Распределительное устройство

Распределительное устройство относится к области электротехники, а именно, к конструкциям основных элементов электрических подстанций среднего и высокого напряжения. Предпочтительная область применения - распределительные устройства на 110 кВ. Отличительными особенностями распределительного устройства является применение двухразрывного вакуумного выключателя, на полюсах которого закреплены токопроводящие кронштейны с подвижными контактами разъединителя и оптические датчики напряжения и тока, оптоэлектронные связи от которых проходят в полостях полюсов и опорного изолятора к оптоприемникам в раме привода выключателя. Подвижная система выключателя перемещается в вертикальном направлении с помощью механического или гидравлического домкрата. В рабочем положении выключателя его рама закреплена на ограничителях подъема, установленных на направляющих. T-образная компоновка выключателя и расположение ошиновки и контактов разъединителя на одном уровне исключают поперечные усилия на полюса выключателя от электродинамических сил токов к.з.

Полезная модель относится к конструкции основных элементов электрических подстанций. Предпочтительная область применения - распределительные устройства на. 110 кВ. Основными элементами распределительных устройств (РУ) являются: силовые трансформаторы, коммутационные аппараты, разъединители, вспомогательное оборудование в виде разрядников, измерительных трансформаторов напряжения и тока, соединенных между собой жесткой или гибкой ошиновкой. Для удобства ремонтных работ, ревизии или замены оборудования применяется установка указанных устройств на подвижных элементах для их горизонтального и вертикального перемещения.

Известна маломощная столбовая подъемно-опускная комплектная трансформаторная подстанция (см. патент РФ на изобретение RU 2269852 C1, кл. МПК H02B 5/02, заявитель Кириченко И.Т., Кириченко С.И., Кириченко Ю.И., опубликован 2006.02.10) [1], содержащая железобетонную столбовую опору, на которой установлены неподвижные контакты высоковольтных и низковольтных разъединителей, распределительный щит с низковольтными аппаратами оперативного обслуживания, защиты и учета, подъемный механизм в виде полиспаста с механически управляемой лебедкой, вертикально перемещающий тележку с установленными на ней трансформатором, высоковольтными и низковольтными контактами разъединителей, высоковольтным предохранителем и разрядником. Тележка перемещается вертикально с помощью катков и упорных роликов по столбовой опоре с фиксацией на ее ригелях. Для производства ревизии или ремонтных работ отключается низковольтная линия коммутационными аппаратами распределительного щита, расфиксируется замковое устройство с помощью оперативной штанги и опускается тележка с размыканием высоковольтным разъединителем тока холостого хода трансформатора.

Основными недостатками конструкции являются: использование коммутационных аппаратов только на стороне низкого напряжения, что приводит к отключению потребителей при проведении работ на оборудовании; высоковольтный разъединитель размыкается под током; увеличены габариты из-за увеличения изоляции высоковольтной части на железобетонном столбе; неудобна расфиксация тележки перед опусканием с помощью штанги; громоздка конструкция полиспаста. Такая конструкция не может быть использована для ремонтных работ на высоковольтной части, связанной со столбом.

Наиболее близкой по решаемой задаче и наибольшему числу сходных признаков предполагаемому решению является открытое распределительное устройство(РУ) для подстанций среднего напряжения (см. патент РФ на изобретение RU 2094919 C1, кл. МПК H02B 5/00, 11/00, заявитель НИИ энергетики - украинское НПО "Энергопрогресс", опубликован 27.10.97) [2], которое содержит ячейки, образованные стойками с изоляторами в верхней части. В одной ячейке расположен блок с вспомогательным оборудованием в виде разрядников, трансформаторов напряжения и тока, присоединительных связей, установленный на основании, закрепленном на устройстве для вертикального перемещения, размещенном на выкатнои тележке. В поднятом положении полюса блока присоединены к жесткой ошиновке высокого напряжения с помощью разъемов втычного или захватногоь типа. В этом положении основание зафиксировано на стойках. В другой ячейке на выкатной тележке установлен блок коммутационной аппаратуры, один полюс которого изолирован от тележки, и две стойки с изоляторами наверху, на которых установлены разъемы указанного типа. Приведение в рабочее положение и фиксация основания блока коммутационного аппарата осуществляется аналогично блоку вспомогательного оборудования с помощью ручного или механического привода. Данное устройство рассчитано на 35 кВ.

Упомянутая конструкция имеет существенные недостатки: для каждого вида оборудования необходимы свои стойки с изоляторами наверху, свои подъемные механизмы, свои разъемы, свои выкатные тележки с фиксаторами; полюсы коммутационного аппарата должны иметь изоляцию относительно земли как на коммутационном разрыве, так и на приводной тяге аппарата, а такая конструкция занимает большую площадь; подвод ошиновки от линии электропередачи к полюсу под углом и выполнение выключателя Y-образного типа приводит к большим механическим нагрузкам от пондеромоторных сил при токах короткого замыкания, что требует усиления жесткости конструкции и, следовательно, увеличение ее массы и габаритов. Указанные недостатки нарастают с увеличением напряжения линии, уже, например, до 110 кВ.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа, а именно: уменьшение количества опорных изоляционных конструкций, соединительных разъемов, подъемных механизмов, динамических нагрузок от токов короткого замыкания, занимаемой площади.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве, заключается в расширении функциональных возможностей по повышению тока и напряжения путем использования двухразрывного вакуумного выключателя T-образной компоновки, повышением его надежности за счет прохождения токов к.з. от разъединителя с ножевыми контактами к выключателю по прямой линии, что исключает воздействие поперечных электродинамических усилий на полюсы выключателя, расположением на этих полюсах оптических датчиков тока и напряжения, прокладкой световодов от них внутри полостей между вакуумной дугогасительной камерой и наружным изоляционным кожухом и внутри опорного изолятора выключателя, что защищает контрольно-измерительную систему от внешних воздействий, позволяет выполнить эту систему на современном уровне с применением цифровой техники.

Поставленная задача решается благодаря тому, что распределительное устройство содержит выключатель с опорной рамой и приводом в ней, разъединитель с подвижными и неподвижными контактами, контрольно-измерительные устройства, устройство для » вертикального перемещения оборудования, жесткую ошиновку. Согласно предлагаемой конструкции распределительное устройство имеет в качестве коммутационного аппарата выключатель с двумя последовательно соединенными вакуумными дугогасительными камерами (ВДК), закрепленными на торцевых электропроводящих фланцах полюсных изоляторов, жестко установленных на опорном изоляторе. Торцевые электропроводящие фланцы имеют электропроводящие кронштейны с установленными на них ножевыми подвижными контактами разъединителя. На электропроводящих кронштейнах установлены в качестве контрольно-измерительных устройств оптические датчики напряжения и тока, которые связаны с оптоприемниками в опорной раме оптоволоконными связями, проходящими в полостях между полюсным изолятором и вакуумной дугогасительной камерой и в полости опорного изолятора. Оси вакуумных дугогасительныых камер и полюсных изоляторов перпендикулярны оси опорного изолятора и расположены на одном уровне с ошиновкой и контактами разъединителей в рабочем положении выключателя. Опорная рама имеет возможность вертикального перемещения в направляющих с жесткой фиксацией на них в рабочем положении выключателя.

Выполнение выключателя с двумя разрывами с помощью двух вакуумных дугогасительных камер позволяет уменьшить габариты и массу распределительного устройства (РУ) за счет существенного уменьшения ходов подвижных частей вакуумного выключателя по сравнению с традиционно используемыми для высоких напряжений выключателями с газовыми разрывами, что позволяет уменьшить и вертикальный ход подъемного механизма и длину направляющих. Размещение подвижных контактов разъединителя на токопроводящих кронштейнах полюсов выключателя позволяет исключить изоляционные опоры под них, размыкать разъединитель без тока после отключения выключателя и опускания его для ремонта или ревизии. Установка оптических датчиков напряжения и тока вместо традиционно применяемых трансформаторов напряжения и тока на электропроводящих кронштейнах, закрепленных на полюсах выключателя, позволяет облегчить и упростить конструкцию, создать РУ с современной мониторинговой системой на цифровой технике. Прокладка оптоволоконных связей от оптических датчиков до оптоприемников на потенциале земли в полостях выключателя защищает их от внешних воздействий, повышая надежность РУ. Расположение полюсов выключателя, контактов разъединителя и ошиновки электросети на одном уровне исключает поперечные электродинамические силы от токов короткого замыкания на консоли полюсов выключателя, повышая надежность его работы и всего РУ. Выполнение контактов разъединителя ножевого типа повышает их надежность при токах к.з., так как в параллельных проводниках усилия от токов прижимают их друг к другу, преодолевая силу отталкивания в местах контакта.

На фиг.1 представлено РУ в опущенном положении выключателя - при ревизии или ремонтных работах;

На фиг.2 представлено РУ в рабочем состоянии.

В представленном (фиг. 1) распределительном устройстве коммутационный аппарат - выключатель - состоит из двух вакуумных дугогасительных камер 1, (одна из которых показана в полюсе слева), закрепленных на торцевых электропроводящих фланцах 2 полюсных изоляторов 3, установленных на корпусе 4, в котором размещен узел рычажных передач 5, преобразующих вертикальное перемещение приводной изоляционной тяги 6 в горизонтальные перемещения подвижных контактов ВДК. Корпус 4 закреплен на опорном изоляторе 7, во внутренней полости 8 которого проходит изоляционная тяга 6. Опорный изолятор 7 установлен на опорной раме 9, в которой находится привод выключателя 10. Основание рамы 11 имеет возможность перемещаться вертикально под действием устройства для вертикального перемещения оборудования 12 в направляющих 13. Устройство 12 установлено на уровне фундамента под основанием рамы 11. Подъем рамы выключателя вверх ограничивается упорами 14, к которым основание рамы жестко крепится в рабочем положении выключателя (фиг. 2). На торцевых электропроводящих фланцах закреплены электропроводящие кронштейны 15, на концах которых установлены ножевые подвижные контакты 16 разъединителей. На кронштейнах 15 установлены датчики напряжения 17 и тока 18. Выходы датчиков могут вводиться внутрь полюсных изоляторов через герметичные разъемы, далее оптоволоконная связь 19 проходит в полости 20 между полюсным изолятором 3 и ВДК 1, а далее она проходит в полости 8 опорного изолятора 7 к оптоприемникам 21 в опорной раме 9. На изоляторах 22 закреплена жесткая ошиновка 23 электросети, на консолях которой установлены ножевые неподвижные контакты разъединителя 24.

Для улучшения электроизоляции ВДК и оптоэлектронной связи полость 20 может быть заполнена компаундом, а полость 8 обычно заполняется осушенным газом, например, шестифтористой серой, азотом или воздухом под небольшим избыточным давлением. Устройство для вертикального перемещения оборудования 12 может быть выполнено в виде механического или гидравлического домкрата. Во втором случае домкрат может быть выполнен телескопическим для уменьшения вертикальных габаритов устройства и всей конструкции РУ. На фиг. 2 устройство показано в крайнем верхнем положении. После закрепления рамы выключателя на направляющих устройство 12 может быть удалено и складировано.

Распределительное устройство работает следующим образом.

После установки выключателя с рамой и закрепленными на нем узлами в направляющих устройство вертикального перемещения приводится в действие вручную или с помощью электрического гидродомкрата. Вся конструкция поднимается до упирания основания рамы 11 в упоры 14. При этом в конце движения вверх контакты разъединителей 16 входят в неподвижные контакты разъединителей 24. Основание рамы закрепляется на упорах 14 и в направляющих 13. С помощью привода 10 включаются контакты ВДК, тем самым подключая потребителей к электросети. Оптоэлектронные датчики 17 и 18 начинают подавать сигналы по оптоэлектронным связям 19 на оптоприемники 21.

Для проведения ревизии или ремонтных работ выключатель отключается-размыкаются контакты ВДК, под основание рамы 11 подводится устройство 12, освобождается закрепление основания рамы от упоров 14 и направляющих 13, с помощью устройства 12 выключатель опускается в нижнее положение. В начале опускания контакты разъединителя размыкаются - без тока. Выключатель, контакты разъединителя и оптоэлектронные датчики готовы для проведения ревизии или ремонтных работ.

К настоящему времени проведены испытания макетов разъединителей и выключателя на 110 кВ и ток 4000 А, гидравлического подъемного устройства на усилие 13000 ньютонов; разработаны чертежи распределительного устройства.

Используемые источники информации при составлении заявки

[1]. Патент РФ на изобретение RU 2269852 C1, кл. МПК H02B 5/02, опубликован 2006.02.10.

[2]. Патент РФ на изобретение RU 2094919 C1, кл. МПК H02B 5/00, 11/00, опубликован 27.10.97.

Распределительное устройство, содержащее выключатель с опорной рамой и приводом выключателя в ней, разъединитель с подвижными и неподвижными контактами, контрольно-измерительные устройства, устройство для вертикального перемещения оборудования, жесткую ошиновку, отличающееся тем, что коммутационный аппарат выполнен в виде выключателя с двумя последовательно включенными вакуумными дугогасительными камерами, закрепленными на торцевых электропроводящих фланцах полюсных изоляторов, жестко закрепленных на опорном изоляторе, причем торцевые электропроводящие фланцы имеют электропроводящие кронштейны с установленными на них ножевыми подвижными контактами разъединителя, а на электропроводящих кронштейнах установлены в качестве контрольно-измерительных устройств оптические датчики напряжения и тока, которые связаны с оптоприемниками в опорной раме оптоволоконными связями, проходящими в полостях между полюсным изолятором и вакуумной дугогасительной камерой и в полости опорного изолятора, при этом оси вакуумных дугогасительных камер и полюсных изоляторов перпендикулярны оси опорного изолятора и расположены на одном уровне с ошиновкой и контактами разъединителя в рабочем положении выключателя, кроме того, опорная рама имеет возможность вертикального перемещения в направляющих с жесткой фиксацией на них в рабочем положении выключателя.