专利名称：配电网电气设备的制作方法
技术领域：
本发明属于配电电气设备领域，该配电电气设备包括与配电网的一相或多相对应的一个或多个电气元件或组件，其装在容器或箱体中，通过将元件浸在介电液中的方式对设备进行绝缘。
背景技术：
作为配电网组成部分的电气设备(如变压器和控制及保护单元)包括装在容器中的一系列元件或开关设备，容器通常由金属制成，容器内采用完全环绕电气设备的绝缘装置对其进行绝缘。
基本上，已经开发出了两类可相互替代的、具有明显差异的技术，即采用气体作为绝缘手段的技术和采用介电液体(如油)作为绝缘手段的技术。
在这两种技术中，采用液体作为绝缘手段的方式可能历史最久，并可能存在某些安全问题。例如，如果存在内部电弧，则可能导致整个设备爆炸，这不仅会使设备破坏，还会对设备附近的人员造成严重的危险(因为爆炸会抛出各种碎片或元件以及非常高温的液体，例如油)。
为了解决或最大程度减小这种安全问题，开发了采用气体(通常为六氟化硫)作为绝缘手段的技术。气体被装在一个气密容器中，容器中装有电气设备。该技术的开发已很成熟，许多工程师认为它比采用液体作为绝缘手段的技术更安全、更先进。实际上，这项技术在欧洲已经几乎完全取代了采用介电液体作为绝缘手段的设备，仅变压器除外(变压器仍被装在充满介电液体的箱体中)。
采用气体绝缘的设备要经受的一项试验被称为内部电弧试验，其目的是模拟相间绝缘出现缺陷的情况。该进行试验时，要安装一条细的金属导线将相线连接起来，形成额定电压和电流。按照逻辑，该导线会熔化，导致相线间电弧跳火。
采用气体绝缘的设备单元的制造商已开发出多种不同的建设性解决方案，以通过此项内部电弧试验。第一种方案是安置一系列可以被电弧牺牲的金属片，以使设备单元的外容器不被破坏。因此这种想法是尝试最大程度减小电弧的影响，而不是阻止它。
第二种方案是采用短路装置，当检测到绝缘存在缺陷时，它可以使用导体对电气设备进行相间连接，以使电流被转经已建立了短路(称为实体短路(solid short circuit))的区域，从而防止相间电弧跳火。此类装置和结构在FR-A-2687022、EP-A-1077518、EP-B-1052665、EP-A-1045415、EP-A-1005057、EP-B-0871190、EP-B-0795219、DE-A-4111586、DE-B-10254497、ES-T3-2126235(西班牙语译文EP-B-0707364)、WO-A-99/21255和WO-A-00/62320等专利中披露，这些专利涉及对采用气体绝缘的设备单元的各种短路装置。
这些短路装置可以非常快地动作，从而可以保护该单元中的大多数设备，特别是可以防止对人员和财产安全造成风险的任何外部现象。该短路装置也可能导致保护设备的外部件(例如配电线路的主开关)断开该线路，使设备单元完全绝缘。即使在没有消除产生内部电弧的故障时尝试重新连接线路(再次对线路开关合闸)，也不会对单元或周围区域造成任何损坏，因为短路装置会继续工作，以避免相间电弧跳火。
变压器设备是在配电网中承担基础性作用的一类电气设备，仍广泛采用以介电液体作为绝缘手段的技术。它通常有一个箱体，几乎充满介电液体(通常为矿物油，但也可以使用其他液体，如由植物、硅油或大分子量烃得到的合成或天然酯，可以有或没有添加剂)，变压器本身置于其中。如果变压器各相之间或某一相与地之间的绝缘存在故障，则箱体内部存在可能产生高压、甚至使箱体爆炸的故障或内部电弧。
为此，变压器通常由限制电流的中压熔断器进行保护，该熔断器会在有大电流(由内部电弧产生)流经时熔断。通常熔断器熔断时间非常短，从而可以防止设备爆炸。
这些熔断器通常位于变压器箱体之外，但目前在较为紧凑的解决方案中，熔断器可以置于箱体内部；对于此类变压器设备经常使用“自保护型变压器”这一术语。此类变压器在EP-A-1014528和EP-A-0817346中披露。
然而，这些自保护型变压器存在以下问题-当故障产生的电流较小时(例如某一相与地之间发生故障时)，熔断器的熔断可能会非常慢。在最常使用的限流熔断器中，如果故障电流的强度小于断路电流的最小强度，熔断器会部分熔断，但不会切断电流，最终导致其爆炸。因此，变压器不能获得针对此类故障的保护。为解决此问题，可采用微型熔断器等装置，当它们检测到故障电流强度小于限流熔断器将相应线路断路所需的值时，它们会使相线短路。US-A-5898556披露了一种此类系统。
-如果限制电流的中压熔断器存在故障而且它发生爆炸，则变压器箱体内会出现内部电弧，变压器会完全没有受到保护。对此问题目前尚无解决办法。
-如果在熔断器之前的位置(即线路输入端与熔断器之间)出现故障，则熔断器不会“检测到”该故障，因此不会动作。这样变压器也不会得到保护。对此问题目前也尚无解决办法。
-最后，如果故障出现在低压一侧，则流经中压熔断器的电流强度可能过小，不足以使中压熔断器熔断，或者可能存在如上所述的熔断器部分熔断但不能切断电流的情况。不管是哪种情况，低压故障可能足以产生使变压器箱体内部压力升高的气体，继而导致设备爆炸。
近期旨在预防上述某些问题的设计通过使用自动开关可以成功地对设备进行保护。该自动开关置于变压器箱体内，紧邻熔断器。EP-A-0981140A1中披露了一种此类变压器。
这种与变压器有关的问题确实存在，而目前的国际规章并不要求变压器要通过类似于上述针对气体绝缘单元的内部电弧试验。多数情况下这可能是由于熔断器安装在变压器箱体外的保护单元中的缘故；熔断器在一个单元内的爆炸会在该单元内生成电弧，而不是在变压器内，该单元的设计中则作了应对此故障的准备。
因此，上述问题出现在以介电液体绝缘的电气设备中，它们可能出现会产生气体的内部故障，例如变压器、自保护型变压器(即保护熔断器位于箱体中的变压器)，后者可以是比变压器外加熔断器保护单元更紧凑、更廉价的解决方案，因此在某些应用场合下此类变压器正日益普遍地被采用。
与变压器一样，熔断器、分段隔离开关以及其他类型的元件或开关设备均可装入同一箱体中，从而形成一个可被用于控制和/或保护功能的变压器变电站，它包括一个带有中压或高压相线套管和低压输出端子的容器或金属箱体，所有设备或元件均浸在箱体内的介电液体中。将所有这些元件置于同一个箱体中意味着所使用的介电液的体积会增大。
这样会存在两个问题-如果容器或箱体破裂(例如因箱体外的撞击导致)，则大量的油将会溢出，它们也有可能燃烧，从而造成严重的后果。在整个金属箱体外覆盖一层外部混凝土壳体，并增设介电液收集坑，可以减轻这一问题可能造成的影响。
-如果存在内部电弧，变压器变电站可能发生爆炸；同样的问题也存在于自保护型变压器中，但由于介电液体积更大，变压器变电站的情况更为危险。
-移动零件的存在以及液体中的切断强度都会增加设备内发生事故的可能性。
发明内容
采用介电液作为绝缘手段的技术将在此技术符合其国家标准和电力企业规范的国家继续采用。
此外，采用介电液作为绝缘介质的技术也具有一定的优势。例如，液体的绝缘性要优于气体，因此不同相的元件可被更接近地布置，从而可以实现比采用气体绝缘的设备更为紧凑的设备(如变压器变电站)。这一点很重要，因为将设备置于内部可以降低视觉冲击(体积较小)，而如果它位于建筑物(如地下室或市场)内，则可以减小所占的空间，从而有助于降低与设备安装空间相关的成本。
因此，至少在某些方面，采用介电液作为绝缘介质的技术具有一定的优势。迄今为止，分别采用介电液和气体的技术一直被视为两类概念上不同的技术，因此尚没有将其中任何一种技术所针对的特定问题的解决方案应用于另一种技术所涉领域的先例。例如，旨在预防气体绝缘设备内产生电弧的安全系统尚没有被应用到采用介电液作为绝缘手段的设备中的记录(实际上，涉及气体绝缘式设备的安全系统的专利文献总会提到，它们是专门用于此类设备的，而对于采用液体绝缘的设备，专利中针对安全性的开发则着重于采用中压熔断器并确保它们适时熔断)。这可能是因为基于气体绝缘方式的条件和性质与介电液方式大不相同，以致没有人考虑过同一类型的安全系统用于两类设备的可能性。
发明人/申请人注意到，与常规观点相反的是，传统上适用并应用于气体绝缘方式的某些技术或系统也可以应用到采用介电液作为绝缘手段的技术中，并产生相应的效果，它的优点可以与采用介电液作为绝缘手段的系统的固有优点相叠加。
本发明涉及配电网的电气设备，该电气设备包括至少一个对应于配电网的一相或多相(例如对应于三相)的组件或电气元件。电气元件(如一台或多台控制开关、变压器、熔断器等)装在容器或箱体(例如由金属制成)中，电气设备至少由其内的介电液绝缘，或者电气元件浸没在其中，而箱体中则至少部分充注介电液。介电液可以是矿物油，也有其他液体可以选用，例如由植物、硅油或大分子量烃得到的合成或天然酯，均可以带有或没有添加剂。此电气设备针对箱体内每一相还包含输入，此外还包括短路装置(可以置于箱体本体内或箱体外部)，该装置与至少一个故障检测器(可以置于箱体内)相关联，并配置为检测由绝缘失效导致的故障。当它检测到此故障时，将产生提示检测到故障的事件。短路装置被配置以在存在提示检测到该故障的事件时在相线中建立实体短路。
根据本发明，短路装置所处的位置要确保在电气设备的任何保护、控制或变压器元件之前的位置(例如在箱体内的任何保护性熔断器(如中压)、开关或变压器元件之前的位置)建立所述的短路。换言之，如果短路装置位于箱体内，则在短路装置与进入箱体的各相输入之间没有保护、控制或变压器元件。通过这种方式，可以防止保护元件(熔断器)“前方”(从功率输入一侧看，即在许多应用中，从系统的“高压”或“中压”一侧看)发生故障的风险，或者由所述熔断器失效引发故障而使电气设备失去防电弧保护的风险。此系统不仅适用于包含变压器的设备，还适用于其组件置于箱体中、采用介电液绝缘的任何构成配电系统的电气设备。按照逻辑，采用介电液的绝缘可以采用其他绝缘元件加以补充。
如前所述，短路装置可以被置于箱体内以在进入箱体的相线之后(例如在相应的套管之后)，并且在箱体内电气设备的任何保护、控制或变压器元件之前的位置，建立所述的短路。
与至少一相相关，该设备可以包括被配置以中断或切断相线的控制装置，设置短路装置以在进入箱体的相线输入与所述控制装置之间建立所述单相或多相短路。
与至少一相相关，该电气设备可以包括被配置以在过流情况下中断线路或相线的保护装置(如熔断器)。在此情况下，短路装置的位置将可对进入箱体的单相或多相的所述输入与所述保护装置之间的所述单相或多相建立短路。
短路装置可以位于单相或多相的输入进入箱体的位置之后，作为设备的第一元件与每一相进行通信。短路装置也可以被置于箱体之外，例如在与其余设备所不同的第二箱体中。在此情况下，电气设备箱体内被保护的相线进出时会首先经过短路装置(例如经过所述第二箱体)，然后再进入被保护设备的箱体。
短路装置可以被配置以仅在相线之间和/或相线与地线之间建立短路。
此电气设备可以是包括置于容器中的变压器元件的变压器。它也可以是自保护型变压器，以流经电气设备的电流的方向看，其内部熔断器位于短路装置“之后”的相线上，(例如，按从高压或中压侧相线的输入(输入端/输出端)向低压侧单相或多相的输入(输入端/输出端)的方向)。此外，此电气设备还将包含短路装置及相应的故障检测器。
此电气设备还可以是一个变压器变电站，除变压器、短路装置和故障检测器之外，它还包括多个控制开关和多个保护装置(它也可以包括一个或多个变压器、低压配电盘等的的控制开关)。
如前所述，此电气设备可以有较高压部分(例如高压或中压部分)和较低压部分(例如低压部分)。相线的输入与所设置的短路装置进行通信，其可以对应于较高压部分。
此设备可以有一个用于电流的输入部分。相线的输入可以对应于电流的所述输入部分。在电能可以双向流动的设备内，在两个可能的输入/输出处可以有保护。这是电流被“切断”的地方，以避免损坏设备的元件。
故障检测器可以是常规用于触发短路装置的故障检测器类型，例如，此故障检测器可以被配置以在箱体内压力变化时产生提示检测到故障的事件；被配置以在箱体内有光时产生提示检测到故障的事件；被配置以在检测到箱体内有气体时产生提示检测到故障的事件；被配置以在检测到设备至少一个相线发生过电流时产生提示检测到故障的事件；和域被配置以在检测到设备中电流被转入地线时产生提示检测到故障的事件。
已知可以采用常规故障检测器，故不需要在本文中对其进行更详细的介绍。
为对说明书进行补充说明，并协助理解本发明的特点，根据优选的实施例事例，一组图被包含在所述说明书中作为其主要部分，其中以下各图以示例和非限定性方式给出图1示出根据本发明的一种可行实施方式绘出的变压器变电站的单线图。
图2示出根据本发明的一种可行实施方式绘出的自保护型变压器的单线图。
图3示出中压输入/输出构成一个刚性环路的电气设备。
图4-5示出根据本发明的一种可行实施方式绘出的一种短路装置可行结构的视图。
图6示出根据本发明的一种可行实施方式绘出的一种短路装置可行结构的视图。
图7示出短路装置与被保护设备处于两个独立箱体中的电气设备。
本发明的优选实施方式图1示出了一个变压器变电站，其中电网控制开关2、变压器控制开关2A、变压器3和变压器保护熔断器4均浸入在容器内的介电液5(如油)中，该容器通常就构成了设备的箱体6。在高压侧或中压侧100上，有相线8的输入9(仅绘出了单线图，有输入线8，还有输出线8B，带有其开关2B和输出(套管)9B)。在低压侧200上，有各低压相的相应输出90，正如此类系统中常见的那样。
各相线的短路装置7被置于高压或中压部分100的输入处，作为由高压或中压部分100的输入9朝向低压部分200方向上的第一保护元件，并与故障检测器10相关联，以便在发生某一特征的内部故障时(例如产生光和气体的电弧，增大容器内压力的电弧，或引发相线过电流或电流转入地线的电弧)，相线8通过变压器变电站可以接收到高压或中压电源短路。由此能量将不再流至电气设备最里边的部分，从而可以降低所述内部部分的元件发生爆炸或损坏的风险。在相线之间或相线与地线之间可以存在短路。
为协助保护设备，安置短路装置7以使相线8在高压或中压套管附近区域(即靠近相线8的输入9(或输入/输出)处)短路。短路发生于相线连接至其他保护元件(如熔断器或自动开关)之前的位置，实际上甚至会在相线到达设备其他任何元件之前的位置发生。
显然，只要满足上文要求，短路装置7可以被置于被保护设备的不同区域内。
图2(与图1系统相同的元件采用相同的数字编号)示出了一种通常称为自保护型变压器的实施方式，它包括带有控制开关2的变压器3。在高压侧或中压侧100的输入9与变压器之间，每相上具有熔断器4(图2为单线图)。此外，与相应故障检测器10相关联的短路装置7被置于高压或中压输入9与熔断器4之间。所有所述元件均被置于容器6中，并浸在介电液5内。
图3所示的配置与图1类似，但中压输入9/输出9B构成一个刚性环路(包括输出线8B)。在此电路图中，输入9/输出9B两者仅需要一个短路装置7。短路装置可被置于任一输入9/输出9B处，或者置于图中所示位置，其中输入/输出与短路装置之间除导线外没有任何元件，短路装置将继续为从输入9/输出9B到低压侧200上的输出提供保护。
图7所示的电气配置与图1相同，但其中的短路装置7被置于与被保护电气设备的箱体6分开的充满介电液或气体的第二箱体6A中。故障检测装置10与被保护设备的箱体6相关联。各相线通过相应的输入9A进入所述第二箱体6A，继而进入主箱体6。
图4和图5示出了根据本发明的一种可行实施方式给出的短路装置9的机械结构，它与故障检测器10相关联。故障检测器被配置以在检测到预定条件(由特定参数反映的发光、压力变化、气体、过电流、电流被转入地线等情况)时，它将产生提示检测到故障的事件，移动活塞13，继而转动轴11(其内有一个弹簧，未示出)，使金属杆12转动，将紧跟在输入9之后的相线8短路，此处的相线经相应套管进入容器6。
最后，图6示出了短路装置的一种实施方式，其中杆12同样对相线8进行短路，而杆15则通过电触点14将装置接地。
如前所述，故障检测器10可以按多种方式配置，例如可以由过压、设备内部存在光线、存在气体、过电流、强度差异、温度升高等触发。它可以安装在被保护设备的箱体内部或外部，这取决于要监测的事件以及是否容易获得检测器信息。
类似地，在电气设备内使用的介电液可以是矿物油、由植物油获得的合成或天然酯、大分子量烃或硅油。所有这些都可以加入添加剂，以改善介电性质或抗老化性。
在本文中，“包括”一词不应被视为具有排他性，即它们并不排除所述项目还包括其他要素、步骤等的可能性。
此外，本发明不仅限于上述特定的实施方式，还包括例如具备业内普通技术水平的人员在“权利要求书”所限定的范围内给出的变化形式(例如，在电路图、材料、尺寸、组件、结构等方面的选择上有所区别)。
权利要求
1.一种用于配电网的电气设备，所述电气设备包括至少一个电气元件(2、2A、3、4、8)，所述至少一个电气元件与配电网的至少一个相线(8)相对应，并被置于箱体(6)中，所述电气设备用介电液(5)绝缘，其中所述至少一个所述电气元件浸在所述介电液中，而所述介电液则至少部分充满箱体(6)，对于所述箱体(6)内的每一个相线(8)，所述电气设备均包括输入(9)，所述电气设备还包括与至少一个故障检测器(10)相关联的短路装置(7)，而所述故障检测器被配置以检测由绝缘失效造成的故障，所述短路装置(7)被配置为如果存在显示检测到此故障的事件，则将在所述相线(8)中建立实体短路；其特征在于，设置所述短路装置(7)以使在所述电气设备的任何保护(4)、控制(2、2A)或变压器(3)元件之前的位置处建立所述短路。
2.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述短路装置(7)位于所述箱体内，以便在所述相线(8)的所述输入(9)进入所述箱体(6)之后的位置处且在安装于所述箱体内的电气设备的任何保护(4)、控制(2、2A)或变压器(3)元件之前的位置处建立所述短路。
3.根据权利要求2所述的电气设备，其包括与至少一个相线(8)进行通信的控制装置(2、2A)，所述控制装置被配置以中断或切断所述相线，设置所述短路装置(7)以使在相线(8)的输入(9)进入箱体(6)的位置与所述控制装置(2、2A)的位置之间建立至少一个所述相线(8)的短路。
4.根据权利要求2所述的电气设备，其包括与至少一个相线(8)进行通信的保护装置(4)，所述保护装置被配置以在所述相线中出现过电流时中断该相线(8)，设置所述短路装置(7)以使在至少一个所述相线(8)的输入(9)进入箱体(6)的位置与所述保护装置(4)的位置之间建立至少一个所述相线(8)的短路。
5.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述短路装置(7)被设置为与每一相线(8)进行通信的所述设备的第一元件，所述短路装置位于相应相线的输入(9)进入箱体(6)的位置之后。
6.根据权利要求1所述的电气设备，其中所述短路装置(7)位于所述箱体(6)之外。
7.根据权利要求6所述的电气设备，其中所述箱体(6)是所述电气设备的第一箱体，所述短路装置(7)被置于第二箱体(6A)中，而且所述相线(8)首先通过所述短路装置(7)，然后进入所述第一箱体(6)中。
8.根据权利要求6或7所述的电气设备，其包括与至少一个相线(8)进行通信的控制装置(2、2A)，所述控制装置被配置以中断或切断所述相线，设置所述短路装置(7)以使在所述控制装置(2、2A)之前的位置处建立至少一个所述相线(8)的短路。
9.根据权利要求6或7所述的电气设备，其包括与至少一个相线(8)进行通信的保护装置(4)，所述保护装置被配置以在所述相线中出现过电流时中断所述相线(8)，设置所述短路装置(7)以使在所述保护装置(4)之前的位置处建立至少一个所述相线(8)的短路。
10.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述短路装置(7)被配置以在所述相线(8)之间建立短路。
11.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述短路装置(7)被配置以在所述相线(8)与地线(14)之间建立短路。
12.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，所述电气设备为变压器，所述变压器包括安装在所述箱体内的变压器元件(3)。
13.根据权利要求12所述的电气设备，其中所述变压器为自保护型变压器，具有在至少一个所述相线中的至少一个内部熔断器，至少一个所述熔断器被置于所述短路装置之后，其方向与流经所述电气设备的电流一致。
14.根据权利要求1-11中任何一项所述的电气设备，所述电气设备为变压器变电站，所述变压器变电站包括变压器(3)和多个控制开关(2)及多个保护装置(4)。
15.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其具有较高压部分(10)和较低压部分(200)，所述相线的所述输入(9)对应于所述较高压部分。
16.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其具有电流的输入部分，所述相线的所述输入(9)对应于所述电流输入部分。
17.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)被配置以在箱体(6)内压力变化时产生提示检测到故障的事件。
18.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)被配置以在所述箱体(6)内存在光时产生提示检测到故障的事件。
19.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)被配置以在所述箱体(6)内检测到气体时产生提示检测到故障的事件。
20.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)被配置以在所述箱体(6)内检测到所述设备的至少一个相线(8)中发生过电流时产生提示检测到故障的事件。
21.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)被配置以在所述箱体(6)内检测到所述设备中电流被转至地线时产生提示检测到故障的事件。
22.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述故障检测器(10)位于所述箱体(6)内。
23.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其中所述介电液包括矿物油。
24.根据权利要求1-22中任何一项所述的电气设备，其中所述介电液包括至少一种合成酯。
25.根据权利要求1-22中任何一项所述的电气设备，其中所述介电液包括至少一种天然酯。
26.根据权利要求1-22中任何一项所述的电气设备，其中所述介电液包括至少一种硅油。
27.根据权利要求1-22中任何一项所述的电气设备，其中所述介电液包括至少一种大分子量烃。
全文摘要
本电气设备包括对应于配电网的至少一个相线(8)的电气元件(2、2A、3、4、8)，它们置于箱体(6)内。本设备由介电液(5)绝缘，各元件浸在该液体中。本设备对箱体(6)内的每一相线(8)均包括输入(9)，此外还包括保护装置(7)，它与至少一个故障检测器(10)相关联，以便在检测到该故障时，将在相线(8)中建立短路。设置保护装置(7)以使在电气设备(1)的任何保护(4)、控制(2、2A)或变压器(3)元件之前的位置建立所述短路。
文档编号H02B13/025GK101051735SQ20071000007
公开日2007年10月10日 申请日期2007年1月9日 优先权日2006年1月9日
发明者弗洛雷斯·罗沙达·路易斯·冈萨罗 申请人:弗洛雷斯·罗沙达·路易斯·冈萨罗