中斷室、hvdc旁路中斷器,和包含此室的hvdc換流變電站的製作方法

2023-04-30 19:57:16 3

專利名稱：中斷室、hvdc旁路中斷器,和包含此室的hvdc換流變電站的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種中斷室。更明確地說，其涉及高壓直流(HVDC)的截斷。其涉及中斷室中的氣體吹出。更明確地說，其適用於HVDC旁路中斷器的構造，以及集成到HVDC換流變電站中。
背景技術：
HVDC換流變電站的目的是將處於高電壓(通常大於200千伏(kV)DC)的直流電轉 換為也處於高電壓的交流電。例如在第WO 2007/084041號專利文獻中描述了利用多個HVDC變電站的HVDC傳 輸系統的一個架構。其中描述的系統包括通過高電壓電力線10和接地返回線11彼此連接 的兩個變電站2和3。每一變電站2或3包含多個HVDC旁路中斷器12、13或14、15。每一 HVDC旁路中斷器的主要功能是充當其連接到的每一換流變壓器(converter transformer) 的旁路。另外，每一 HVDC旁路中斷器必須適於以下功能·截斷由換流變壓器產生的被稱為電感性負載電流的種類的電流(其可具有高達 約1000安培(A)的值)，以便切換進入到可控矽整流器(thyriStor)6、7、8或9中的電流；·在系統的整個工作壽命期間且在可下降到_50°C的極端溫度下承受通常400kV DC的升高高電壓的標稱值；·非常快地閉合，通常在約幾十毫秒(ms)的時間內；·在最不利條件下承受幾十千安培(kA)的電流峰值，這些電流峰值出現在電弧截 斷階段期間；·在電弧未實際上截斷的情況下斷開且在斷開之後立即再閉合；·始終無損壞地承受電弧。直到此類型的HVDC旁路中斷器為止當前已提議的各種技術特徵可分為以下三個 類別1.使用串聯連接在一起的若干中斷室；2.增加給定中斷室的絕緣空間的大小；以及3.以能夠承受所涉及的高介電應力的絕緣材料提供吹風噴嘴。那些類別的技術解決方案的主要缺點可列舉如下1.使用多個中斷室不可避免地增加HVDC變電站中的中斷器的製造成本和空間 要求；其使得有必要提供額外電氣和/或電子構件以便使各個室之間的移動接觸件的移動 的啟始同步；且最後，其使得有必要提供電壓分配設備以便在HVDC旁路中斷器之間分配電壓。2.增加大小的絕緣空間使得有必要針對較高的致動速度而布置，因為HVDC中斷 器需要在非常短的時間內閉合。這使得有必要選擇更強大的機械控制構件，其不利於HVDC 中斷器的成本。
3.已測試例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等多種材料用作高 電壓交流電的吹風噴嘴的適宜性。那些噴嘴已證明其有效性，因為其能夠承受所涉及的高 交替介電應力。本申請人關於當前用於吹風噴嘴的材料的長期DC承受能力具有較大疑問。 另外，已知可承受的電場在絕緣氣體(例如，SF6)與導電金屬零件之間的界面處始終強於 其在絕緣氣體與噴嘴的絕緣材料之間的界面處。因此，直到目前為止，在已知的中斷室的構 造中，必須在絕緣噴嘴相對於金屬接觸件的一者是靜止的區中減小電場。這不可避免地導 致中斷室的徑向尺寸增加，且因此其成本增加。另外，絕緣氣體(例如，SF6)中可準許的梯 度大於固體絕緣體中可準許的值。此限制不可避免地意味著在固體絕緣體存在於電流截斷 區中的情況下中斷室的軸向尺寸也必須增加。申請人:還在與本申請案同一天申請的標題為「具有可彼此獨立操作的移動接 觸件和可移動吹風噴嘴的中斷室、HVDC旁路中斷器，和具有此室的HVDC換流變電站(an interrupting chamber with a moving contactand a movable blast nozzle that are operable independently of eachother,an HVDC interrupter,and an HVDC conversion substationhaving such a chamber) 」的第FR 0952173號專利申請案中提議能夠以減小的 大小和成本獲得HVDC旁路中斷器的解決方案。所述申請案中提議的解決方案基本上由管狀吹風噴嘴組成，所述管狀吹風噴嘴可 在制約位置(其中其將氣體制約在介電應力區中)與縮回位置(其中其從所述空間收回) 之間獨立於移動接觸件而移動。接著發明者們發現了氣體吹出的問題，假定在當前技術水平下的常規中斷室中， 穿過相對於彼此靜止的吹風噴嘴與接觸件之間的結構所界定的一個或一個以上通道，相對 於接觸件徑向實現吹出。發明者們接著考慮完全穿過接觸件中的其中之一的內部執行吹出。在此方面，穿 過接觸件中的其中之一的整體吹出使管狀噴嘴能夠與鬱金香的外徑非常緊密地匹配(如 上文提及的與本申請案同一天申請的專利申請案中所描述)。這引起對被噴嘴的內部中的 電弧汙染的氣體的較好制約，且進一步引起將其排出接觸件的區。因此有可能製造具有最 小高度(也就是說，最小徑向尺寸)的管狀噴嘴，其導致分段屏蔽與起弧接觸件之間的改進 的介電協調。第FR 2 695 249號專利已揭示穿過可移動起弧接觸件8、9的內部的吹出。在所 述專利中，穿過其而發生吹出的鬱金香接觸件9靜止，且支撐接觸件9且氣體穿過其而通過 的中空管8主要由絕緣體10阻隔。所述專利的缺點是，絕緣體10相對於中空管8的位置使得吹出氣體的最小流通橫 截面在鬱金香9的末端處。因而存在氣體處於低密度以及因此在瞬態恢復電壓下介電強度 在起弧接觸件的末端的區(其是出現最急劇介電梯度的區)中較低的主要風險。因此，本發明的目的是提議一種解決方案，在所述解決方案中完全穿過中斷室的 起弧接觸件的內部吹出氣體，且所述解決方案良好地起作用並在瞬態恢復電壓(TRV)下提 供良好的介電強度。

發明內容
為了實現以上目的，本發明提議一種具有縱軸的中斷室，且所述中斷室包含吹弧噴嘴和一對接觸件，所述接觸件中的至少其中之一可移動，所述接觸件中的其中之一包括 具有中空內部的管，所述管的一端耦合到真正的接觸部分，其中，在所述室中，沿著室的縱 軸完全穿過中空管的內部執行電弧吹出，氣體的流通路徑中的縮窄部設置在具有流通橫截 面Sl的所述真正的接觸部分的上遊。在根據本發明的此中斷室中，提供·沿著室的縱軸完全穿過中空管的內部執行電弧吹出；·氣體的流通路徑中的具有流通橫截面S2的縮窄部設置在所述真正的接觸部分 的上遊；以及·氣體的流通路徑的具有流通橫截面S3的較寬部分設置在縮窄部與真正的接觸 部分之間，流通橫截面使得S2 < Sl < S3。這避免在真正的接觸區附近出現低氣體密度區，其在電流截斷操作之後最多地暴 露於電場的區。如此設計的中斷室在瞬態恢復電壓(TRV)下具有良好的介電強度。在本發明的上下文中，術語「上遊」和「下遊」應理解為相對於用以截斷電弧的吹 出氣體的流的方向。在本發明的上下文中，術語「完全穿過中空管的內部執行電弧吹出」，必須理解從 壓縮體積流出的所有氣體的吹出從接觸管的內部朝其外部進行。在有利實施例中，吹出氣體的流通路徑的具有流通橫截面S2和S3的較寬部分經 設計尺寸以使得在包含電流吹出室的中斷器的正常操作條件下的任何斷開操作期間，吹出 氣體的壓力不達到臨界壓力，所述臨界壓力是所述較寬部分的下遊的低氣體密度區在真正 的接觸部分的流通橫截面Sl的下遊保持受限的壓力。換句話說，有必要在氣體的流通路徑 中布置不導致真正的接觸區中或所述區外部很小距離處的氣體的低密度的縮窄部。如下文所闡釋，將異常條件界定為當存在與接觸件的斷開同時的額外電氣故障 (此額外電氣故障發生在包含中斷室的中斷器的不同電氣組件上或不同電氣裝置上)時出 現的條件。因此，同樣如下文所闡釋，在包含具有可控矽整流器和本發明範圍內的中斷室的 中斷器的HVDC變電站的情況下，此額外電氣故障是可控矽整流器中的切換故障，使得避免 接觸件的預料外的重新閉合。在一個實施例中，所述縮窄部可位於具有所述中空內部的管與真正的接觸部分之 間的接合部處。在另一實施例中，所述縮窄部位於用於將氣體帶入中空管中的至少一個通孔處。直到縮窄部為止的吹出(也稱為吹風)體積可有利地由稱為排出閥的瓣閥關閉， 所述瓣閥以一方式預加載以使得·其在包含中斷室的中斷器的正常操作條件下的任何正常斷開操作中不打開；·其在臨界壓力下開始打開，所述臨界壓力是低氣體密度區存在於真正的接觸部 分的流通橫截面Sl的下遊所限於的壓力；以及·其在包含中斷室的中斷器上的異常操作條件下的斷開操作期間打開到其最大 量，所述異常條件被界定為當與接觸件的斷開同時發生額外電氣故障(此額外電氣故障發 生在包含中斷室的中斷器的不同電氣組件上或不同電氣裝置上)時出現的條件。在本發明的範圍內完全可想像將兩個接觸件均布置為可移動的，傳輸構件布置在 室中用於使接觸件彼此分離。這導致雙重作用型的中斷室。
本發明還提供具有如上文陳述的中斷室的高電壓中斷器。所述中斷器可組成斷路器或母線隔斷器或接地隔斷器。其有利地可以是HVDC旁路中斷器，且在優選版本中其具有單一中斷室。此具有單一中斷室的HVDC旁路中斷器能夠截斷可達到幾倍100A或甚至1000A的 電流，且所述室承受的電壓能夠在直流電中達到至少400kV(HVDC)。最後，本發明提供一種包含例如上文陳述的至少一個HVDC旁路中斷器的HVDC換 流變電站。在尤其有利的布置中，中斷器的斷流器室的軸大體上垂直。此布置尤其有利，因為 其使源自電流截斷操作的被汙染粒子能夠僅通過室的基底處的重力來收集，且因為其允許 較簡單地安裝在本發明中使用以經由活塞排出氣體的止回閥。根據包含可控矽整流器的HVDC變電站的特徵，排出閥在可控矽整流器中的切換 故障的情況下完全打開，以便避免接觸件的預料外的重新閉合。


從以實例的方式給出的且絕不具有限定性的並參考附圖進行的詳細描述中更清 楚地呈現本發明的其它優點和特徵，附圖中圖1示出了一旦已發生切換(接觸件的斷開)，本發明的HVDC旁路中斷器中可存 在的DC電壓波動的作為時間的函數的一種可能模式；圖2A到2C示出了本發明的中斷室構件所採取的各種位置，S卩，分別是接觸件3、30 的閉合位置F、在吹風噴嘴5處於制約位置CO中的情況下接觸件3、30的斷開位置0，以及 最後在吹風噴嘴5處於縮回位置R中的情況下接觸件3、30的斷開位置0 ；以及圖3示出了在圖2A到2C的中斷室中移動接觸件和吹風噴嘴的相應線性運動作為 時間的函數的曲線。
具體實施例方式此處可重複指出，術語「上遊」和「下遊」應理解為相對於用以截斷電弧的吹出氣 體的流方向。因此，在斷開具有本發明範圍內的中斷室的中斷器的任何操作期間，圖2A到2(中 的吹出射流的上遊端出現在體積V3中，且朝下遊側(也就是說，從右向左)發生吹出。參看起弧接觸件3，中空管30在氣體流通橫截面的縮窄部304上遊，所述縮窄部 304本身在處於緊接在真正的接觸部分311(contactportion proper)上遊的較寬部分305 的上遊。真正的接觸部分31、縮窄部304和較寬部分305相應的氣體流通橫截面S1、S2和 S3是吹出氣體流動所穿過的橫截面。圖2B和2C中展示根據本發明的HVDC旁路中斷器的單一中斷室中的中斷位置。平 均來看，對於電壓可在直流電(DC)中達到至少400kV的HVDC旁路中斷器，待截斷的電流相 對較弱，因為其可能達到幾百安培或甚至1000A。圖1展示表示一旦電流已被中斷，根據本發明製造的HVDC旁路中斷器的端子上可 存在的HVDC系統中的電壓的曲線。在中斷器中流動的電流具有類似周期性。應觀察到，在包含HVDC旁路中斷器的HVDC換流變電站與其連接的交流電力系統的頻率的約十二倍的高 頻率下存在振蕩。因此，與有可能自然地在零電流處截斷的交流電相比，截斷直流電的困難來自以 下事實零電流在一個切換操作期間(且通常每隔0.8ms)出現若干次。接著，在一個切換 操作期間，有可能電弧將重複再觸發。對於處於約1000A以下的電流的不穩定電弧，且更常見地，在電感性電流的截斷 期間可出現的重複再觸發期間，有可能電弧根部變得與滅弧觸點(arcing contact)脫離且 將其自身附接到充電屏蔽。這是為什麼發明者正提議一種用於中斷室的新的動態布置，其僅在所有起弧已 中斷時才準許吹風噴嘴從充電屏蔽之間的絕緣空間縮回並進入無介電應力的區中。換句 話說，吹風噴嘴必須在斷開操作的整個持續時間期間保持大體上處於制約位置中的適當位 置，這使得有可能確保所有起弧真正已被截斷。圖2A到2C所示的本發明的中斷室1在縱軸XX'上延伸且被填充有例如SF6、氮 氣、CF4或C02，或SF6與氮氣的混合物等絕緣氣體。最重要的是，室1具有單一對接觸件2 和3。接觸件2為靜止的且呈實心杆的形式。另一接觸件3可在軸XX'上移動，且呈鬱金香的形式。更確切地說，移動接觸件3 由具有中空內部的管30組成，所述管30在附接點300處直接耦合到操作杆，以便通過杆以 直線運動驅動。在其自由端處，管30耦合到真正的接觸部分31 (contact portion proper), 其是具有鬱金香形式的元件，其內部型面與靜止的起弧接觸件2的外部型面互補。中空管 30還形成有界定肩部301的外部半槽(rebate)。在較寬部分上，緊固著滑動環，其構成環 形活塞302 (如下文所闡釋)，以便相對於軸XX'徑向延伸。中空管形成有處於滑動環302 後方的一個或一個以上通孔303 (也就是說，在最接近到操作杆的附接點300的一側上)。最後，中空管30具有在其內徑上的縮窄部304，或換句話說，氣體流通橫截面的縮 窄部，如下文詳細闡釋。此中斷室1進一步包含一對充電屏蔽40和41，其主要功能是消除或至少減小接觸 件的區中(或接觸件的尖端的區中)的尖端效應(pointeffect)在此區中，電場趨向於無 窮大，其可引起氣體的離子化且因此引起電弧的觸發。每一充電屏蔽的相應屏蔽壁400和 410界定圓形開口，且其間隔開固定距離e。靜止起弧接觸件2布置在屏蔽壁400的圓形開口中，而呈鬱金香形式的移動接觸 件3、30和31布置在另一屏蔽壁410的圓形開口中，不管其位置如何(見圖2A到2C)。中斷室還包含吹弧噴嘴5，其由絕緣材料製成且具有大體上管狀形狀，其可沿著縱 軸XX'以直線運動移動。噴嘴5的內徑0優選與移動接觸件3的中空管30的外徑匹配。 有利的是，徑向高度，即管狀噴嘴5的外徑被選擇為最小，以便提供有效的介電制約並確保 充電屏蔽40和41與接觸件2和3之間的最佳介電協調。噴嘴5緊固到構成活塞6的部件，活塞6設置為環繞移動接觸件3、30滑動移動， 但與其還有一段距離，所述滑動移動也在構成接觸件載體的靜止部件7中。更確切地說，活塞6包括具有擁有若干不同直徑的中空內部的管部分60，所述不 同直徑彼此連續。活塞的管部分60的一個末端部分600具有準許噴嘴5的內部緊固以及當在內部中滑動時導引移動接觸件3的中空管30的內徑。活塞6的管部分60的另一末端 部分601具有比移動接觸件的中空管30的直徑大的直徑，以便界定用於執行下文描述的功 能的空間。此末端部分601緊固到活塞6的頭部61且具有至少一個通孔6010。活塞6的頭部61具有適於導引移動接觸件3的中空管30的內徑，且具有另一通 孔6100。因此，兩個通孔6010和6100能夠通過由與管部分60的末端部分601間隔開的中 空管30界定的徑向空間而彼此連通，所述末端部分601的內徑大於支撐管狀噴嘴5的末端 部分600的內徑。活塞6的頭部61也以在管3的肩部301上形成機械對接方式予以配置。接觸件載體7具有與活塞6的外部型面匹配的內部型面，以便使得能夠以相配的 嚙合發生相對滑動運動。密封件67布置在活塞6與接觸件載體7之間。活塞6與接觸件 載體7之間界定絕緣氣體的可變體積VI，且安裝在此可變體積中的壓縮彈簧8由具有圍繞 管部分60、600、601的數匝螺旋彈簧組成，如下文所闡釋。此壓縮彈簧8的功能是當不被施 加於所述活塞6與中空管30的肩部301之間的機械對接力或室中主導(prevailing)的絕 緣氣體壓力的氣動力抵擋時，使活塞6返回，且因此緊固到活塞的噴嘴5從其制約位置(圖 2A和2B中所示)朝其縮回位置(圖2C中所示)返回。在所展示的實施例中，有利的是，螺 旋彈簧8的一端抵靠著接觸件載體7的基底70永久嚙合，且彈簧的另一端也抵靠著活塞6 的頭部61永久嚙合，而不管活塞在接觸件載體中的相對位置如何(圖2A到2C)。移動接觸件3的中空管30以一方式安裝在接觸件載體7中，使得以接觸件載體7 中的最佳可能的密封導引環形活塞302。儘管未圖示，但環形活塞302在此周邊處具有電接 觸件，其呈金屬編織物或滑動型的形式。此接觸件確保電流從中斷器連接到的端子流動穿 過接觸件載體7且到達可移動鬱金香接觸件3。有利地選擇柔性接觸件，因為其不需要為管 30執行任何導引功能。因此，在活塞6的頭部61後方，也就是說在活塞頭部61與環形活塞302之間，界 定絕緣氣體的可變體積V2。在中空管30的環形活塞302後方，以及在接觸件載體7內部，緊固有導引環9，其 也以最佳可能的密封導引中空管30。因此，在中空管30的環形活塞302、緊固在接觸件載 體7中的導引環9與流動穿過中空管30的內部的氣體的流通橫截面中的縮窄部304之間， 界定有絕緣氣體的可變體積V3。在圖2A到2C所示的實施例中，接觸管30的機械導引點由導引環9和活塞頭部61 的內徑界定。活塞管部分60由也充當密封件的區段67機械導引。兩個瓣閥91和92安裝在導引環9上。每一瓣閥由在通道的水平面處抵靠著導引 環9而嚙合的閥瓣組成。瓣閥中的一者91的功能是當其打開時，使體積V3能夠被來自導 引環9後方(也就是說，來自與附接點300相同側)的絕緣氣體填充。相比之下，另一瓣閥 92的功能是當其打開時，使存在於體積V3中的一些氣體能夠滲出，如下文所闡釋。抵靠著 導引環9固持閥91和92的瓣的偏置彈簧未在圖2A、2B和2C中展示。圖2A到2C中僅示 出了插入到閥91的致動銷或栓910。設置在移動接觸件3周圍(不論其位置如何)的充電屏蔽41緊固到接觸件載體 7,從而界定大體上恆定的絕緣氣體的體積V4，忽略活塞6或管狀噴嘴5與屏蔽壁410之間 的絕緣氣體的氣體洩漏。
接觸件載體7具有通道71，其首先向含有活塞6的可變體積Vl中打開，且其次向 由充電屏蔽41和其緊固到的接觸件載體7界定的體積V4中打開。止回閥10以一方式安 裝在通道71上，使得能夠將體積Vl中存在的絕緣氣體排出到體積V4中，如下文所闡釋。在 所展示的實施例中，止回閥10由閥瓣組成，當沒有來自體積Vl的氣體通過彼此相對布置成 120°的一組三個相同操作杆11施加任何壓力時，所述閥瓣固持為在通道71的水平面處抵 靠著接觸件載體7而嚙合。藉助個別地安裝在每一操作杆周圍的低載荷彈簧而獲得瓣閥10 抵靠著接觸件載體7的嚙合。下文參看圖2A到2C針對斷開操作以及針對閉合操作描述本發明的中斷室1的操作。在接觸件2和3的閉合位置F中(圖2A)，肩部301將活塞6維持在適當位置且因 此將彈簧8固持在其壓縮狀態中，因此其壓力得到補償。在此閉合位置中，止回閥10關閉 且孔6010不向體積Vl中打開。如圖2A所示，孔6010面朝接觸件載體7而定位其可剛好 超過接觸件載體7且向恆定體積V4中打開。當開始打開包含本發明的中斷室1的HVDC旁路中斷器的操作時，在圖中，移動接 觸件3的中空管30通過操作杆拉動附接點300而被拉到右側。環形活塞302接著減小體積V3，且從導引環9延伸到移動接觸件3的中空管30的 內部縮窄部304的氣體的體積的壓力因此增加，即，大體上對應於初始體積V3的氣體中的 壓力(從環形活塞302與緊固在接觸件載體7中的導引環9之間的空間到中空管30的內 部體積，S卩，穿過管30的內部的氣體的流通橫截面的縮窄部304)。圖2B中GI所示的箭頭 指示絕緣氣體的通道，該絕緣氣體在體積V3 (隨著此體積減少)的壓力下上升到中空管30 中的流通橫截面的縮窄部304。氣體流通橫截面的縮窄部304的位置和體積V3中的壓力是謹慎選擇。在此方面， 發明者放棄以下想法由於介電強度隨氣體密度減小，所以絕緣氣體的密度減小是不利的。 現在，在斷開操作期間，吹出的氣體的主體的壓力上升，直到最小氣體流通橫截面。在氣體 的此主體的出口端處，如果壓力的上升超過臨界值，那麼其可導致氣體密度減小，也就是說 從最小氣體流通橫截面減小。如果此減小太大且如果其發生在真正的接觸部分31的區(鬱 金香)中，那麼可能不能在電流中斷之後立即確保所述鬱金香在瞬態恢復電壓(TRV)下的 介電強度。在電流截斷之後，鬱金香部分31中發生的電梯度尤其陡。因此，發明者已謹慎地界定鬱金香部分31上遊的橫截面縮窄部304。此縮窄部304 具有小於鬱金香的流通橫截面的流通橫截面S2，且可以是中空管30的組成部分，或者其可 形成在例如通過螺釘緊固附接到中空管的末端的組件中。還已設計在縮窄部304下遊且在 鬱金香31上遊的吹出橫截面S3的較寬部分305，所述吹出橫截面S3大於鬱金香31的吹出 橫截面Si。另外，本發明中不能超過的臨界壓力是低氣體密度區將延伸超過較寬流通橫截面 S3 (換句話說，較寬部分305)時所處的壓力，所述較寬部分305緊接在縮窄部304下遊，且 因此在鬱金香31外側並緊密接近鬱金香31。在本發明的應用中，較寬橫截面S3經設計尺 寸以使得在任何正常斷開操作期間，壓力不達到臨界壓力，且排出閥92經調節以使得其在 臨界壓力以上打開。在這些條件下，不在鬱金香31下遊建立低密度區。排出閥92在本發明所涉及的應用(即，HVDC旁路中斷)中具有額外功能。在此方面，在打開具有本發明的中斷室的HVDC旁路中斷器的操作期間，以及在HVDC電流換流變 電站所裝備的功率可控矽整流器中的切換故障的情況下，約幾十kA的電流電弧可出現在 起弧接觸件2與3之間。壓力的增加可接著在空間e中且因此還在體積V3中在與吹出的 方向相反的方向上(也就是說，圖2A到2C中從左向右)發生。此壓力上升的極大風險相 應地是接觸件2和3的非想要的重新閉合。為了避免此重新閉合，排出閥92接著必須以一 方式加載，使得其能夠在斷開操作中相當早地打開，以使得其在相對低的壓力下打開。發明者事實上已選擇以一方式加載排出閥92，使得·在斷開操作期間，在包含中斷室的中斷器的正常條件下，其不打開；·在低密度區可延伸超過具有處於縮窄部304下遊的流通橫截面S3的較寬部分 305時所處的臨界壓力下，其開始打開；以及·在試圖截斷電流的異常條件下的斷開操作期間，但在存在可控矽整流器中的切 換故障的情況下，其完全打開。在斷開操作中(圖2A到2C)，肩部301不再機械補償壓縮彈簧8所施加的推力。氣體洩漏存在於活塞6與接觸件載體7之間以及止回閥10與接觸件載體7之間， 且因此能夠起作用以便促使縮回到相對於圖2A的初始位置略微偏移的位置中。體積V2上 主導的壓力補償超過其到達接觸件2和3的斷開位置所花費的時間周期T 1的所確定的一 段時間ΔΤ期間壓縮彈簧8抵靠著活塞6、61的推力。換句話說，在總時間周期ΔΤ+Τ1期 間，儘管移動接觸件3、30執行線性運動，其中其從其閉合位置F(圖2A)行進到其斷開位置 0(圖2B)，但管狀吹風噴嘴5大體上保持在其制約位置(圖2A中的位置C，以及圖2B中的 位置CO)中。事實上，當體積V2與體積Vl之間的壓力差補償彈簧8所施加的推力時，噴嘴 的縮回最初停止。換句話說，不管正實行哪一操作(斷開還是閉合)，體積V2中主導的壓力都保持 不變且大體上等於包含中斷室的整個中斷器的絕緣氣體的注入壓力。在此方面，一個或一 個以上通孔(未圖示)形成在接觸件載體7中，其使體積V2與包含中斷室的高電壓設備的 注入空間的其餘部分之間的壓力能夠平衡。另外，在閉合操作期間，在操作杆所施加的推力 下，肩部301抵靠著活塞頭部61形成嚙合且彈簧8被壓縮存在於體積Vl中的氣體穿過通 道71和止回閥10排出。在斷開操作中，操作杆施加拉力，由於所述拉力，肩部301不再齧 合於活塞頭部61上，且彈簧8伸展並在活塞6上施加推力接著在體積V2與Vl之間出現 壓力差(即，p2-pl > 0)。這些壓力隨著活塞在彈簧推力的方向上的移動而增加，且整體達 到平衡接著通常在移動幾毫米之後到達制約位置CO。所存在的氣體洩漏導致以下事實 體積Vl中主導的壓力pi接著具有趨向於等於體積V2中主導的壓力p2，但伸展的彈簧8維 持正差p2-pl。活塞6接著移動一點直到孔6010已通過安裝密封件67的地方為止。壓力 Pl接著變得等於壓力P2，且不再存在任何壓力來抵抗伸展彈簧8的力活塞6快速加速且 移動到其抵靠著肩部301嚙合為止。圖3展示對於如圖2A到2C所示的中斷室1，移動接觸件3和吹風噴嘴5的相應 線性運動。從圖3可見，當移動接觸件3正在約IOOms的時間Tl內從F移動到0時，一旦 接觸件3的移動已開始，噴嘴5就略微縮回(也就是說，噴嘴從制約位置C移動到制約位置 CO)，直到由於活塞6的頭部61的任一側上的壓力(是彈簧8施加的壓力以及分別在體積 Vl和V2中主導的壓力pi和p2)而產生的力已達到平衡為止。
接著，在額外的一段時間Δ T期間，噴嘴5在緩慢速度下(約lcm/s)僅通過氣體 洩漏縮回噴嘴5接著定位成相當靠近其制約位置C、C0，其中其使已被一個或一個以上電 弧的熄滅汙染的氣體能夠受到制約且接著從其中設置有接觸件的區排出。接著，在通常約150ms的時間周期期間，到達斷開位置0，且噴嘴5保持在充電屏蔽 之間的絕緣空間e中，藉此使得能夠發生以下情況·裝備有具有中斷室的旁路中斷器的HVDC變電站的換流變壓器中的電流的切換；·在所述確定的一段時間ΔΤ期間，檢驗所有電流已被完全截斷；以及·閉合接觸件，同時噴嘴5仍大體上保持在其制約位置C、C0中(此操作在圖3中 以虛線指示)。如果所有電流已被本發明的中斷室適當地中斷，那麼一旦此時間ΔΤ+Τ1已逝去 (圖2中約為150ms)且由於存在的氣體洩漏的緣故，管部分60中的孔6010在插入於活塞 6的管部分60與接觸件載體7之間的密封件67中的一者下方通過，以到達對應於在圖2B 所示的位置右側很小距離處的位置的位置。孔6010在其下方通過的密封件67是在圖2A、 2B和2C中左側最遠處的密封件；其也是具有比這些圖中其右側的密封件的直徑小的直徑 的密封件。此右手邊密封件67是提供活塞頭部61的密封的密封件。接著能夠發生絕緣氣 體通過壓力減小從體積V2到體積Vl的排出，因為絕緣氣體接著遵循以下路線體積V2-孔 6010-中空管30與管部分60之間的空間-孔6010-體積VI。這接著使絕緣氣體能夠在增 強的流動速率下行進到體積Vl中，且這導致噴嘴5朝圖2C所示的其縮回位置R的移動，因 為其在彈簧8的伸展與氣體從體積V2的快速引入的組合作用下發生。換句話說，活塞頭部 61上的推力增加。以此方式，可在約850ms的時間T2內且在約lm/s的速度下獲得快速縮 回。因此，彈簧8的此機械推力使得能夠非常快地到達管狀噴嘴5的縮回位置R。其還 使HVDC控制系統能夠更快地恢復全電壓，對於本發明的室，此電壓通常為至少400kV DC。活塞6呈直線運動的移動由於頭部61在中空管30的肩部301上形成機械嚙合而 停止(見圖2C)。閉合操作嚴格來說是斷開操作的逆操作(使得其從圖2C行進到圖2A)。操作杆操 作以同步地在移動接觸件的中空管30上施加推力以及施加由於支撐吹風噴嘴5的活塞6 的頭部61與肩部301的機械嚙合而產生的推力。此操作壓縮體積Vl中存在的氣體，所述 氣體穿過止回閥10逃逸到體積V4中。在接觸件2和3的閉合位置中(見圖2A)，體積Vl 減小到含有使活塞6和其支撐的噴嘴5偏置的彈簧8剛好所必需的大小。如上所述的本發明具有許多優點，如下具有長度e的空間或間隙中不存在固體絕緣；可以串聯連接的最少數目的中斷室或甚至僅一個中斷室獲得HVDC旁路中斷器；以單一中斷室，可截斷約幾百安培或甚至1000A的電流，同時可承受幾百千伏DC 的電壓；以及有可能為噴嘴利用例如PTFE等常規絕緣材料。可在不因此脫離本發明的範圍的情況下應用許多修改和改進。通過構造，為了提供支撐噴嘴的活塞的氣動延遲(也就是說，將噴嘴大體上保持 在其制約位置C中)，上文描述的實施例中的中斷室使得能夠獲得約50ms的一段時間Δ Τ。此技術領域的技術人員將容易能夠在一旦已到達斷開位置時視需要且明確地說依據用於 檢驗電流已完全且最終截斷的技術手段而使此停延時間適應於噴嘴5的移動中。換句話 說，應以一方式確定該一段時間，使得有可能通過適宜的手段確定電流可能未被截斷，且重 新閉合包含本發明的中斷室的HVDC旁路中斷器。因此，在上文描述的實施例中，準許穿過中空管30的內部的絕緣氣體的壓力在斷 開操作期間增加的絕緣氣體的流通橫截面的縮窄部304定位成非常接近中空管30與真正 的鬱金香接觸部分3 (也就是說，具有用於與靜止起弧接觸杆2的互補型面相配的型面的部 分)之間的接合部。或者，可有利地將縮窄部定位在更上遊處，也就是說更接近操作杆耦合 到的附接點300，且明確地說在絕緣氣體可從壓縮體積V3朝管30的內部流動所穿過的孔 303的水平面處。將縮窄部304定位成非常接近管30與真正的鬱金香接觸部分31的接合 部的優點在於，體積V3可最大化因此，如果縮窄部304定位在孔303的水平面處，那麼體 積V3將減小。類似地，所展示的充電屏蔽大體上呈圓柱形的形式，其屏蔽壁在其自身上向後彎 曲以界定本發明的管狀噴嘴經安裝以滑動移動進入的圓形開口，管狀噴嘴具有與此開口近 似相同的直徑。然而，同樣可設想充電屏蔽的其它幾何形狀此類不同形狀的屏蔽之間界定 的具有長度e的絕緣空間必須足夠大，且吹風噴嘴必須能夠從制約位置(其中其將氣體制 約在受介電約束的區中)移動到其縮回位置(其中其從所述空間收回)。同樣類似地，儘管所展示的實施例表示具有單一移動接觸件(即，鬱金香接觸件 3)的中斷室，但同樣有可能設想具有雙重作用接觸件的本發明的實施例，也就是說，其經布 置以在中斷室中彼此相背地移動。儘管在圖中所示的實施例中止回閥10具有包括具有彈簧的操作杆(用於使環與 接觸件載體嚙合)的系統的構造，但同樣可設想，為了簡化布置，當本發明的中斷室必須垂 直安裝時，僅一個環定位在通道71上，所述環由於重力而從閥的打開位置返回到其抵靠著 接觸件載體嚙合的位置。
權利要求
一種具有縱軸(XX′)且包含吹弧噴嘴(5)和一對接觸件(2、3)的中斷室(1)，所述接觸件中的至少其中之一(3)是可移動的，所述接觸件中的其中之一(3)包括具有內部中空的管(30)，所述管(30)的一端耦合到具有流通橫截面S1的真正的接觸部分(31)，其中，在所述室中沿著所述室的所述縱軸完全穿過所述中空管(3)的所述內部執行電弧吹出；氣體的流通路徑中的具有流通橫截面S2的縮窄部(304)設置在所述真正的接觸部分(31)的上遊；以及所述氣體的所述流通路徑的具有流通橫截面S3的較寬部分(305)設置在所述縮窄部(304)與所述真正的接觸部分(31)之間，所述流通橫截面使得S2＜S1＜S3。
2.根據權利要求1所述的中斷室，其中具有所述流通橫截面S2和S3的所述吹出氣體 的所述流通路徑的所述較寬部分(305)經設計尺寸以使得在包含電流吹出室的所述中斷 器的正常操作條件下的任何斷開操作期間，所述吹出氣體的壓力不達到臨界壓力，所述臨 界壓力是所述較寬部分(305)的下遊的低氣體密度區在所述真正的接觸部分(31)的所述 流通橫截面Sl的下遊保持受限的壓力。
3.根據權利要求1或2所述的中斷室(1)，其中所述縮窄部(304)位於具有所述中空 內部的所述管(30)與所述真正的接觸部分(31)之間的接合部處。
4.根據任一前述權利要求所述的中斷室(1)，其中所述縮窄部(304)位於用於將氣體 帶入所述中空管(30)中的至少一個通孔(303)處。
5.根據任一前述權利要求所述的中斷室(1)，其中直到所述縮窄部為止的吹出體積由 稱為排出閥(92)的瓣閥封閉，所述瓣閥以一方式預加載以使得其在包含所述中斷室的所述中斷器的正常操作條件下的任何正常斷開操作中不打開；其在所述臨界壓力下開始打開，所述臨界壓力是所述低氣體密度區存在於所述真正的 接觸部分(31)的所述流通橫截面Sl的下遊所限於的壓力；以及其在包含所述中斷室的所述中斷器上的異常操作條件下的斷開操作期間打開到其最 大量，所述異常條件被界定為當存在與所述接觸件(2、3)的斷開同時的額外電氣故障時出 現的條件，此額外電氣故障發生在包含所述中斷室(1)的所述中斷器的不同電氣組件上或 不同電氣裝置上。
6.一種包含根據任一前述權利要求所述的中斷室的高電壓中斷器。
7.根據權利要求6所述的中斷器，其構成斷路器或母線隔斷器或接地隔斷器。
8.一種具有根據權利要求5所述的中斷室(1)且構成HVDC旁路中斷器的中斷器。
9.根據權利要求8所述的HVDC中斷器，其具有單一中斷室(1)。
10.根據權利要求9所述的HVDC中斷器，其中待由所述室截斷的電流能夠達到幾百A 或甚至1000A，且所述室承受的電壓能夠在直流電中達到至少400kV。
11.一種包含至少一個根據權利要求8到10中任一權利要求所述的HVDC旁路中斷器 的HVDC換流變電站。
12.根據權利要求11所述的HVDC換流變電站，其中所述中斷器的斷流器室的軸是大體 上垂直的。
13.根據權利要求11或12所述的HVDC換流變電站，其包含可控矽整流器，其中所述排出閥(92)在所述可控矽整流器中的切換故障的情況下完全打開，以便避免所述接觸件(2、 3)的預料外的重新閉合。
全文摘要
本發明涉及一種中斷室、HVDC旁路中斷器，和包含此室的HVDC換流變電站，其中完全穿過承載接觸件(3)中的其中之一的中空管(30)的內部實行吹出。根據本發明，具有橫截面S2的縮窄部(304)形成在具有橫截面S1的所述中空管(30)耦合到的真正的接觸部分(31)的上遊的吹出氣體流通路徑中。且較寬流通橫截面S3(305)形成在所述兩者(304、31)之間，也就是說，S2＜S1＜S3。以此方式，避免在所述真正的接觸區(31)附近形成低氣體密度區，其是在電流截斷操作之後最多地暴露於電場的區。如此設計的所述中斷室在瞬態恢復電壓(TRV)下具有良好的介電強度。
文檔編號H01H33/91GK101901722SQ20101015656
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月2日 優先權日2009年4月3日
發明者斯哈伯沃夫岡 申請人:法國阿海琺集團輸配電自動中心