条件；所述绝缘件中，高压导体(即金具)最大外径处的绝缘件绝缘厚度t1大于等于25mm小于等于40mm，优选30mm；高压导体最大外径相对应的外部屏蔽环17处的绝缘件绝缘厚度t2大于等于25mm小于等于40mm，优选30mm；所述绝缘件表面的绝缘场强小于等于1.2kv/mm；2)确定各个绝缘件的增爬结构：按每千伏大于等于5mm小于等于10mm的标准确定爬电距离，考虑到柜体11空间尺寸要求，优选每千伏6～8mm；并根据爬电距离设计满足要求的增爬结构；所述增爬结构为至少一层增爬裙14，所述增爬裙14沿径向由内向外设置在各个绝缘件的绝缘套位于气室内的端部，且相邻增爬裙14之间形成增爬凹槽15；在绝缘件整体绝缘高度不变的情况下，按照每增加一个增爬裙14将使绝缘件的耐压水平up提高5％～10％的标准确定增爬裙14的层数，且增爬裙14的层数增加所提高的绝缘件沿面耐压水平up每毫米大于等于300v小于等于400v，优选350v。顶扩套管4、进出线套管7、断路器固封极柱6连接连接导体8的端部绝缘套上均设置有两层增爬裙14，且内侧增爬裙14与各绝缘件的高压导体之间形成增爬凹槽15，两层增爬裙14之间形成增爬凹槽15；三工位套管38连接连接导体8的端部绝缘套上设置有一层增爬裙14，该层增爬裙14与金具12之间形成增爬凹槽15。断路器固封极柱6包裹动端滑动金具34另一端的内壁上设置两层增爬裙14；动端滑动金具34处的最外侧增爬裙14与绝缘套内壁之间形成增爬凹槽15，两层增爬裙14之间形成增爬凹槽15。各个绝缘件的绝缘套周面与增爬裙14、增爬凹槽15共同形成该绝缘件的增爬面18。上述增爬裙14呈凸环状；为了增大沿面长度，三工位套管38接地固定端下方的竖向绝缘套29外侧还设置有增爬伞。进出线套管7上设置有均压环16和屏蔽环17；顶扩套管4和三工位套管38上设置有屏蔽环17；静端连接金具32与真空泡子36连接处的绝缘筒内，和/或动端连接金具33与真空泡子36之间的绝缘筒内，和/或动端滑动金具34活动区域的绝缘筒内设置有均压环16。屏蔽环17采用导电或半导电材料制作，靠近安装固定孔19设置，与安装固定孔19的金属镶件电连接，屏蔽环17也可以通过与验电丝孔固定连接用于验电。为了确保柜体11散热，柜体11外侧通过散热器安装架10安装有散热器。为了筛选出最优的铜排，通过电场仿真软件将柜体3d图输入，并设定边界条件及材料参数来计算电场强度值，根据以上设计原则通过改变3d图中铜排倒角尺寸计算出不同情况的电场强度得到最优的设计方案。铜排倒角高压导体电场强度r62.1kv/mmr42.2kv/mm由上表可看出，铜排的倒角越大场强越小，因此，铜排倒角r6为最优方案，高压导体电场强度云图见图7。同样为了筛选最优的屏蔽环17，通过改变3d图中螺栓连接屏蔽环17倒角尺寸计算出不同情况的电场强度得到最优的设计方案。屏蔽环倒角高压导体电场强度r202·lkv/mmr162·18kv/mm由上表可看出，屏蔽环的倒角越大场强越小，因此，屏蔽环17倒角r20为最优方案，高压导体电场强度云图见图8。为了验证按照上述方式设计的绝缘件的绝缘强度，将绝缘件在充气柜中的实际工况进行电场仿真计算，计算结果如图9、图10所示，环氧表面场强均小于1.2kv/mm。实施例二如图2所示，与实施一不同的是，将三个顶扩套管4替换为三个侧扩套管9。而侧扩套管9作为水平安装在母线室1内的绝缘件，其高度小于等于母线室1内部宽度b1的四分之一。考虑到绝缘气体与绝缘件表面附着力越紧密，绝缘件表面的绝缘强度越高，所述断路器固封极柱、三工位装置、进出线套管以及顶扩套管或侧扩套管制作时沿表面的爬距方向不能设置有合模缝。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12