一种无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的制作方法

1.本发明涉及气体绝缘金属封闭开关设备技术领域，具体涉及一种无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备。


背景技术：

2.气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated metal-enclosed switchgear，简称gis）是电力系统中重要的控制和保护设备。例如申请公布号为cn102064489a的专利文献公开的一种高压气体绝缘金属封闭开关设备，包括母线型隔离/接地开关（即母线侧三工位隔离接地开关）、断路器、电流互感器、线路型隔离/接地开关（即出线侧三工位隔离接地开关）、快速接地开关、高压套管出线单元（即三相套管总装）等部件，整个设备采用模块化设计，每个单元既独立运作又相互紧密联系，且为三相共箱式设计，减小了设备体积。
3.基本上，现有gis设备的组成结构已属于十分成熟的现有技术。然而，现有gis设备几乎全部采用sf6气体作为绝缘和开断介质，sf6气体是被国际公约限制使用的最强温室效应气体，是导致全球气候变暖的重要因素之一，因此开发无sf6气体的环保型开关设备已成为国内外高压开关领域的研究热点。
4.例如申请公布号为cn105743008a的专利文献公开的一种环保型gis设备，包括真空断路器、电流互感器、隔开开关、接地开关、进出线套管等，真空断路器采用真空作为绝缘和灭弧介质；隔离开关内部对绝缘和灭弧介质性能要求相对不高，仅采用co2作为绝缘和灭弧介质；在gis设备的金属外壳内，充入cf3cocf(cf3)2和co2的混合气体，相对现有gis设备实现了环境友好性。
5.上述环保型gis设备中使用的cf3cocf(cf3)2气体属于全氟酮类新型环保气体，虽绝缘性能较好但液化温度较高，且因其为新型气体，物理化学特性和分解产物尚有不明确的地方，且价格高，不易推广使用。此外，采用co2作为绝缘和灭弧介质，co2的绝缘能力和开断能力是弱于sf6气体的，其中绝缘能力可以通过提高压力来弥补，但是开断能力无法通过同样的手段来保证，尤其是当快速接地开关在开断感应电流时，明显开断能力不足，使gis设备的使用存在隐患。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种价格低廉、容易推广应用、能够提升快速接地开关对感应电流开断能力的无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备。
7.为实现上述目的，本发明中的无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备采用如下技术方案：一种无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备，包括组装在一起且内部气室中均充有co2气体的隔离开关、断路器装配及快速接地开关，快速接地开关包括三相接地静触头、三相接地动触头以及用于驱动三相接地动触头动作以实现快速接地开关分合闸的驱动装置，快速接地开关还包括壳体和与壳体相连的支撑板，驱动装置设置在壳体内，支撑板上固
定安装有三个气缸，各气缸远离接地静触头的一端均设置有封板，接地动触头的一端穿过封板和气缸，另一端位于壳体内且与驱动装置传动连接，接地动触头的外部固定有与气缸内壁滑动配合的活塞板，接地动触头朝向接地静触头的一端内部设置有排气孔，排气孔为盲孔，排气孔的孔壁上设置有连通排气孔和气缸内腔的连通孔，连通孔位于活塞板的靠近封板的一侧，以使快速接地开关在分闸时，接地动触头带动活塞板远离接地静触头并压缩气缸内的气体，进而使气体通过连通孔进入排气孔并吹向接地动触头和接地静触头的断开位置。
8.上述技术方案的有益效果在于：隔离开关、断路器装配及快速接地开关的内部气室中均充有co2气体，co2气体相比现有技术中的混合气体更加环保，且价格低、易获得，在市场应用中易于推广，实现环保gis无氟化。
9.同时，快速接地开关的支撑板上固定安装有三个气缸，各气缸远离接地静触头的一端均设置有封板，接地动触头的一端穿过封板和气缸，另一端位于壳体内且与驱动装置传动连接，接地动触头的外部固定有与气缸内壁滑动配合的活塞板，这样在驱动装置的作用下，接地动触头就可以带动活塞板相对于气缸滑动。此外，接地动触头朝向接地静触头的一端内部设置有排气孔，排气孔为盲孔，排气孔的孔壁上设置有连通排气孔和气缸内腔的连通孔，连通孔位于活塞板的靠近封板的一侧，这样当快速接地开关在分闸时，接地动触头带动活塞板远离接地静触头并压缩气缸内的气体，进而使气体通过连通孔进入排气孔并吹向接地动触头和接地静触头的断开位置，快速将电弧吹灭，增强熄弧能力，提高快速接地开关开断感应电流的能力。
10.进一步地，所述驱动装置包括与三相接地动触头传动连接的传动架以及与传动架相连的拐臂，拐臂通过拐臂轴转动安装在壳体内，拐臂轴伸出壳体的一端用于连接操动机构，以驱动拐臂转动并带动传动架直动，壳体内还设置有用于对传动架的移动进行导向的导向结构，导向结构的导向方向与快速接地开关的分合闸方向相同。
11.上述技术方案的有益效果在于：设置拐臂和传动架，同时设置对传动架的移动进行导向的导向结构，方便驱动三相接地动触头动作，且驱动装置的结构简单，使用方便。
12.进一步地，传动架包括垂直于三相接地动触头布置的第一传动板、与第一传动板平行设置的第二传动板、连接在第一传动板和第二传动板之间的过渡连接部；所述导向结构为固定设置在壳体内的导向杆，导向杆设有两个，两个导向杆贯穿第一传动板和第二传动板。
13.上述技术方案的有益效果在于：传动架结构简单，且采用导向杆作为导向结构直接穿过传动架的第一传动板和第二传动板，方便对传动架进行导向。
14.进一步地，导向杆的一端与壳体内壁固定连接，另一端悬伸且设置有垂直于导向杆的限位板。
15.上述技术方案的有益效果在于：结构简单，方便导向杆的布置安装，同时限位板也可以限制传动架的移动极限。
16.进一步地，导向杆的两端分别套设有用于与传动架挡止配合的弹性垫，其中一端的弹性垫与壳体内壁接触固定，另一端的弹性垫与限位板接触固定。
17.上述技术方案的有益效果在于：设置弹性垫与传动架挡止配合，可以在分合闸末端对传动架形成缓冲，减少震动，提高使用寿命。
18.进一步地，各接地动触头均通过螺钉与第一传动板固定连接。
19.上述技术方案的有益效果在于：方便固定连接和拆卸。
20.进一步地，接地动触头的端部设置有螺纹孔，所述螺钉穿过第一传动板与螺纹孔连接。
21.上述技术方案的有益效果在于：在接地动触头的端部设置螺纹孔，方便螺钉的安装以及接地动触头与第一传动板之间的固定。
22.进一步地，过渡连接部上设置有沿三个接地动触头排布方向延伸的滑槽，滑槽内导向安装有滑块，拐臂与滑块铰接。
23.上述技术方案的有益效果在于：通过设置滑槽和滑块，方便拐臂的转动，避免拐臂别死。
24.进一步地，所述滑槽有两个且分别设置在过渡连接部的两个相背的侧面上，各滑槽内均安装有所述的滑块，所述拐臂包括两个拐臂板和固定在两个拐臂板之间的固定筒，各拐臂板均与滑块铰接，固定筒内设置有用于与所述拐臂轴止转配合的止转孔。
25.上述技术方案的有益效果在于：两个滑槽和两个滑块配合，同时拐臂包括两个拐臂板和固定筒，各拐臂板均与滑块铰接，使传动架的受力更均匀，保证传动架的顺畅移动，同时固定筒内设置有用于与所述拐臂轴止转配合的止转孔，方便拐臂的转动安装。
26.进一步地，所述滑槽为通槽。
27.上述技术方案的有益效果在于：结构简单，方便加工，同时也方便滑块的安装和拆卸。
附图说明
28.图1为本发明中无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的结构图；图2为本发明中无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的快速接地开关的剖视图（快速接地开关处于合闸状态）；图3为本发明中无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的快速接地开关的剖视图（快速接地开关处于分闸状态）；图4为图2和图3中快速接地开关的一个视角的立体剖视图；图5为图2和图3中快速接地开关的另一个视角的立体剖视图；图6为图4和图5中传动架、拐臂及导向杆的一个视角的立体图；图7为图4和图5中传动架、拐臂及导向杆的另一个视角的立体图。
29.图中：1、母线侧三工位隔离开关；2、断路器装配；3、电流互感器；4、三相套管总装；5、出线侧三工位隔离开关；6、快速接地开关；61、壳体；62、支撑板；63、接地静触头；64、接地动触头；641、排气孔；642、连通孔；643、螺纹孔；65、气缸；66、活塞板；67、接地排；68、第一传动板；69、第二传动板；610、过渡连接部；611、导向杆；612、限位板；613、拐臂；6131、拐臂板；6132、固定筒；614、拐臂轴；615、滑槽；616、滑块；617、第一弹性垫；618、第二弹性垫；619、加强板；620、操作腔。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
33.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
34.本发明中无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备（简称环保型gis）的一个实施例如图1所示，包括组装在一起的母线侧三工位隔离开关1、断路器装配2、电流互感器3、三相套管总装4、出线侧三工位隔离开关5以及快速接地开关6，以上共形成5个间隔，其中母线侧三工位隔离开关1和出线侧三工位隔离开关5均为具有导通、隔离以及接地三种功能的隔离开关，母线侧三工位隔离开关1在母线侧可实现断开故障电流后的对母线高压侧的隔离，检修时母线侧安全接地以保障人身安全。
35.环保型gis的电压等级为126kv，断路器装配2内部设置有真空灭弧室，真空灭弧室具有整体结构简单、开断能力强、环境友好、寿命长、免维护等特点，为满足126kv联合加压要求，真空灭弧室两端增加屏蔽，优化了屏蔽罩结构。母线侧三工位隔离开关1与真空灭弧室通过圆柱形导体连接，真空灭弧室在正常运行时能够承担额定电流，并在线路出现故障时，可以快速有效可靠地切断故障电流，以保障线路安全。
36.断路器装配2通过电流互感器3与出线侧三工位隔离开关5连接，实现出线侧线路的隔离与接地，电流互感器3实现电流的变换以供二次回路用。出线侧三工位隔离开关5通过与三相套管总装4连接，完成电流的下一级输送。在出线侧三工位隔离开关5与三相套管总装4之间，通过快速接地开关6可起到关合预伏短路故障电流及切断线路感生电流的作用，保护设备本体安全，避免事故扩大化。
37.本发明环保型gis的每一个间隔的内部气室中均充有co2气体作为绝缘介质，co2气体是一种无氟环保气体，co2气体相比sf6气体更加环保，且相比其他同类产品使用的混合气体绝缘介质充气前需要混合、静置等操作，co2气体作为一种单质气体，充气和维护操作更简单便捷，且其价格低易获得，在市场应用中易于推广。同时，co2气体的沸点更低，可以用于寒冷地区的户外电站，取消六氟化硫断路器的补气罐和相关气室保温套、加热装置等防液化设备。
38.此外，如图2和图3所示，快速接地开关6包括三相接地静触头63、三相接地动触头64以及用于驱动三相接地动触头64动作以实现快速接地开关分合闸的驱动装置，三相接地静触头63设置于出线侧三工位隔离开关5内。结合图4和图5所示，快速接地开关6还包括壳
体61和与壳体61相连的支撑板62，上述驱动装置设置在壳体61内。支撑板62为长条形支撑板，使得壳体61的内腔与出线侧三工位隔离开关5的内腔连通。
39.支撑板62上固定安装有三个气缸65，各气缸65远离接地静触头63的一端均设置有封板，接地动触头64的一端穿过封板和气缸65，另一端位于壳体61内且与驱动装置传动连接。接地动触头64的外部固定有与气缸65内壁滑动配合的活塞板66，接地动触头64朝向接地静触头63的一端内部设置有排气孔641，排气孔641为盲孔，排气孔641的孔壁上设置有连通排气孔641和气缸65内腔的连通孔642，连通孔642位于活塞板66的靠近封板的一侧，以使快速接地开关在分闸时，接地动触头64带动活塞板66远离接地静触头63并压缩气缸65内的气体，进而使气体通过连通孔642进入排气孔641并吹向接地动触头64和接地静触头63的断开位置，快速将电弧吹灭，增强熄弧能力，提高快速接地开关开断感应电流的能力。
40.具体地，上述驱动装置包括与三相接地动触头64传动连接的传动架以及与传动架相连的拐臂613，拐臂613通过拐臂轴614转动安装在壳体61内，拐臂轴614伸出壳体61的一端用于连接操动机构，以驱动拐臂613转动并带动传动架直动，壳体61内还设置有用于对传动架的移动进行导向的导向结构，导向结构的导向方向与快速接地开关的分合闸方向相同，对应图2和图3中为上下方向。需要说明的是，如果结合图1来看的话，快速接地开关实际的分合闸方向是左右方向，图2和图3仅是为了便于理解内部结构而做了旋转。
41.具体地，结合图2、图3、图6和图7所示，传动架包括垂直于三相接地动触头64布置的第一传动板68、与第一传动板68平行设置的第二传动板69、连接在第一传动板68和第二传动板69之间的过渡连接部610。上述导向结构为固定设置在壳体61内的导向杆611，导向杆611设有两个，两个导向杆611贯穿第一传动板68和第二传动板69，第二传动板69的尺寸小于第一传动板68，这样既不影响传动和导向，也不会增加传动架的重量，保证传动效果。
42.具体地，导向杆611的一端与壳体61内壁固定连接，另一端悬伸且设置有垂直于导向杆611的限位板612，导向杆611的两端分别套设有用于与传动架挡止配合的弹性垫，如图4和图5所示，其中一端的弹性垫（即第一弹性垫617）与壳体61内壁接触固定，另一端的弹性垫（即第二弹性垫618）与限位板612接触固定，这样就可以在分合闸末端对传动架形成限位缓冲，减少震动，提高使用寿命。
43.另外在本实施例中，各接地动触头64均通过螺钉（图中未示出）与第一传动板68固定连接，接地动触头64的端部设置有螺纹孔643，上述螺钉穿过第一传动板68与螺纹孔643连接。具体地，接地动触头64包括触头本体和连接在触头本体端部的螺孔段，上述排气孔641和连通孔642均设置在触头本体上，上述螺纹孔643设置在螺孔段上，螺孔段的外径小于触头本体的外径，螺孔段与触头本体之间形成有台阶面。
44.快速接地开关6还包括接地排67，上述螺孔段穿过接地排67和第一传动板68，接地排67的一侧面顶压在台阶面上，另一侧面顶压在第一传动板68上。通过接地排67方便将感应电流导出，而接地排67夹装在台阶面和第一传动板68之间，结构简单，既实现了接地排67和接地动触头64的安装，又实现了接地排67和接地动触头64之间的导电连接。
45.此外，过渡连接部610上设置有沿三个接地动触头64排布方向（即图2和图3中的左右方向）延伸的滑槽615，滑槽615内导向安装有滑块616，拐臂613与滑块616铰接，这样当拐臂613转动时，滑块616可以在滑槽615内移动，避免拐臂613别死。同时，滑槽615为左右贯通的通槽，这样结构简单，方便加工，同时也方便滑块616的安装和拆卸。
46.进一步地，在本实施例中，结合图6和图7所示，滑槽615有两个且分别设置在过渡连接部610的两个相背的侧面上，各滑槽615内均安装有滑块616。对应的，拐臂613包括两个拐臂板6131和固定在两个拐臂板6131之间的固定筒6132，固定筒6132内设置有用于与拐臂轴614止转配合的止转孔，各拐臂板6131均与滑块616铰接，这样传动架的受力更均匀，保证传动架能够顺畅移动。
47.另外，为了保证整个传动架的结构强度，在过渡连接部610和第一传动板68之间固定有加强板619，加强板619共设有四个，两两一组位于过渡连接部610的两侧，一组中的两个加强板619相互平行。
48.此外，由于三个接地动触头64有三个，中间的接地动触头64固定在与过渡连接部610对应的位置，为了方便装配操作，在过渡连接部610上设置有操作腔620，如图6所示。
49.综上所述，本发明提供了一种无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备，采用真空灭弧室作为开断单元，高纯co2气体作为整机绝缘介质，实现整机全环保，逐步替代传统126kv电压等级sf6气体gis设备，降低sf6气体在电力设备中的使用。比较使用sf6气体绝缘的126kv气体绝缘金属封闭开关设备，本发明的优点是环保、耐低温、结构简单、便于生产制造，且性能参数完全可以替代同电压等级的sf6气体绝缘的金属封闭开关设备。同时，本发明中的快速接地开关保障了开断感应电流的能力，从而实现126kvgis产品的无氟化。
50.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：滑槽可以不是通槽，而是在滑槽的一端或者两端设置有挡块。
51.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：滑槽和滑块可以各设置有一个，同时拐臂板也仅有一个。
52.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：过渡连接部上可以不设置滑槽，而是设置长孔，拐臂与长孔铰接，避免拐臂在转动过程中别死。
53.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：接地排也可以另外与接地动触头固定连接，而不是夹装在台阶面和第一传动板之间，此时接地动触头的螺孔段与触头本体的外径可以是相等的，而螺孔段不穿过第一传动板，只是顶压在第一传动板上，此时螺钉穿过第一传动板与螺孔段螺纹连接。
54.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：接地动触头的端部不设置螺纹孔，而是设置有端板，端板与第一传动板接触贴合，端板上设置螺钉穿孔；或者，接地动触头的端部不设置螺纹孔，并且直接穿过第一传动板，此时螺钉螺纹连接在第一传动板上，并且垂直顶压接地动触头，实现接地动触头的固定，此时的螺钉起顶紧作用。
55.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：接地动触头可以不是通过螺钉与第一传动板固定连接，而是直接焊接固定。
56.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：可以不设置弹性垫，而是通过操动机构控制拐臂的转动行程，避免传动架与其他结构撞击；或者，壳体内壁和限位板直接作为保险结构，在行程末端与传动架接触挡止。
57.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：导向结构也可以是导轨和导槽配合的形式，此时需要在传动架上设置导轨，并在壳体内固定设置一个导向件，导向件上开设导槽，并且此时传动架的结构可以不是第一传动板、第二传动板和过渡连接部的形式，只要能够设置导轨即可。
58.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：驱动装置可以不是传动架和拐臂的形式，而是直接输出直动动力的机构。
59.在无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的其他实施例中：无氟环保型气体绝缘金属封闭开关设备的具体组成可以根据使用要求进行组合装配。
60.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。