一种开关设备及海上风电机组的制作方法

1.本发明涉及一种开关设备以及包括该开关设备的海上风电机组。


背景技术：

2.由于海上风力发电受风能资源限制，发电输出随机性强、波动性大，风机需频繁地切入切出，这就要求海上风机塔筒中配套使用的充气环网柜具有更高的机械寿命来满足系统频繁的操作。
3.在现有技术中，海上的风电机组的充气环网柜中通常采用普通的断路器、负荷开关来控制风机的切入和切出，而一般的断路器和负荷开关的机械寿命较短，无法满足海上风电机组的风机频繁切入和切出的需求。若通过单独的设计开发以提高断路器或负荷开关的寿命，其时间周期太长，并且成本太高。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种开关设备以及包括该开关设备的海上风电机组，所述开关设备通过将具有较长机械寿命的真空接触器应用至充气环网柜中，从而能够有效地提高充气环网柜的使用寿命。
5.为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种开关设备，包括外部柜体、充气箱体，真空接触器，所述充气箱体设置在所述外部柜体内，所述真空接触器与外部设备电连接，其包括真空灭弧室组件、电磁操作组件，所述真空灭弧室组件设置在所述充气箱体内，所述电磁操作组件设置在所述充气箱体外，且所述电磁操作组件与所述真空灭弧室组件连接，所述电磁操作组件通电后通过吸合电磁体，进而带动所述真空灭弧室组件内触头的开合，从而控制外部设备的启停。
7.优选的，所述真空接触器还包括传动密封组件，所述电磁操作组件通过所述传动密封组件与所述真空灭弧室组件连接，所述传动密封组件包括传动杆、分体法兰、膜片，所述分体法兰设置在充气箱体的外壁上，所述传动杆的一端与所述电磁操作组件的输出端连接，另一端穿过分体法兰的内孔和所述充气箱体的箱壁后与所述真空灭弧室组件连接，所述膜片套设于所述传动杆上，且位于所述充气箱体内，其一端抵靠在所述分体法兰上。
8.优选的，所述传动杆、分体法兰、膜片均采用不锈钢制成。
9.优选的，所述真空接触器还包括接触器框架，所述接触器框架安装在所述充气箱体内，所述真空灭弧室组件安装在所述接触器框架上。
10.优选的，所述开关设备还包括电路组件，所述真空接触器通过所述电路组件与外部设备电连接，所述电路组件包括绝缘套管单元和插拔式电缆终端单元，所述绝缘套管单元包括第一绝缘套管和第二绝缘套管，所述第一绝缘套管穿设在所述充气箱体的顶部，所述第二绝缘套管穿设在所述充气箱体的底部，所述插拔式电缆终端单元包括第一插拔式电缆终端和第二插拔式电缆终端，所述第一插拔式电缆终端插接在所述第一绝缘套管上，所述第二插拔式电缆终端插接在所述第二绝缘套管上。
11.优选的，所述电路组件还包括电压互感器，所述绝缘套管单元还包括第三绝缘套管，所述第三绝缘套管穿设在所述充气箱体的后部，所述电压互感器插接在所述第三绝缘套管上，用于将高电压转换为低电压，以对外部柜体内部的各电器元件供电。
12.优选的，所述开关设备还包括电磁锁和柜门组件，所述电磁锁设置在所述外部柜体内，所述柜门组件包括前下门和后下门，所述前下门和所述后下门分别开设在所述外部柜体的前壁和后壁上，且所述前下门和所述后下门分别与所述电磁锁电连接，外部柜体内的电器主回路通电时，所述电磁锁用于控制所述前下门和所述后下门锁止，电器主回路断电时，所述电磁锁用于控制所述前下门和所述后下门解锁。
13.优选的，所述开关设备还包括接地单元，所述接地单元设置在所述外部柜体内，并从外部柜体的前底部延伸至后顶部，用于与外部柜体内的各电器元件电连接，以实现各电器元件的接地功能。
14.优选的，充气箱体内充盈的气体为sf6气体或者环保气体，所述气体的气压范围为0.01mpa～0.06mpa，所述开关设备还包括气压表，所述气压表设置在所述外部柜体内，并与所述充气箱体连通，用于监测充气箱体内的气压。
15.本发明还提供一种海上风电机组，包括风机塔筒、叶片、电气组件和充气环网柜，所述充气环网柜采用上述的开关设备，所述叶片安装在所述风机塔筒上，用于在风力的驱动下旋转，所述电气组件设置在所述风机塔筒内，其输入端与所述叶片连接，输出端与外部电网连接，用于将叶片的机械能转换为电能，并将电能输送至外部电网，所述开关设备设置在所述风机塔筒内，并与所述电气组件电连接，用于控制所述电气组件的电路开合。
16.本发明中的开关设备将具有较长机械寿命的真空接触器应用至充气环网柜中，能够有效地提高充气环网柜开关的使用寿命，并且适用于外部设备需要频繁切入切出(开关闭合和断开)的场景。
附图说明
17.图1是本发明实施例1中的开关设备的结构示意图；
18.图2是本发明实施例1中的真空接触器的结构示意图；
19.图3是本发明实施例1中的传动密封组件的结构示意图。
20.图中：1-第一插拔式电缆终端，2-第一绝缘套管，3-真空接触器，4-电压互感器，5-接地单元，6-外部柜体，7-后下门，8-前下门，9-电磁锁，10-气压表，11-二次线通道，12-充气箱体，13-第一出线端，131-第二出线端，14-真空灭弧室组件，15-接触器框架，16-传动密封组件，17-电磁操作组件，18-传动杆，19-分体法兰，20-膜片，21-第二插拔式电缆终端，22-第二绝缘套管，23-第三绝缘套管。
具体实施方式
21.下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”等指示方位或位置关系是基于附图
所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.本发明提供一种开关设备，包括外部柜体、充气箱体，真空接触器，所述充气箱体设置在所述外部柜体内，所述真空接触器与外部设备电连接，其包括真空灭弧室组件、电磁操作组件，所述真空灭弧室组件设置在所述充气箱体内，所述电磁操作组件设置在所述充气箱体外，且所述电磁操作组件与所述真空灭弧室组件连接，所述电磁操作组件通电后通过吸合电磁体，进而带动所述真空灭弧室组件内触头的开合，从而控制外部设备的启停。
26.本发明还提供一种海上风电机组，包括风机塔筒、叶片、电气组件和充气环网柜，所述充气环网柜采用上述的开关设备，所述叶片安装在所述风机塔筒上，用于在风力的驱动下旋转，所述电气组件设置在所述风机塔筒内，并与所述叶片连接，用于将叶片的机械能转换为电能，所述开关设备设置在所述风机塔筒内，并与所述风机电连接，用于控制风机的启停。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例公开一种开关设备，包括外部柜体6、充气箱体12，真空接触器3，其中，充气箱体12设置在外部柜体6内，且真空接触器3与外部设备电连接，真空接触器3包括真空灭弧室组件14、电磁操作组件17，真空灭弧室组件14设置在充气箱体12内，电磁操作组件17设置在充气箱体12外，且电磁操作组件17与真空灭弧室组件14连接，电磁操作组件17通电后通过吸合电磁体，以带动真空灭弧室组件14内触头的开合，从而控制电气主回路的开合，进而控制外部设备的启停。
29.在本实施例中，充气箱体12采用不锈钢材料，外部柜体6采用敷铝锌钢板材料。
30.如图2、3所示，本实施例中，真空接触器3还包括传动密封组件16，电磁操作组件17通过传动密封组件16与真空灭弧室组件14连接，传动密封组件16包括传动杆18、分体法兰19、膜片20，分体法兰19设置在充气箱体12的外壁上，传动杆18的一端与电磁操作组件17的输出端连接，另一端穿过分体法兰19的内孔和充气箱体12的箱壁后与真空灭弧室组件14连接，膜片20套设于传动杆18上，且位于充气箱体12内，其一端抵靠在分体法兰19上。
31.具体的，如图1所示，图中的右侧为外部柜体6的前侧方向，图中的左侧为外部柜体6的后侧方向，真空接触器3前侧的侧壁上开设有供传动杆18穿过的通孔，分体法兰19设置在充气箱体12的该侧的外壁上，通孔的直径大于分体法兰19内孔的直径，膜片20为弹性结构，并套设在传动杆18上，且其一端穿过通孔抵靠在分体法兰19的靠近充气箱体12的一侧，膜片20用于保证真空接触器3内部的波纹管的压缩量，从而保证传动密封组件16的可靠性，除此之外，膜片20还具有密封作用，以防止充气箱体12内的气体泄露。
32.在本实施例中，传动杆18水平设置，其一端与电磁操作组件17的输出端铰接，另一
端与真空灭弧室组件14铰接，电磁操作组件17通电后吸合电磁体或断电后松开电磁体，以带动传动杆18沿自身轴向远离真空灭弧室组件14或靠近真空灭弧室组件14直线运动，从而带动真空灭弧室组件14内触头闭合或断开，进而控制外部设备动作或停止动作。
33.在本实施例中，传动杆18、分体法兰19、膜片20均采用不锈钢制成，具体来说，传动密封组件16整体采用不锈钢材料焊接而成。
34.可选的，真空接触器3还包括接触器框架15，接触器框架15安装在充气箱体12内，真空灭弧室组件14安装在接触器框架15上。
35.在本实施例中，开关设备还包括电路组件，真空接触器3通过电路组件与外部设备电连接，电路组件包括绝缘套管单元和插拔式电缆终端单元，绝缘套管单元用于保证充气箱体12密封性能的同时，保证电气主回路的连通，其包括第一绝缘套管2和第二绝缘套管22，第一绝缘套管2穿设在充气箱体12的顶部，第二绝缘套管22穿设在充气箱体12的底部，插拔式电缆终端单元用于满足绝缘性能的前提下连接绝缘套管和电缆，其包括第一插拔式电缆终端1和第二插拔式电缆终端21，第一插拔式电缆终端1插接在第一绝缘套管2上，第二插拔式电缆终端21插接在第二绝缘套管22上。
36.如图1、2所示，第一插拔式电缆终端1与真空接触器3的第一出线端13连接，第二插拔式电缆终端21与真空接触器3的第二出线端131连接。
37.在本实施例中，电路组件还包括电压互感器4，绝缘套管单元还包括第三绝缘套管23，第三绝缘套管23穿设在充气箱体12的后部侧壁上，电压互感器4插接在第三绝缘套管23上，用于将高电压转换为低电压，以对外部柜体6内部的各电器元件供电。
38.在本实施例中，开关设备还包括电磁锁9和柜门组件，电磁锁9设置在外部柜体6内，柜门组件包括前下门8和后下门7，前下门8和后下门7分别开设在外部柜体6的前壁和后壁上，且前下门8和后下门7分别与电磁锁9电连接，外部柜体6内的电器主回路通电时，电磁锁9用于控制前下门8和后下门7锁止，以防止操作人员在通电状态下打开柜门组件，保护操作人员的安全；电器主回路断电时，电磁锁9用于控制前下门8和后下门7解锁，此时，操作人员可以打开柜门组件进行操作或检修。
39.在本实施例中，开关设备还包括接地单元5，接地单元5设置在外部柜体6内，并从外部柜体6的前底部延伸至后顶部，用于与外部柜体6内的各电器元件电连接，以实现各电器元件的接地功能。
40.在本实施例中，充气箱体12内充盈的气体为sf6气体或者环保气体(氮气或干燥空气)，气体的气压范围为0.01mpa～0.06mpa(20℃表压)，开关设备还包括气压表10，气压表10设置在外部柜体6内，并与充气箱体12连通，用于监测充气箱体12内的气压，当气压表10的示数超出设定的气压范围时，操作人员可以及时对充气箱体12进行检修维护。
41.如图1所示，在充气箱体12的前侧和外部柜体6之间形成二次线通道11，二次线通道11具有屏蔽作用，并能有效地保证外部二次接线(电器元件的控制回路和辅助回路所用的线束)的规范性和美观性。
42.在本实施例中，开关设备采用局部密封方案，真空接触器3的高压部分(真空灭弧室组件14)设置在充气箱体12内，并有效密封，保证其不受外界环境影响，第一插拔式电缆终端1和第二插拔式电缆终端21分别安装在充气箱体12的顶部和底部的第一绝缘套管2和第二绝缘套管22上，从而实现环进环出的环网供电功能；电压互感器4插接于充气箱体12后
部的第三绝缘套管23上，安装便捷，节省空间；接地单元5从柜前底部延伸至柜后顶部，保证了高压电缆接地屏蔽的可靠性；外部壳体前部设置前下门8，后部设置后下门7，且均与电磁锁9电连接，能有效地避免操作人员误入带电的外部柜体6内。
43.本实施例中的开关设备将具有较长机械寿命的真空接触器3应用至充气环网柜中，有效地提高充气环网柜开关的使用寿命，并且适用于外部设备需要频繁切入切出(开关闭合和断开)的场景，既保证了充气式开关设备体积小、免维护、不受恶劣环境影响的优点，又保留了真空接触器3适用于机械操作频繁、机械寿命长的优势，极大地提高了外部设备运行的可靠性，降低了后期维护成本。
44.实施例2
45.本实施例公开一种海上风电机组，包括风机塔筒、叶片、电气组件和充气环网柜，充气环网柜采用实施例1中的开关设备，风机安装在风机塔筒上，用于在风力的驱动下旋转，电气组件设置在风机塔筒内，其输入端与所述叶片连接，输出端与外部电网连接，用于将叶片的机械能转换为电能，并将电能输送至外部电网，开关设备设置在风机塔筒内，并与电气组件电连接，用于控制电气组件的电路开合。
46.在现有技术中，海上风电机组风力发电受风能资源限制，发电输出随机性强、波动性大，所以需要风机屏蔽切入切出(通过开关设备的闭合和断开实现)，所以这就需要充气环网柜的开关设备具有更高的机械寿命来满足频繁的闭合断开操作。真空接触器3具有较高机械寿命，能够很好地满足频繁的闭合断开操作，故将真空接触器3应用于充气环网柜内，能够有效地解决这一问题。
47.具体的，海上风能资源充足时，开关设备闭合，以控制电气组件的电路闭合，电气组件将转换的电能输送至外部电网中；海上风能不足时，开关设备断开，以控制电气组件的电路断开，电气组件停止向外部电网输送电能。
48.本实施例中的海上风电机组通过采用具有真空接触器3的充气环网柜，有效地解决了传统充气环网柜机械寿命短的问题，满足了海上风电机组需要根据风力情况需要随时切入或切出的需要，增加了海上风电机组频繁操作的可靠性，大幅度降低了风电机组电气设备后期维护成本。
49.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种开关设备，其特征在于，包括外部柜体(6)、充气箱体(12)，真空接触器(3)，所述充气箱体(12)设置在所述外部柜体(6)内，所述真空接触器(3)与外部设备电连接，其包括真空灭弧室组件(14)、电磁操作组件(17)，所述真空灭弧室组件(14)设置在所述充气箱体(12)内，所述电磁操作组件(17)设置在所述充气箱体(12)外，且所述电磁操作组件(17)与所述真空灭弧室组件(14)连接，所述电磁操作组件(17)通电后通过吸合电磁体，进而带动所述真空灭弧室组件(14)内触头的开合，从而控制外部设备的启停。2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述真空接触器(3)还包括传动密封组件(16)，所述电磁操作组件(17)通过所述传动密封组件(16)与所述真空灭弧室组件(14)连接，所述传动密封组件(16)包括传动杆(18)、分体法兰(19)、膜片(20)，所述分体法兰(19)设置在充气箱体(12)的外壁上，所述传动杆(18)的一端与所述电磁操作组件(17)的输出端连接，另一端穿过分体法兰(19)的内孔和所述充气箱体(12)的箱壁后与所述真空灭弧室组件(14)连接，所述膜片(20)套设于所述传动杆(18)上，且位于所述充气箱体(12)内，其一端抵靠在所述分体法兰(19)上。3.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述传动杆(18)、分体法兰(19)、膜片(20)均采用不锈钢制成。4.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述真空接触器(3)还包括接触器框架(15)，所述接触器框架(15)安装在所述充气箱体(12)内，所述真空灭弧室组件(14)安装在所述接触器框架(15)上。5.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，还包括电路组件，所述真空接触器(3)通过所述电路组件与外部设备电连接，所述电路组件包括绝缘套管单元和插拔式电缆终端单元，所述绝缘套管单元包括第一绝缘套管(2)和第二绝缘套管(22)，所述第一绝缘套管(2)穿设在所述充气箱体(12)的顶部，所述第二绝缘套管(22)穿设在所述充气箱体(12)的底部，所述插拔式电缆终端单元包括第一插拔式电缆终端(1)和第二插拔式电缆终端(21)，所述第一插拔式电缆终端(1)插接在所述第一绝缘套管(2)上，所述第二插拔式电缆终端(21)插接在所述第二绝缘套管(22)上。6.根据权利要求5所述的开关设备，其特征在于，所述电路组件还包括电压互感器(4)，所述绝缘套管单元还包括第三绝缘套管(23)，所述第三绝缘套管(23)穿设在所述充气箱体(12)的后部，所述电压互感器(4)插接在所述第三绝缘套管(23)上，用于将高电压转换为低电压，以对外部柜体(6)内部的各电器元件供电。7.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，还包括电磁锁(9)和柜门组件，所述电磁锁(9)设置在所述外部柜体(6)内，所述柜门组件包括前下门(8)和后下门(7)，所述前下门(8)和所述后下门(7)分别开设在所述外部柜体(6)的前壁和后壁上，且所述前下门(8)和所述后下门(7)分别与所述电磁
锁(9)电连接，外部柜体(6)内的电器主回路通电时，所述电磁锁(9)用于控制所述前下门(8)和所述后下门(7)锁止，电器主回路断电时，所述电磁锁(9)用于控制所述前下门(8)和所述后下门(7)解锁。8.根据权利要求5-7任一项所述的开关设备，其特征在于，还包括接地单元(5)，所述接地单元(5)设置在所述外部柜体(6)内，并从外部柜体(6)的前底部延伸至后顶部，用于与外部柜体(6)内的各电器元件电连接，以实现各电器元件的接地功能。9.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，充气箱体(12)内充盈的气体为sf6气体或者环保气体，所述气体的气压范围为0.01mpa～0.06mpa，所述开关设备还包括气压表(10)，所述气压表(10)设置在所述外部柜体(6)内，并与所述充气箱体(12)连通，用于监测充气箱体(12)内的气压。10.一种海上风电机组，其特征在于，包括风机塔筒、叶片、电气组件和充气环网柜，所述充气环网柜采用权利要求1-9任一项所述的开关设备，所述叶片安装在所述风机塔筒上，用于在风力的驱动下旋转，所述电气组件设置在所述风机塔筒内，其输入端与所述叶片连接，输出端与外部电网连接，用于将叶片旋转的机械能转换为电能，并将电能输送至外部电网，所述开关设备设置在所述风机塔筒内，并与所述电气组件电连接，用于控制所述电气组件的电路开合。

技术总结
本发明公开一种开关设备及包括该开关设备的海上风电机组，开关设备包括外部柜体、充气箱体，真空接触器，所述充气箱体设置在所述外部柜体内，所述真空接触器与外部设备电连接，其包括真空灭弧室组件、电磁操作组件，所述真空灭弧室组件设置在所述充气箱体内，所述电磁操作组件设置在所述充气箱体外，且所述电磁操作组件与所述真空灭弧室组件连接，所述电磁操作组件通电后通过吸合电磁体，进而带动所述真空灭弧室组件内触头的开合，从而控制外部设备的启停。所述开关设备将具有较长机械寿命的真空接触器应用至充气环网柜中，能够有效地提高充气环网柜开关的使用寿命。高充气环网柜开关的使用寿命。高充气环网柜开关的使用寿命。


技术研发人员：李金辉 魏展培 袁丽丹 欧阳萍 彭文杰
受保护的技术使用者：特变电工云集电气有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14