直流开关设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于电源的开关设备，并且更具体地，涉及一种直流开关设备。


背景技术：

2.随着电网结构的日趋复杂，电力负荷的不断增加以及配电技术的快速发展，电力用户对中压开关产品提出了更高的要求。柔性直流输电作为最近几十年发展起来的新型直流输电技术，其优势越来越突显，作为其配套的直流开关设备也逐渐兴起并得到各大制造厂商的重视。
3.然而，直流开关设备相对于交流开关设备具有更多的元件并且直流开关设备的结构不同于交流开关设备的结构。为了便于检修和维护，需要对直流开关设备的结构和布局进一步改进。


技术实现要素：

4.鉴于以上情况，本实用新型的一方面提供了一种直流开关设备，其特征在于，所述直流开关设备包括：仪表室，布置有用于监控、保护和测量的二次元件；母线室，布置有主母线和与所述主母线相连接的第一静触头；电缆室，布置有导体用于连接到电缆，并且在所述电缆室或所述母线室中还布置有与所述导体相连接的第二静触头；换流和能量吸收室，布置有换流支路和能量吸收支路，并且布置有与所述换流支路连接的第三静触头；以及手车室和手车，所述手车能够移动进出所述手车室，所述手车上布置有载流支路，并且布置有分别用于与所述第一静触头和第二静触头接触的第一动触头和第二动触头以及用于与所述第三静触头接触的第三动触头，所述载流支路包括串联连接的主开关和辅助开关，所述第一动触头和所述第二动触头分别连接到所述载流支路的两端，所述第三动触头连接到所述主开关和所述辅助开关之间。
5.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述第一静触头布置在第一绝缘盒内，所述第二静触头布置在第二绝缘盒内，所述第三静触头布置在第三绝缘盒内，所述第一动触头在所述第一绝缘盒内与所述第一静触头接触，所述第二动触头在所述第二绝缘盒内与所述第二静触头接触，所述第三动触头在所述第三绝缘盒内与所述第三静触头接触。
6.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述第一绝缘盒被设计为穿过所述母线室与所述手车室之间的隔板使得所述第一动触头能够与所述第一静触头接触；在所述第二静触头布置在所述母线室中的情况下，所述第二绝缘盒被设计为穿过所述母线室与所述手车室之间的隔板使得所述第二动触头能够与所述第二静触头接触；或者在所述第二静触头布置在所述电缆室中的情况下，所述第二绝缘盒被设计为穿过所述电缆室与所述手车室之间的隔板使得所述第二动触头能够与所述第二静触头接触。
7.根据本实用新型实施例，其特征在于，在所述第二静触头布置在所述母线室中的情况下，所述电缆室还布置有绝缘套管，所述绝缘套管被设计为穿过所述电缆室与所述母
线室之间的隔板，使得所述导体穿过所述绝缘套管与所述第二静触头相连接。
8.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述主开关的一端连接到所述第一动触头，所述辅助开关的一端连接到所述第二动触头，所述主开关的另一端和所述辅助开关的另一端与所述第三动触头连接；所述换流支路用于在开断线路故障时产生振荡回路和制造电流过零点，其包括串联连接的电容器、换流开关和电抗器，并且所述换流支路与所述主开关并联；所述能量吸收支路用于吸收在开断线路故障后的剩余能量，其包括能量吸收器，并且所述能量吸收器与所述换流支路并联。
9.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述电缆室还布置有电缆搭接头、母线避雷器、和/或电流互感器。
10.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述换流开关布置在所述电容器与所述电抗器之间，所述电抗器不与所述换流开关连接的一端连接到所述第三静触头。
11.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述手车室、所述母线室、所述电缆室和换流和能量吸收室中分别布置有独立的泄压通道。
12.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述手车室还布置有活门，所述活门被设计为在所述手车移动退出所述手车室时自动落下将所述第一静触头、所述第二静触头和所述第二静触头封闭。
13.根据本实用新型实施例，其特征在于，所述电缆室还布置有与所述第二静触头连接的接地开关以及与所述接地开关机械连锁的柜门，使得所述柜门只有在所述接地开关闭合的情况下才能打开。
14.由于本实用新型提供的直流开关设备中的载流支路布置在手车上，使得整个手车的重量减轻并且使得该直流开关设备的后期检修和维护较容易。又由于本实用新型提供的直流开关设备中的换流支路和能量吸收支路都布置在不需要随手车移出的换流和能量吸收室内，使得本实用新型提供的直流开关设备不需要单独设计对换流支路中的电容进行放电的放电装置，进而简化了本实用新型提供的直流开关设备的结构，降低了成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意透视图；
17.图2是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意后视图；
18.图3是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意右视图；
19.图4是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意正视图；以及
20.图5是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意电路图。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的
实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
23.目前的直流开关设备结构复杂，手车重量重、不便于将手车拉出进行后期检修和维护，而且成本高。
24.为了解决现有直流开关设备存在的上述问题，本实用新型提供了一种全新的直流开关设备。本实用新型提供的直流开关设备仅将载流支路布置在手车上而将换流支路和能量吸收支路都布置在不需要随手车移出的换流和能量吸收室内，使得整个手车的重量减轻并且使得该直流开关设备的后期检修和维护较容易，并且不需要单独设计对换流支路中的电容进行放电的放电装置，进而简化了直流开关设备的结构，降低了成本。
25.现在将结合附图对本实用新型提供的直流开关设备进行详细说明。
26.在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的结构或功能的组成部分，并且以下描述中将省略关于它们的重复描述。
27.图1是示出根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意透视图。图2至图4分别是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意后视图、示意右视图以及示意正视图。
28.参考图1至图4，根据本实用新型实施例的直流开关设备100包括仪表室a、手车室b、母线室c、电缆室d以及换流和能量吸收室e共五个独立的隔室。它们在直流开关设备100的柜体中的位置布局可以如图1至4所示，也可以根据实际应用适应性地调整。
29.仪表室a中布置有用于监控、保护和测量的二次元件。二次元件包括但不限于继电器、电度表、电压表、功率表、频率表、空气开关、转换开关、信号灯、按钮、和/或微机综合保护装置等。这些二次元件可以用于对直流开关设备100中的包括但不限于电流互感器、电压互感器、接地开关，避雷器、断路器、接触器的一次元件进行监控、保护和测量等。
30.电缆室d中布置有导体1，用于连接到电缆。用户在使用直流开关设备100时，将电缆的一端连接到导体1，另一端连接到负载。如图1所示，电缆室d的底部可以布置有多个孔或开口4(图1中示出了3个孔或开口)，连接负载的电缆通过该多个孔或开口4中的一个或多个孔或开口连接到电缆室d中的导体1，从而为负载提供电源管理。
31.母线室c布置有主母线2。例如，母线室c的侧壁上可以布置有供主母线2从其中穿过的孔或开口h。孔或开口h的数量可以是两个，以用于分别布置两条主母线2(为简便起见，图1中仅示出一条主母线2)，这两条主母线2中的一条用于连接正极而另一条用于连接负极。当用户使用连接正极的主母线2时，直流开关设备称为正极柜，而当用户使用连接负极
的主母线时，直流开关设备称为负极柜，这样的布置为用户使用带来了便利。
32.母线室c中还可以布置有与主母线2相连接的第一静触头f1和与电缆室d中的导体1相连接的第二静触头f2。例如，导体1可以穿过绝缘套管3与第二静触头f2相连接。绝缘套管3可以穿过电缆室d与母线室c之间的隔板，以保证导体1穿过电缆室d的绝缘性能。
33.换流和能量吸收室e中布置有换流支路和能量吸收支路。例如，下文将结合图5介绍的换流支路9和能量吸收支路10。换流和能量吸收室e中布置有与换流支路9的一端连接的第三静触头f3。
34.手车室b中的手车5能够移动进出手车室b，例如可以在手车室b中布置供手车5移动的导轨6。手车5上布置有载流支路，如下文将结合图5介绍的载流支路8。
35.手车5上还布置有分别用于与第一静触头f1接触的第一动触头m1和用于与第二静触头f2接触的第二动触头m2，第一动触头m1和第二动触头m2分别连接到载流支路的两端。
36.手车5上还布置有用于与第三静触头f3接触的第三动触头m3。
37.作为示例，可以将第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3设计为插孔的形式，并将第一动触头m1、第二动触头m2和第三动触头m3设计为插头的形式。作为另一示例，可以将第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3设计为插头的形式，并将第一动触头m1、第二动触头m2和第三动触头m3设计为插孔的形式。
38.第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3可以分别被第一绝缘盒x1、第二绝缘盒x2和第三绝缘盒x3包裹在内，且第一绝缘盒x1和第二绝缘盒x2可以被设计为穿过母线室c与手车室b之间的隔板，第三绝缘盒x3可以被设计为穿过换流和能量吸收室e与手车室b之间的隔板，使得第一动触头m1、第二动触头m2和第三动触头m3能够分别与第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3接触，同时保证第一静触头f1和第二静触头f2穿过母线室c的绝缘性能并保证第三静触头f3穿过换流和能量吸收室e的绝缘性能。
39.当手车5沿例如导轨6移动进入手车室b时(即手车5从图1的左侧向右侧移动进入手车室b时)，手车5上的第一动触头m1逐渐靠近母线室c与手车室b之间的隔板，手车5上的第二动触头m2逐渐靠近母线室c与手车室b之间的隔板，同时手车5上的第三动触头m3逐渐靠近换流和能量吸收室e与手车室b之间的隔板，直至第一动触头m1在第一绝缘盒x1内与第一静触头f1接触(例如插入第一静触头f1)，第二动触头m2在第二绝缘盒x2内与第二静触头f2接触(例如插入第二静触头f2)，第三动触头m3在第三绝缘盒x3内与第三静触头f3接触(例如插入第三静触头f3)，从而实现整个回路连通。
40.需要说明的是，图1至图4示出了第二静触头f2位于母线室c，但作为其替代实施方式，第二静触头f2也可以被设计为位于电缆室d。不同之处在于，在此情况下，第二绝缘盒x2可以被设计为穿过电缆室d与手车室b之间的隔板，使得第二动触头m2能够与被第二绝缘盒x2包裹的第二静触头f2接触。第二绝缘盒可以保证第二静触头f2穿过电缆室d的绝缘性能。第二动触头m2在手车室b中的位置可以被相应地设计为与第二静触头f2匹配。当手车5沿例如导轨6移动进入手车室b时(即手车5从图1的左侧向右侧移动进入手车室b时)，手车5上的第一动触头m1逐渐靠近母线室c与手车室b之间的隔板，手车5上的第二动触头m2逐渐靠近电缆室d与手车室b之间的隔板，同时手车5上的第三动触头m3逐渐靠近换流和能量吸收室e与手车室b之间的隔板，直至第一动触头m1在第一绝缘盒x1内与第一静触头f1接触(例如插入第一静触头f1)，第二动触头m2在第二绝缘盒x2内与第二静触头f2接触(例如插入第二静
触头f2)，第三动触头m3在第三绝缘盒x3内与第三静触头f3接触(例如插入第三静触头f3)，从而实现整个回路连通。
41.由以上结合图1至图4描述的本实用新型提供的直流开关设备100可知，由于本实用新型提供的直流开关设备中的载流支路布置在手车上，使得整个手车的重量减轻并且使得该直流开关设备的后期检修和维护较容易。又由于本实用新型提供的直流开关设备中的换流支路和能量吸收支路都布置在不需要随手车移出的换流和能量吸收室内，使得本实用新型提供的直流开关设备由于不需要单独设计对换流支路中的电容进行放电的放电装置而大大减少了换流支路中的电容的充放电次数，提高了如电容等元件的使用寿命，也简化了本实用新型提供的直流开关设备的结构，降低了成本。
42.图5是根据本实用新型实施例的直流开关设备的示意电路图。
43.参考图5，直流开关设备100的电路结构包括载流支路8、换流支路9和能量吸收支路10。
44.载流支路8用于承载线路正常运行时的电流回路。载流支路8例如可以包括串联连接的主开关s1和辅助开关s2。第三动触头m3连接到主开关s1和辅助开关s2之间。主开关s1用于快速开断线路故障，辅助开关s2用于最后切断整个线路。主开关s1连接到第一动触头m1，辅助开关s2连接到第二动触头m2。主开关s1不与第一动触头m1连接的一端和辅助开关s2不与第二动触头m2连接的一端均与第三动触头m3连接。主开关s1可以为但不限于例如六氟化硫断路器、真空断路器等。载流支路8还可以包括用于使主开关s1开断的斥力机构，如图5中标号11所指示。斥力机构11可以通过各种技术来实施，图5中示出的由线圈、电容器c1、电容器充电器b1、电容器充电器保护电阻r1和控制单元15构成的斥力机构11仅作为一种示例，本实用新型不限于此。
45.换流支路9用于在开断线路故障时产生振荡回路和制造电流过零点。换流支路9例如可以包括串联连接的电容器c2、换流开关12和电抗器l，并且换流支路9与主开关s1并联。换流开关12可以采用例如晶闸管scr来实施，但本实用新型不限于此。换流支路9还具有电容器充电器b2和电容器充电器保护电阻r2。如图5所示，换流开关12可以布置在电容器c2与电抗器l之间，其中，电感器l不与换流开关12连接的一端连接到第三静触头f3。
46.能量吸收支路10用于吸收在开断线路故障之后的剩余能量。能量吸收支路10例如可以包括能量吸收器13，并且能量吸收器13与换流支路9并联。如图5所示的，能量吸收器13与换流开关12和电容器c2并联也是可以的。能量吸收器可以采用例如避雷器、压敏电阻等来实施。
47.结合图1至图5，直流开关设备100在使用时，用户可以将电缆从电缆室d的底部进入电缆室d与导体1连接，电缆的另一端连接负载。手车5沿例如导轨6移动进入手车室b，第一动触头m1、第二动触头m2和第三动触头m3分别与第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3接触，主开关s1和辅助开关s2闭合，由主母线2、第一静触头f1、第一动触头m1、主开关s1、辅助开关s2、第二动触头m2、第二静触头f2、第三动触头m3、第三静触头f3、导体1以及负载形成导通电路。
48.结合图1至图5，当线路出现故障时，主开关s1首先被打开并在其电极间形成电弧，当电极达到一定开距时，闭合换流开关12，则电容器c2通过电抗器l与载流支路8形成振荡回路，产生与载流支路8中的电流反向的振荡电流，使得主开关s1中的电弧在其电流由于强
制过零而熄灭，从而线路故障被开断。之后，电流转移至换流支路9，电容器c2被反向充电，当电容器c2的电压超过能量吸收器13的动作电压时，电流逐渐转移至能量吸收支路10直至能量吸收器的电流过零，再将辅助开关s2打开，完成整个电路结构的开断。
49.在一个实施例中，电缆室d中还布置有电缆搭接头、母线避雷器、和/或电流互感器。电缆搭接头为用户提供电缆和导体1之间的连接。电流互感器用于采集线路中的电流值。母线避雷器用于在高压入侵时迅速释放过电压以保护连接到母线的电气设备免受高瞬态过电压的危害。
50.在一个实施例中，电缆室d中还布置有与第二静触头f2连接的接地开关7以及具有与接地开关7机械连锁的柜门，且该柜门可以被设计为只有在接地开关7闭合的情况下才能打开。通过这种布置，可以确保检修和维护人员在打开电缆室d的柜门时，连接到导体1的电缆已经接地，从而避免触电事故。
51.在一个实施例中，手车室b、母线室c、电缆室d以及换流和能量吸收室e中还分别布置有独立的泄压通道。泄压通道可以采用各种方式来实施。例如，以母线室c为例，可以在其顶板处布置例如长方形的开口作为泄压口，在泄压口上方布置泄压盖，并在泄压口与泄压盖之间布置连接部件。该连接部件被设计为在泄压过程中始终固定在顶板上。当直流开关设备100内部发生燃弧或出现高温高压气体时，产生的能量冲击泄压盖使泄压盖打开，从而将燃弧能量或高温高压气体排除到直流开关设备100之外。泄压盖上还可以布置例如狭长切口以减小泄压盖的强度，使之易于被冲开。
52.在一个实施例中，手车室b还布置有活门(图中未示出)，该活门被设计为在手车5移动退出手车室b时自动落下将第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3封闭。通过这种布置，能够避免检修和维护人员误触可能带电的第一静触头f1、第二静触头f2和第三静触头f3。
53.在一个实施例中，直流开关设备100还可以包括带电显示装置，如图5中的标号14所示，其可以例如被设置在电缆室d的柜门上、仪表室a的面板上等等。带电显示装置14可以包括例如带电传感器和显示单元。带电传感器用于检测线路电缆是否带电，显示单元用于显示带电传感器的检测结果且在带电时显示带电警告。
54.以上描述了根据本实用新型实施例的直流开关设备100，其通过仅将载流支路安装在手车上而将换流支路和能量吸收支路都布置在不需要随手车移出的换流和能量吸收室内，简化了直流开关设备100的柜体结构和布局，使得直流开关设备100不需要单独设计对换流支路中的电容进行放电的放电装置，从而使本实用新型提供的直流开关设备100相比现有的较轻以及整个电流开关设备100的外形尺寸也较小、占地面积也较小，并且也使得电路结构的单独试验变得方便，提高了直流开关设备100的后期检修和维护的便利性和可靠性。
55.本实用新型中涉及的电路、单元、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、单元、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。本实用新型中涉及的电路、单元、器件、装置可以采用任何合适的方式实现，例如采用专用集成电路、现场可编程门阵列(fpga)等，也可以采用通用处理器结合程序的方式实现。
56.本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本实用新型的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本实用新型所要保护的权利范围。