专利名称：使输电线路或配电线路的电流断路的装置和方法以及限流布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使流经输电线路或配电线路的电流断路的装置，其中包括主断路器和非线性电阻器的并联连接，主断路器包括第一电流方向的至少一个功率半导体开关。此外，本发明涉及一种使用该装置的方法，其中该装置与输电线路或配电线路串联连接。本发明更进一步涉及一种限流布置，其中包括至少两个上述装置。
背景技术：
最初，相关于能够使流经输电线路的电流断路的高压DC断路器、即开关装置的领域来进行本发明，其中线路处于高于50kV的电压电平。但是，本发明也可应用到用于中压DC配电、即用于大约IkV与50kV之间的DC电压范围的断路器，以及本发明的一些实施例甚至可应用到用于任何电压电平的AC输电和配电的断路器，下面进行描述。在EP 0867998 BI中，提出使用至少一个功率半导体开关和浪涌分流器的并联连接来中断通过高压直流(HVDC)网络的电流。其基于的思路是提供固态DC断路器，固态DC断路器远比通常已知的机械DC断路器更快地对跳闸信号作出反应，并且由此降低故障情况下在HVDC网络中形成破坏性高电流的风险。实际上，然而固态DC断路器、即能够使DC电流断路并且包括至少一个功率半导体开关的断路器由于这类断路器的高电流损耗而没有用于HVDC输电系统。这是由于如下事实一方面的高工作电压以及另一方面的目前市场销售的单功率半导体开关的较低额定电压使得需要固态DC断路器由相当大数量的串联连接的功率半导体开关来构建。这个数量在数百kV的HVDC电压电平的情况下能够易于达到数百。在HVDC输电系统的正常操作期间，DC断路器以及由此其全部功率半导体开关将接通，从而使功率半导体开关受到连续电流应力。所产生的稳态损耗达到通过DC断路器所传递的能量的O. 2与O. 3%之间。在适合于640kV的线电压和2kA的标准额定电流的固态DC断路器的情况下，这些稳态损耗等于3MW，这多达640kV的已知HVDC功率转换器的损耗的大约一半。这些损耗在固态断路器的使用寿命期间引起显著成本，特别是在例如具有若干DC开关场的将来DC电网应用中使用许多固态断路器的情况下。在EP 1377995 BI中，提供一种机械开关，该机械开关尤其适合与固态断路器并联使用，以便降低断路器的稳态损耗。机械开关具有相互串联设置的多个断路点，这些断路点同时地并且与其它机械开关相比以高速度、即在大约Ims的时间范围之内来操作。当固态断路器处于闭合状态时，机械开关也闭合并且传导电流，而断路器的功率半导体元件是无电流的并且由此是无损耗的。如果将要执行断路操作，则首先断开机械开关，使得电流换向到断路器，并且此后断开断路器。这种布置具有两个主要缺点。一方面，机械开关主动使电流断路，以便将其变换到固态断路器。这引起电弧，电弧在开关的断路点处发生并且导致对应触点的过早磨损，由此仅在几次开关操作之后便要求维护开关。另一方面，要注意，机械开关预计用于12-36kV的电压范围。相应地，对于数百kV的高压应用，多个机械开关的串联连接将是必要的。为了确保电压均匀地分布于串联连接的开关，特别是对于操作速度在开关之间略有不同的情况,要求并联连接的电容器。这相当大地增加设备成本。本发明的一个目的是发现一种用于HVDC断路器的备选解决方案，用以降低功率半导体开关的稳态损耗，同时避免以上结合EP 1377995 BI所述的缺点。这个目的通过如独立权利要求所述的装置和方法来实现。按照本发明，除了主断路器和非线性电阻器的已知并联连接之外，其中主断路器包括第一电流方向的至少一个功率半导体开关_(又称作断路装置的)要使流经输电线路或配电线路的电流断路的装置还包括其中包含至少一个机械开关的高速开关和辅助断路器的串联连接，其中串联连接与并联连接进行并 联连接。辅助断路器相比主断路器具有更小的导通电阻，并且包括第一电流方向的至少一个功率半导体开关。术语“导通电阻”指的是流经被接通的功率半导体开关的电流的电阻。换言之，辅助断路器相比主断路器具有更低的导通电压降。建议按照如下方式来使用按照本发明的装置该装置要与经过输电线路或配电线路、优选地为HVDC输电线路的电流通路串联连接，并且在正常操作下，装置的辅助断路器和高速开关要闭合，这对于辅助断路器意味着相应功率半导体开关要接通。在再次断开辅助断路器之前的适当时间点，闭合主断路器，即，其半导体开关接通。如果此后接收到辅助断路器断开信号，则断开辅助断路器，由此将电流变换到主断路器，然后，断开高速开关，以及如果接收到主断路器断开信号，则最后断开主断路器。因此，电流从主断路器换向(commutate over)到非线性电阻器，其中降低了电流电平并且限制了电压。从这种方法变得显而易见，需要高速开关来将辅助断路器与线路分离，以便防止将全电压施加到辅助断路器。特别是对于高电压DC应用，按照本发明的装置以及所提出的装置使用方法尤其具有下列优点-稳态损耗降低，因为在正常操作期间，电流不再流经主断路器，而是流经作为几乎完全没有损耗的机械开关的高速开关，以及流经相比主断路器具有更低的导通电阻并且由此具有更低的导通电压降的辅助断路器。由于主断路器的稳态损耗消失，所以主断路器不再有热过载的倾向，使得不再要求主断路器的主动冷却。对于辅助断路器，优选的是，与主断路器相比，导通电压降小得多，由此损耗小得多，使得在此任一处都不要求主动冷却。-为了将电流换向到主断路器，不再是机械开关必须首先中断电流，而是改为固态辅助断路器。相应地，因电弧引起的机械触点的磨损的问题不再存在，这降低维护工作量，并且增加整体断路装置的可靠性和使用寿命。相应地，高速开关只是快速操作隔离开关就已足够。-由于主断路器仅在到非线性电阻器的变换之后的有限时间段期间才经受全电压，所以变得有可能在主断路器的串联连接中添加另外的功率半导体开关，以便确保可靠电压分布，而无需增加总损耗。-相关于对其功率半导体开关之一中故障的响应，进一步简化主断路器的设计。在一些已知功率半导体开关中，规定不可操作开关自动短路，以便允许另一个冗余功率半导体开关接管操作。但是，这种短路故障模式实际上能够是不稳定模式，其稳定性仅能够确保有限时间段。通过所提出的装置，在主和/或辅助断路器均可包括冗余功率半导体开关的情况下，这对于主断路器不再带来问题，因为主断路器仅在极短时间段才处于全操作，使得不要求最佳短路故障模式。-主断路器上以及由此其功率半导体开关上的电压和电流应力得到大大降低，由此降低功率半导体开关的故障率并且增加主断路器的可靠性。-在较高电压的情况下，在高速开关不仅包括一个机械开关而且包括串联连接的数个机械开关的情况下，跨串联连接开关的均匀电压分布的问题不再成为难题，因为在无电流和无电压状况下断开高速开关。因此，将不需要并联连接的电容器，这大大降低了成本。在装置的一个优选实施例中，主断路器相比辅助断路器具有更高的额定电压阻塞能力。这例如可通过提供作为主断路器的至少一个功率半导体开关的开关来实现，该开关具有数百kV的电压阻塞能力，同时辅助断路器的至少一个半导体开关的电压阻塞能力处 于仅几kV。实现这个方面的另一种可能性是将不同类型的功率半导体开关，例如至少一个IGBT (绝缘栅双极晶体管)用于主断路器，而将至少一个MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)用于辅助断路器，因为具有比IGBT更小的电压断路能力是MOSFET的固有特性。可使用的其它类型的功率半导体开关是IGCT (集成门极换流晶闸管)或GT0(门极可关断晶闸管)。应当注意，所述的所有这些类型均属于具有接通和关断能力的功率半导体开关组。在这个实施例的一个特定发展中，主断路器包括第一电流方向的至少两个串联连接的功率半导体开关，辅助断路器包括第一电流方向的、具有与主断路器的功率半导体开关相同的电压阻塞能力的至少一个功率半导体开关，并且主断路器相比辅助断路器始终包括更大数量的功率半导体开关。这个实施例特别适合于其中电压电平要求主断路器由功率半导体开关的串联连接来构建的较高电压应用。对于辅助断路器，使用相同种类的功率半导体开关，但是由于辅助断路器无需耐受全电压，所以仅要求几个串联连接的功率半导体开关，大致在I个与最多10个之间。对于数百kV的高电压应用，在主断路器包括高达数百个功率半导体开关的串联连接的情况下，主断路器与辅助断路器之间的导通电阻的差变得相当大，因为对于辅助断路器，仍然仅需要一个或几个功率半导体开关。与主断路器的上述O. 2至O. 3%相t匕，辅助断路器的稳态损耗在这种情况下估计为达到少至小于通过装置所传递的能量的O. 002%。相关于冗余功率半导体开关以及对半导体开关之一中故障的响应的上述设计问题在按照本发明的装置中仅对于辅助断路器才是相关的，其中在正常操作条件下电流永久地流经辅助断路器。但是，由于对于辅助断路器仅需要几个功率半导体开关，所以例如通过将一个或两个冗余功率半导体开关与至少一个功率半导体开关串联连接的可靠冗余度解决方案的成本能够保持较低。在使用所述装置的方法的一个优选实施例中，在生成和发送主断路器断开信号之前生成和发送辅助断路器断开信号。辅助断路器断开信号和主断路器断开信号的生成和发送能够由一个或多个不同的感测和/或保护部件来执行，这些部件监测输电线路和/或诸如电力转换器、变压器、其它断路装置或者另外线路之类的其它电气装置的状态，并且在故障情况下接线地或无线地向装置发送断开信号。在该备选方案中，一个或两个断开信号能够在装置中内部生成，取决于从外部感测和/或保护部件所接收的感测结果和/或保护信号，这意味着，断开信号可以不一定在物理上经由装置内部的数据通信总线来发送和接收，而是也可在内部存储器中简单地表示为变量。在后一种情况下，从存储器中读取这些变量的任一个变量的过程将被理解为接收对应断开信号。在主断路器断开信号之前生成和发送辅助断路器断开信号的优点在于，这个功能可用于通过在最终进行断路判定之前断开辅助断路器来改进装置对实际断路判定的响应速度。实际上，在进行断路判定并且发送主断路器断开信号之前，必须处理来自不同来源的状态和感测信号以便判定是否实际发生要求使线路中的电流断路的故障的保护部件需要高达数毫秒。已知断路器在接收到这个主断路器断开信号时的时间点之后作出响应，即，有可能的是，辅助断路器断开信号也仅在断路判定被进行之后发送。通过按照这个实施例的方法，辅助断路器以及还有高速开关将优选地在断路判定被进行之前已经断开，使得对断路判定的响应时间刚好降低到仅几微秒的主断路器的极短断开时间，因为电流在先前已经变换到主断路器。相应地，能够执行仅花费几微秒的极快电流断路动作，而没有已知的基于固态断路器的解决方案的缺点。 例如，如同方法的实施例之一中那样，可紧接在输电线路或配电线路中超过第一电流极限之后断开辅助断路器。对于已知电流断路器，对应断开信号不是在超过电流极限之后立即生成，而是仅在测量的进一步处理和评估之后才生成。如上所述，这种进一步处理花费高达数毫秒。与此相反，在这个实施例中，紧接超过第一电流极限之后生成、发送和最终接收辅助断路器断开信号，并且因为能够在几微秒之内断开辅助断路器，所以电流在超过极限之后的数微秒已经变换到主断路器。因此，在能够实际断开主断路器之前的唯一时间限制因素是高速开关的断开时间，这对于目前可用开关大约为lms。但是，如上所述，由于主断路器断开信号的生成本身花费至少1ms，所以按照本发明的装置在与已知独立固态DC断路器大致相同的短时间段中对主断路器断开信号作出响应，同时避免其问题。第一电流极限例如能够定义为略高于输电线路或配电线路的额定热电流，或者略高于连接到线路的转换器站的额定热电流。在辅助断路器的断开以及将电流换向到主断路器期间，如果电流上升只是暂时的并且不是由故障所引起的，则因环境的条件的变化引起的电流电平的某种降低可发生。如果此后主断路器断开信号因先前临界外观状况(formerly critical looing situation)缓和而没有生成,则作为一个附加优点，这个实施例有助于保护输电线路或配电线路免受热应力。在方法的另一个实施例中，在自断开辅助断路器起经过了第一时间段时，断开高速开关。这个时间优选地选择成长到足以使辅助断路器有足够时间完全断开，但短到足以不浪费任何时间，即，如果辅助断路器已知为需要大约10微秒来断开，则第一时间段可选择为20微秒。在第一备选实施例中，当电流超过第二电流极限时，断开高速开关。第二电流极限有利地高于第一电流极限，因为在故障状况下，线路中的电流稳定上升，直到主断路器最终断开并且将线路与故障分离。在第二备选实施例中，当接收到指示电流成功地变换到主断路器的信号时，断开闻速开关。如前面所述，在一些情况下，即使辅助断路器和高速开关已经断开，主断路器断开信号可能没有被生成并且因而没有被接收。这例如能够归因于由短期干扰而引起但没有严重结果的瞬态电流增加。在这类情况下，在方法的一个实施例中提出，检查在自断开辅助断路器起的第二时间段之内是否没有接收到主断路器断开信号。在经过第二时间段之后，高速开关和辅助断路器再次闭合，使得能够继续进行正常操作。主断路器断开信号的没有接收也可归因于没有同样被立即识别到的缓慢形成故障。因此，在上述实施例的另一个发展中提出，在高速开关和辅助断路器的闭合之后仍然接收到或者再次接收到辅助断路器断开信号的情况下，辅助断路器首先再次断开，此后高速开关断开，以及此后，如果接收到主断路器断开信号，则断开主断路器。断开和闭合辅助断路器和高速开关的步骤能够重复执行，直到最终接收到主断路器断开信号，或者在备选方案中没有接收到另外的辅助断路器断开信号。按照一个特殊实施例，执行装置的所谓在线监控。在正常操作下，主断路器处于无电流状态，这使得有可能能够测试所存在的其至少一个功率半导体开关和任何另外的功率半导体元件、如续流二极管的可操作性。至少根据没有辅助断路器断开信号和主断路器断 开信号来识别正常操作条件存在的事实，但是当然另外的传感器信息可用于确定时间点是否适合于执行这种在线监控。在主断路器的测试成功之后，主断路器可在进一步处理之后立即或者稍后闭合。要点在于，主断路器最迟在辅助断路器将要断开之前闭合。除了主断路器的测试之外，还可在正常操作条件下使辅助断路器进入无电流状态，以便被测试。按照实施例的用于辅助断路器的在线监控的方法包括下列步骤-断开辅助断路器，由此将电流变换到主断路器，-此后断开高速开关，由此测试高速开关的可操作性，-此后测试辅助断路器的至少一个功率半导体开关的可操作性以及若存在辅助断路器的至少一个续流二极管的话还测试辅助断路器的至少一个续流二极管的可操作性，-在成功测试之后，再次闭合高速开关和辅助断路器。通过上述在线监控，能够测试断路装置的所有开关元件、即主断路器、辅助断路器和高速开关的可操作性，而没有干扰所连接输电线路的正常操作。这种在线监控对于常用断路器是不可能的，因为无法在没有中断电流的情况下使它们是无电流的。这还意味着，无法持续确保常用断路器的可操作性，因为离线监控由于实际原因而仅偶尔执行。因此，如果这种断路器的上一次维护在某个时间之前发生，则不确定断路器是否实际上能够如所预计进行工作，直到断路器实际上投入操作，以便在故障状况下使电流断路。这种不令人满意的状况通过这里所述的断路装置来极大地改进，因为它能够被连续测试，并且因为其可操作性由此能够以高可靠性来确保。这里所述的装置和方法能够有利地用于一种包括相同种类的至少一个另外的装置的布置、例如开关场中。如果该另外的装置连接到与输电线路或配电线路相同的电流通路，则另外的装置可用作所谓的备用断路器，即，用作在原始装置无法断开的情况下断开的断路装置。本发明提供如下优点在使原始装置进入操作时，但在检测到原始装置的故障之前，另外的装置可已经提前激活。在方法的一个特殊实施例中，在对于原始装置接收到辅助断路器断开信号之后执行下列附加步骤首先断开另外的装置中的辅助断路器，此后断开另外的装置中的高速开关，然后检查原始装置中的电流是否成功地变换到非线性电阻器，以及如果不是的话，则在另外的装置中断开主断路器。否则，如果在原始装置中，电流成功地变换到非线性电阻器，则另外的装置中的高速开关和辅助断路器再次闭合。预先激活备用断路装置的这种方式的优点在于，在原始断路装置出故障的情况下由开关场清除故障之前的时间段缩短到只是感测和/或保护部件生成主断路器断开信号所需的时间加上直到最终认识到原始断路装置无法断开的时间。然后，备用断路装置的主断路器仅需要其几微秒来使电流断路，即，与时间的其余部分相比是可忽略的时间段。由于更短的时间段，所以故障电流比对于常用断路装置更早地中断，即，最终达到的故障电流电平较小。因此，诸如电抗器和避雷器组(arrestor banks)之类的开关场的附加设备能够以较小规模来确定大小，从而引起成本降低。这里所述的装置和方法还能够有利地用于限流布置中，其中限流布置包括至少两个相互串联连接并且与通过输电线路或配电线路的电流通路串联连接的装置。在电流通路中的电流超过过电流极限的情况下，操作所述至少两个装置中的第一特定数量的装置，使得电流换向到相应非线性电阻器，由此降低电流。使用术语“操作”，以便表示上述方法、之一用于随后首先断开辅助断路器、然后断开高速开关以及最后断开对应主断路器。从EP0867998 BI已知这种限流布置的基本原理，但是其中的布置使用具有高损耗的问题的上述独立固态DC断路器。当使用按照本发明的装置时，克服了这个问题。限流布置的一个备选实施例包括-主断路器和非线性电阻器的至少两个并联连接，其中这些并联连接相互串联连接，以及其中这些主断路器各包括相同的一个或多个电流方向的至少一个功率半导体开关，以及-高速开关和辅助断路器的串联连接，其中高速开关包括至少一个机械开关，以及其中辅助断路器相比主断路器的任一个具有更小的导通电阻，并且包括与主断路器的至少一个功率半导体开关相同的一个或多个电流方向的至少一个功率半导体开关，-其中该串联连接与至少两个并联连接进行并联连接。相应地，与上述限流布置的唯一差别在于，高速开关和辅助断路器的串联连接在这里仅存在一次，而在上述布置中，它存在与主断路器和非线性电阻器同样多的次数。具有一个高速开关和辅助断路器的限流布置的功能与具有多个高速开关和辅助断路器的布置相同。相应地，该布置适合于首先断开一个辅助断路器，然后断开一个高速开关，并且此后断开第一特定数量的主断路器，使得通过高速开关和辅助断路器的电流首先换向到第一特定数量的主断路器，并且然后换向到相应非线性电阻器，其中在该布置与其串联连接的输电线路或配电线路的电流通路中的电流超过过电流极限的情况下执行这种变换。按照一个实施例，根据超过过电流极限的程度来确定第一特定数量，并且优选地，第一特定数量被确定用来降低该电流以使得它再次下降到低于过电流极限并且至少在某个时间段保持在预定义电流电平。在限流布置中分别使用至少两个上述断路装置或者主断路器和非线性电阻器的并联连接的优点如下。电流保持在预定义电平并且相应地没有进一步上升的时间段实际上是感测和/或保护部件的算法的增益。算法使这个附加时间段用于评估故障状况实际上是否存在。因此，能够为关于电流是否需要被中断的最终判定提供更高精度和可靠性，使得避免不必要的电流中断。另外，因为限制了电流电平，所以限流布置的主断路器以及因而其一个或多个功率半导体开关只需要额定为较小断路电流，这大大降低了成本。在中断电流通路的电流的判定最终由感测和/或保护部件的算法来进行的情况下，两个限流布置均用作断路装置本身。在那种情况下，操作其中相应主断路器仍然闭合的所有其余断路装置或并联连接，使得电流通路中的电流变换到限流布置的所有非线性电阻器，由此使电流通路中的电流断路。上述两个限流布置能够限制电流，只要其非线性电阻器中的热能没有变得过高。按照一个实施例，监测与已断开主断路器对应的非线性电阻器中的热能，并且在它超过预定义第一能量极限时，已断开主断路器再次闭合，以及操作其主断路器先前闭合的相同第一特定数量的至少两个装置或者至少两个并联连接并且由此断开其对应主断路器。这能够重复进行，直到限流布置的非线性电阻器的至少一个中的热能超过预定义 第二能量极限。如果那种情况发生，则完全中断电流通路中的电流的判定在任何情况下都必须进行，而与感测和/或保护部件的算法的中间结果无关。通过以交替方式来断开和闭合限流布置的主断路器的不同部分，对应非线性电阻器中的热能的增加以及由此其电流应力的增加在非线性电阻器之间更均匀地分布，使得每个单独非线性电阻器的电流应力在容许极限之内保持更长时间段。相应地，因超过第二能量极限而中断传输线路中的电流的必要性在稍后出现，由此进一步延长可用于感测和/或保护部件的算法的时间。在实施例的进一步发展中，确定限流布置的至少一个非线性电阻器一直到全部非线性电阻器的电流应力，并且例如采取流经非线性电阻器的电流电平与对应时间段相乘之积、对于对应主断路器的各断开操作进行求和的形式或者采取随时间的温度曲线的形式将电流应力存储在存储器装置中。根据电流应力，能够对相应非线性电阻器确定预计使用寿命，并且这个信息能够用于适配操作限流部件的主断路器的交替方式，以便增加至少一个非线性电阻器一直到全部非线性电阻器的预计使用寿命。除了第二能量极限之外，引起明确电流断路判定的另一个上限是尽管限流布置处于活动电流也增加并且达到将限流布置的主断路器定义成能够断路的最大电流电平时的情况。在一个特殊实施例中，在输电线路或配电线路首先处于断电状态或者首先预充电到与处于供电状态并且该线路将要耦合到至少一个其它线路的至少一个其它输电线路或配电线路不同的电压电平的情况下，限流布置用于将输电线路或配电线路中能够发生的浪涌电流限制到限流布置与其连接的电流通路。下面对于断电线路来说明该实施例，但是它同样可适用于预先充电到不同电压电平的线路。浪涌电流因经由先前断电线路所突然添加的附加电容而发生，并且它能够变得高到使得会再次导致先前断电线路的立即断开。在当今实践中，使用所谓的预先插入电阻器，该电阻器暂时与先前断电线路串联连接并且限制浪涌电流。按照这个特殊实施例，限流布置接管预先插入电阻器的功能，由此降低成本。在将输电线路或配电线路耦合到至少一个供电线路之前，限流布置处于断开状态。这里所述的断路装置或限流布置的术语“断开状态”意味着，那个装置或布置的所有辅助和主断路器以及所有高速开关均断开。在将断电线路耦合到至少一个供电线路期间，限流布置的主断路器的一部分闭合，而主断路器的另一部分以及一个或多个高速开关和一个或多个辅助断路器保持为断开。在成功耦合之后，主断路器的另一部分、一个或多个高速开关以及一个或多个辅助断路器闭合，由此将限流布置中的电流变换到一个或多个高速开关以及一个或多个辅助断路器。在成功变换之后，主断路器可再次断开，直到一个或多个辅助断路器下一次断开。主断路器中将要首先闭合的部分选择为充分地限制浪涌电流所需的同样多的数量，使得避免先前断电线路的断开。还提出装置本身的另外实施例。在装 置的一个实施例中，主断路器和/或辅助断路器包括与第一电流方向的至少一个功率半导体开关并联连接的至少一个功率半导体开关。这个实施例适合增加相应断路器的额定电流，其中，在这里，相关于断路电流电平来确定主断路器的大小，并且相关于连续电流传递的等级来确定辅助断路器的大小。这个实施例的一个优点在于，连续电流传递的增加仅以最小成本是可能的，因为辅助电流断路器只包含一个至几个功率半导体开关，其小数量必须被加倍。另外，必须调整高速开关的大小确定。在仅具有一个固态主断路器的断路装置的前一种独立解决方案中，连续电流传递的增加引起成本昂贵得多的断路器装置，因为必须并联地增加高达数百个功率半导体开关。另一个优点在于，与相关于电流共享的独立解决方案相比，能够简化主断路器的设计，因为电流仅在从辅助断路器的变换与主断路器的断开之间的极短的时间段流经主断路器，使得并联支路之间的可能不均匀电流分配仅短暂地发生。在装置的另一个实施例中，主断路器和辅助断路器均包括与第一电流方向的至少一个功率半导体开关并联连接并且具有第二电流方向的至少一个功率半导体开关。通过这个实施例，该装置成为适合用于中断第一电流方向和相反的第二电流方向的双向装置。相互并联连接的功率半导体开关能够是各个单独开关或者集成在同一半导体封装中的开关。本领域已知，功率半导体开关各可提供有与对应开关反并联连接的续流二极管。在那种情况下，建议用于双向装置的备选实施例在主断路器以及在辅助断路器中具有第二相反电流方向的、与第一电流方向的至少一个功率半导体开关串联连接的至少一个功率半导体开关，其中第二电流方向的该至少一个功率半导体开关也与续流二极管反并联连接。
现在将参照附图来说明本发明及其实施例，附图包括图I示出固态断路器的基本元件的第一示例，图2示出本发明的一个实施例的装置，图3示出固态断路器的基本元件的第二示例，图4示出采取双向装置形式的装置的一个实施例，图5示出固态断路器的基本元件的第三示例，图6不出连接HVDC转换器和四条DC输电线路的开关场的第一实施例，图7示出图2的装置与装置控制部件以及开关场控制部件之间的交互，图8示出按照本发明的方法的一个实施例的步骤的定时序列，图9示出用于操作断路装置和备用断路装置的定时序列，图10示出限流布置的第一实施例，图11示出限流布置的第二实施例，
图12示出连接HVDC转换器和四条DC输电线路的开关场的第二实施例。
具体实施例方式图I示出用于本发明的实施例中使用的固态断路器的第一基本元件6，其中固态断路器是下面进一步说明的主断路器和辅助断路器。第一基本元件6包括第一电流方向4的功率半导体开关I以及与功率半导体开关I反并联连接的续流二极管2。在图2所示的按照本发明的装置的一个实施例中使用第一基本元件6。图2的断路装置13适合于50kV及以上的高压应用，能够使高达大约IOkA的电流断路，并且与输电线14串联连接。输电线14优选地是HVDC输电线。断路装置13包括主断路器8，包含数十个一直到数百个基本元件6的串联连接，-取决于电压电平-;非线性电阻器11，并联连接到主断路器8 ;以及高速开关10和辅助断路器9的串联连接，并联连接到主断路器8和非线性电阻器11。辅助断路器9只包含一个基本元件6。高速开关11示为一个机械开关，但是在这个示例中，它由同时操作的至少两个机械开关的串联连接组成。与断路装置13串联地放置电抗器12用于电流率限制。从图2能够理解，断路装置13能够中断沿第一电流方向4仅流经输电线路14的电流。相应地，它不适合用作AC电流断路器，但是它可用作对于开始于大致IkV以及定额(rating) —直到IOOOkV及以上的大电压范围的DC电流断路器，即，它可在配电和输电两个领域中使用。图3中，能够看到用于固态断路器的第二基本元件7，它包括第一电流方向4的功率半导体开关I和第二相反电流方向5的功率半导体开关3的并联连接。在图4所示的按照本发明的装置的一个实施例中使用第二基本元件7。图4的断路装置17是双向断路装置，因为它能够使输电线路14中沿第一电流方向4和第二电流方向5的电流断路。双向断路装置16的设计和功能在其它方面与断路装置13相似，S卩，它适合于相同的电压和电流范围，并且它包含相同的元件，其中唯一差别在于，主断路器15和 辅助断路器16包括第二基本元件7代替第一基本元件6。另外，由于断路装置17是双向断路装置，所以它可用作双向DC电流断路器，即，用作第一电流方向4和第二电流方向5的DC断路器以及用作AC电流断路器。从图8能够理解如何能够在故障情况下操作按照本发明的断路装置。将使用单向断路装置13作为示例来说明该方法，但是它同样可适用于双向断路装置、诸如断路装置17。在图8的坐标系的X轴上，以毫秒示出时间t，以及在y轴上，示出通过输电线路14的电流I。在时刻h之前，主断路器8和辅助断路器9以及高速开关10闭合，其中辅助断路器9和高速开关10在输电线路14的正常操作期间始终闭合，而主断路器8例如可在已经执行其功能性的某种在线监控之后刚刚闭合。额定电流IMte流经高速开关10和辅助断路器9，而主断路器8是无电流的。在时刻h，线路故障在输电线路14中发生，这引起电流I从额定电流IMte开始连续增加。在这个示例中为时刻h之后Ims的时刻t2，超过设置为略高于输电线路14的额定热电流的第一电流极限Ilim，从而导致立即生成辅助断路器断开信号并将辅助断路器断开信号发送到辅助断路器9。辅助断路器9接收辅助断路器断开信号，并且在几微秒之内瞬时断开，由此将电流Ilim变换到主断路器8。自辅助断路器断开信号的发送起，等待第一时间段，直到辅助断路器明确断开。如果例如辅助断路器通常需要10 μ s来断开，则第一时间段能够选择为20 μ S。由于这个第一时间段与图8所示的ms范围相比很短，所以未示出。在经过第一时间段之后，高速开关10断开，这在这个示例中将花费略高于lrns，使得高速开关10在时刻t3最终处于断开状态。时刻t5示出感测和/或保护部件中的算法在断路判定被进行并且主断路器断开信号被生成并且发送给主断路器8之前处理各种输入信号所需的最大时间间隔的结束。从时刻h处的故障至时刻t5所计算的这个最大时间间隔在这个示例中大约为4ms。在这个最大时刻t5，电流已经达到主断路器被定义为能够断路的最大电流电平IBmax，即，在那个时间点，主断路器断开信号将在任何情况都被生成并且发送给主断路器8。但是，感测和/或保护部件中的算法能够在故障已经发生之后的任何时刻、即在h之后的任何时间点产生并且发送主断路器断开信号。在这个示例中，主断路器断开信号由主断路器8在时刻〖4来接收。如果信号备选地在高速开关在时刻t3已经断开之前可用，或者直到在高速开关在时刻t3已经断开才可用，则时刻t4和t3标记相同的时间点，即，该方法直接在时刻t3继续，下面进行描述。主断路器8在几微秒之内瞬时断开，使得在主断路器8断开以及电流变换到非线性电阻器11时的时刻在时刻t4之后非常接近以致在图8中无法示出。在那个时刻t4流经线路14并且由此流经主断路器的电流电平Itoak是主断路器在这里实际上必须断路的电流电平。受到关注的是注意到电压浪涌可能在主断路器断开时发生。由于所产生的已增加电压电平施加到高速开关，所以它将 被相应地设计和定额。可能要注意，一般来说，任何超快操作开关都可用作辅助断路器。本发明的主要思路在于，在与主断路器并联的串联连接中，辅助断路器接管开关已增加电流电平Ilim和变换到主断路器(已增加电流电平Ilim仍然远低于实际断路电流Itoak)的任务，而耐受全高电压电平的任务由机械高速开关来履行。假定例如可履行与固态辅助断路器相同的功能的超快机械开关变为可用，即，超快开关能够在明显小于Ims的极短时间段之内使例如2kA的电流电平Ilim断路，并且可耐受例如2kV的相同电压电平。在那种情况下，辅助断路器也可能是机械开关，代替固态开关。图5中，示出第三基本元件19，它包括第一电流方向的功率半导体开关I和相反的第二电流方向的功率半导体开关3的串联连接。各功率半导体开关分别具有反并联连接的续流二极管2和18。基本元件19在图6中用于表示设置在开关场20中的双向断路装置，其中双向断路装置由与双向断路装置17相同的元件来构建，其中唯一差别在于主断路器和辅助断路器均包括第三基本元件19代替第二基本元件7。由于断路装置17以及由第三基本元件19所构建的断路装置的一般功能性是相同的，所以它们可用于相同的电压和电流范围以及DC、双向DC或AC电流断路应用。图6的开关场将这里示为包括具有关断能力的功率半导体开关的电压源转换器的HVDC转换器30与DC电网的四条DC输电线路26-29连接。假定线路故障在DC输电线路28中发生。在那种情况下，断路装置22和21将必须断开，以便将线路28与其它线路26、27和29断开连接，并且由此与DC电网的其余部分断开连接。在极少情况下，可能发生断路装置无法断开的情况。为了仍然能够将DC电网的一样多的线路与故障线路28断开连接，在开关场中定义所谓的备用断路器或备用断路装置，它们将在其对应的原始断路装置无法断开时断开。在图6的示例中，假定断路装置22在断路装置21出故障的同时成功地断开。用于断路装置21的备用断路器是断路装置23和24。在这个示例中，需要两个备用断路器，因为输电线路28的电流通路在开关场20中分为两个通路，一个穿过断路装置24，而另一个穿过断路装置23。现在将参照图9并且通过使用原始断路装置21和备用断路装置23、24的示例来说明断开原始断路装置之后接着断开备用断路装置的时序。图9的坐标系的X轴再次以毫秒示出时间t，以及y轴示出通过输电线路28的电流I。在时刻h之前，断路装置21、23和24的主和辅助断路器以及高速开关闭合；电流流经辅助断路器和高速开关，同时主断路器是无电流的。经过各断路装置21、22、23和24的电流的单独电平通过开关场内部的电流分配来确定。在时刻h，线路故障在输电线路28中发生，这引起电流I从额定电流IMte开始连续增加。这个增加的电流馈入开关场，并且由此馈送到DC电网的其余部分，这通过断开断路装置21和22来防止。但是，如前面所述，断路装置22将不被进一步考虑，因为认为其断路动作是成功的。在时刻t2，超过位于略高于输电线路28的额定热电流的第一电流极限Ilim，从而导致瞬时生成辅助断路器断开信号并将辅助断路器断开信号发送到原始断路装置21和备用断路装置23、24的辅助断路器。辅助断路器接收辅助断路器断开信号，并且在几微秒之内瞬时断开，由此将其相应电流变换到其对应主断路器。如已经相关于图8所述，自辅助断路器断开信号的发送起，对于三个断 路装置21、23和24中的每个断路装置等待第一时间段，直到预计相应辅助断路器在对应高速开关也被断开之前断开。断路装置21、23和24的高速开关在时刻t3全部断开。在这个示例中，断路判定由感测和/或保护部件来进行，以及主断路器断开信号在时刻t4被生成并且发送给原始断路装置21的主断路器，主断路器应当接收该信号并且瞬时作出响应。但是，断路装置21的主断路器无法断开，并且相应地，没有电流变换到对应非线性电阻器。这个事实在时刻t5被识别，时刻t5在这个示例中与主断路器因达到IBmax而最迟必须断开的时刻重合。主断路器断开信号立即被生成并且发送给备用断路装置23和24的主断路器，它们将瞬时断开。因此，在t5的断路器故障的识别与在t6的一个或多个备用断路装置的断开之间的响应时间仅由直到备用断路器的主断路器断开之前的时间-这在这里是极短的-来确定。然而，以&与、之间略微放大的时间段来示出，以便说明在时刻、达到的电流电平等于主断路器被定义为能够断路的最大电流电平IBmax加上备用余量Immg,即，图6的断路装置的主断路器实际上设计为能够使这个已增加最大电流电平(IBmax+IMg)断路。图7中，示出一种布置，用于说明断路装置13、装置控制部件36和开关场控制部件38之间可能的交互的示例，其中假定断路装置13与由开关场控制部件38控制的开关场的其它断路装置部分同样良好。开关场控制部件38具有来自输电线路14所属的电网的更高级控制和保护系统的一个或多个信号37以及由电流传感器32所进行的电流测量信号作为输入信号。电流传感器32传递输电线路14中的电流电平的测量。根据这些输入信号，开关场控制部件38得出关于对应开关场中的断路装置的一个或多个是再次闭合还是断开的判定。开关场控制部件38的输出信号37是发送给装置控制部件36并且指示断路装置13将要断开的信号，意味着经过断路装置13的电流将被中断，而与装置13将要作为原始断路装置还是作为备用断路装置断开无关。从装置控制部件36，将如下信息回送给开关场控制部件信号34，指示断路装置13设置成并且由此能够在实际断路判定之前将电流变换到其主断路器8 ;以及信号35，指示断路装置13出故障，即，电流可能没有变换到非线性电阻器11。信号34通知开关场控制部件38关于极短响应时间是可能的以及能够相应地调整控制和保护算法。除了信号33之外，到装置控制部件36的另外的输入信号是电流传感器32的电流测量信号以及电流指示器25和31的电流指示信号。电流指示器25指示电流是否存在于高速开关10和辅助断路器9的支路中，以及其它电流指示器31指示电流是否存在于非线性电阻器11的支路中。电流指示器25和31无需进行实际电流测量；而是如果它们能够对存在的电流的问题给出“是/否”答案，就已足够。如先前相关于图8和图9所述，装置控制部件36对于指示输电线路14中超过第一电流极限Ilim的电流传感器32的电流测量作出响应，以及生成辅助断路器断开信号，并且经由连接41将其发送给辅助断路器9，而与来自开关场控制部件38的输入信号33无关。此后，当经过了第一时间段时或者在第一备选实施例中当来自电流传感器32的测量超过第二电流极限时或者在第二备选实施例中当电流指示器25指示电流成功地变换到主断路器8、即在高速开关10和辅助断路器9的支路中 不再存在电流时，断开信号经由连接39发送给高速开关10。一旦此后输入信号33指示断路装置13将中断输电线路14中的电流，装置控制部件36就生成主断路器断开信号，并且经由连接40将其发送给主断路器8。在开关场控制部件38将断路装置13作为原始断路器来操作时，与将断路装置13作为备用断路器来操作的情况相比，输入信号33将早时间间隔(t5-t4)到达(参见图9)。在主断路器断开信号40被发出之后，装置控制部件36监测来自电流指示器31的信号。如果在发出主断路器断开信号之后的预定义时间段之后没有接收到电流成功变换到非线性电阻器11的指示，则装置控制部件36向开关场控制部件38发出信号35，以便通知它关于断路装置13的故障，使得开关场控制部件38能够激活装置13的备用断路装置。如果在高速开关10断开之后或者备选地在辅助断路器断开之后经过了例如IOOms的第二时间段-在此期间装置控制部件36尚未经由信号33接收到关于线路14中的电流将要中断的任何信息，则装置控制部件36经由连接39和41分别向高速开关10和辅助断路器9发出闭合信号。如果此后来自电流传感器32的测量仍然或者再次超过第一电流极限，则再次开始整个过程。图10示出限流布置的第一实施例，以及图11示出其第二实施例。图10中的限流布置42基于图I的第一基本元件6，并且因此是可作为单向限流装置操作的。限流布置42包括若干断路装置13的串联连接，并且与输电线路44以及与限流电抗器12串联连接。图11的限流布置43基于图5的第三基本元件19，并且因此是可作为双向限流装置操作的。布置43包括各包含至少一个第三基本元件19的主断路器45的串联连接，其中每个主断路器45具有并联连接的非线性电阻器11。跨主断路器45的整个串联连接，高速开关10和辅助断路器46的串联连接处于并联连接，其中辅助断路器46包括至少一个第三基本元件19。限流布置43本身与输电线路44以及与限流电抗器12串联连接。未示出的限流布置的另外的实施例可包括主断路器以及一个或多个辅助断路器，它们基于第一、第二或第三基本元件，并且是按照图10和图11所示方式其中之一来设置的。由于第二基本元件7在两个电流方向上工作，所以对应限流布置也是可作为双向限流装置操作的。按照本发明的限流布置可用于与上述断路装置相同的电压范围，S卩，用于中压配电和高压输电应用。现在相关于图8来描述图11的限流布置的使用方法。在时刻h之前不久，主断路器8和辅助断路器9以及高速开关10闭合。额定电流Irate流经高速开关10和辅助断路器9，而主断路器8是无电流的。在时刻h，线路故障在输电线路44中发生，这引起电流I从额定电流Irato开始连续增加。在时刻t2，超过设置为略高于输电线路44的额定热电流的第一电流极限Ilim，从而导致立即生成辅助断路器断开信号并向辅助断路器9发送辅助断路器断开信号。辅助断路器9接收辅助断路器断开信号，并且在几微秒之内瞬时断开，由此将电流Ilim变换到主断路器8。自辅助断路器断开信号的发送起，等待第一时间段，直到辅助断路器明确断开，并且然后高速开关10断开，在例如Ims的某个时间之后高速开关10在时刻t3最终处于断开状态。在时刻t3，电流已达到中间电流电平13，I3高于第一电流极限Ilim但明显低于最大断路电流IBmax。根据中间电流电平与第一电流极限之间的差(I3-Ilim),这时确定限流布置43中将要断开的主断路器8的数量，这在这个示例中假定为总共六个串联连接的主断路器8中的三个主断路器。相应地，三个主断路器8断开，由此将流经其中的电流换向到对应非线性电阻器11。因此，电流电平没有以与前面相同的增加速率进一步增力口。而是以较低速率增加，或者如图8以虚线所示保持在中间电流电平I3，或者甚至降低。在图8的示例中，电流保持在中间电流电平，直到在时刻t4进行最终断路判定、即完全中断输电线路44中的电流的判定。因为已断开主断路器8的非线性电阻器11中的热能超过上
限或者因为感测和/或保护部件中的算法评估输电线路44中的故障要求这种电流中断，所以可进行最终断路判定。相应地，在时刻t4，仍然处于闭合状态的所有主断路器8也断开，这在这个示例中应用于其余三个主断路器8。电流换向到其对应非线性电阻器11，并且由此最终在输电线路44中被中断。从图8清楚地看到，主断路器8必须断路的电流在这个示例中是中间电流电平I3，它比最大断路电流IBmax要小许多。假定尽管断开前三个主断路器电流电平仍进一步增加的更严重情况。由于其中一些主断路器8的断开，这种增加至少以比使用纯断路装置13 (或17)要低的速率发生。这意味着，当达到感测和/或保护部件的算法达成可靠断路判定所需的最大时间段-在这里设计为在t5到期-时，其余主断路器8必须断路的电流电平在任何情况下都低于纯断路装置的最大断路电流IBmax。相应地，主断路器8可设计用于较小的最大断路电流IBmax，这大大降低了其成本。图12的开关场在一些方面与图6的开关场相似。HVDC转换器30和DC电网的四条DC输电线路26-29。一个差别在于，直接连接到线路26和29的断路装置在图12中各由按照图11的双向限流布置43取代。限流布置由标号43’、43”和43”’表示。此外，与直接连接到线路27和28的断路装置的每个串联连接了预先插入电阻器47，以及与每个预先插入电阻器47并联连接了旁路开关48。在正常操作下，旁路开关48闭合，如对于与断路装置21对应的旁路开关所示，以便断开相应预先插入电阻器的连接，并且由此避免不必要的损耗。直接连接到线路27和28的断路装置21、22和49以及直接连接到HVDC转换器30的断路装置23和50都属于基于第三基本元件19的双向类型。假定首先使线路27断电并且通过处于断开状态的断路装置22和49使线路27从所有其它供电线路26、28和29以及从HVDC转换器30断开连接。在备选方案中，线路27可预先充电到与其它线路26、28和29不同的电压电平。为了将线路27耦合到网络的其余部分并且由此对它供电，断路装置49和22通过闭合其主断路器、高速开关和辅助断路器来闭合。同时，与断路装置22和49对应的预先插入电阻器47的旁路开关48断开，使得可从开关场的左右两侧涌入线路27的浪涌电流受到限制。在线路27成功地耦合到其它线路之后，旁路开关48再次闭合。
能够通过由上述限流布置的任一个替代断路装置来避免具有与各断路装置串联连接的预先插入电阻器和旁路开关的必要性，其中限流布置接管断路装置和预先插入电阻器的功能，并且添加以上所述的另外的有利功能。图12中，这时假定首先使线路26断电。在备选方案中，线路26可预先充电到与其它线路27、28和29不同的电压电平。通过处于断开状态的限流布置43’和43”使线路26从所有其它供电线路27、28和29以及从HVDC转换器30断开连接。为了将线路26耦合到网络的其余部分并且由此给它供电，仅通过闭合其主断路器45的一部分并且通过使其它主断路器45、高速开关10和辅助断路器46保持断开，来部分地闭合限流布置43’和43”。由此限制通过与主断路器45的保持断开的部分对应的非线性电阻器的浪涌电流。在线路26成功地耦合到其它线路之后，限流布置43’和43”的其它主断路器45、高速开关10和辅助断路器46闭合，使得这些限流布置中的电流变换到高速开关和辅助断路器。此后，所有主断路器45能够再次 断开。
权利要求
1.使流经输电线路或配电线路(14)的电流断路的装置(13，17)，所述装置(13，17)包括主断路器(8，15)和非线性电阻器(11)的并联连接，所述主断路器(8，15)包括第一电流方向(4)的至少一个功率半导体开关(1)， 其特征在于，所述装置还包括其中包含至少一个机械开关的高速开关(10)和辅助断路器(9，16)的串联连接，所述辅助断路器(9，16)相比所述主断路器(8，15)具有更小的导通电阻，并且包括所述第一电流方向(4)的至少一个功率半导体开关(1)，其中所述串联连接并联连接到所述并联连接。
2.如权利要求I所述的装置(13，17)，其中，所述主断路器(8，15)相比所述辅助断路器(9，16)具有更高的额定电压阻塞能力。
3.如权利要求2所述的装置(13，17)，其中 -所述主断路器(8，15)包括所述第一电流方向(4)的至少两个串联连接的功率半导体开关(1)， -所述辅助断路器(9，16)包括所述第一电流方向(4)的、具有与所述主断路器(8，15)的所述功率半导体开关(I)相同的电压阻塞能力的至少一个功率半导体开关(1)，以及 -相比所述辅助断路器(9，16)，所述主断路器(8，15)始终包括更大数量的功率半导体开关(I)。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的装置，其中，所述主断路器和/或所述辅助断路器包括所述第一电流方向(4)的、与所述第一电流方向的所述至少一个功率半导体开关并联连接的至少一个另外的功率半导体开关(I)。
5.如权利要求I至4中的任一项所述的装置(17)，其中，所述主断路器(8，15)和所述辅助断路器(9，16)都包括与所述第一电流方向(4)的所述至少一个功率半导体开关(I)并联连接并且具有第二电流方向(5)的至少一个功率半导体开关(3)。
6.如权利要求I至4中的任一项所述的装置(13)，其中，所述主断路器和所述辅助断路器各包括至少一个续流二极管(2)，每个续流二极管(2)反并联连接到所述第一电流方向(4)的所述至少一个功率半导体开关(I)其中之一。
7.如权利要求6所述的装置(21-24)，其中，所述主断路器和所述辅助断路器各包括第二电流方向(5)的至少一个功率半导体开关(3)，所述至少一个功率半导体开关(3)具有与其反并联连接的续流二极管(18)并且与所述第一电流方向(4)的所述至少一个功率半导体开关(I)串联连接。
8.包括相互串联连接并且与通过输电线路或配电线路(44)的电流通路串联连接的至少两个如权利要求I至6中的任一项所述的装置(13)中的限流布置(42)，其中，所述布置(42)适合在所述电流通路中的电流超过过电流极限时操作第一特定数量的所述至少两个装置(13)，使得通过所述至少两个装置(13)的所述高速开关(10)和辅助断路器(9)的电流换向到相应非线性电阻器(11)。
9.与通过输电线路或配电线路(44)的电流通路串联连接的限流布置(43)，包括 -主断路器(45)和非线性电阻器(11)的至少两个并联连接，其中所述并联连接相互串联连接，以及其中所述主断路器(45)各包括相同的一个或多个电流方向(4，5)的至少一个功率半导体开关(1，3)，以及 -高速开关(10)和辅助断路器(46)的串联连接，其中，所述高速开关(10)包括至少一个机械开关，以及其中所述辅助断路器(46)相比所述主断路器(45)中的任一个主断路器(45)具有更小的导通电阻，并且包括与所述主断路器(45)的所述至少一个功率半导体开关(I，3)相同的一个或多个电流方向(4,5)的至少一个功率半导体开关(1,3), -其中所述串联连接与所述至少两个并联连接并联连接，以及 -其中，所述布置(43)适合在所述电流通路中的电流超过过电流极限的情况下操作所述高速开关(10)和所述辅助断路器(46)以及第一特定数量的所述至少两个并联连接，使得通过所述高速开关(10)和所述辅助断路器(46)的电流换向到所述第一特定数量的所述至少两个并联连接的所述相应非线性电阻器(11)。
10.使用如权利要求I至7中的任一项所述的装置的方法，其中，所述装置(13，17；21)串联连接到穿过输电线路或配电线路(14;28)的电流通路，以及其中所述装置的所述辅助断路器(9，16)和所述高速开关(10)闭合，所述方法包括下列步骤 -闭合所述主断路器(8，15)， -如果接收到辅助断路器断开信号(41)，则断开所述辅助断路器(9，16)，由此将所述电流变换到所述主断路器(8，15)， -此后，断开所述高速开关(10)， -此后，如果接收到主断路器断开信号(40)，则断开所述主断路器(8，15)，由此将电流变换到所述非线性电阻器(11)。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在生成和发送主断路器断开信号之前生成和发送所述辅助断路器断开信号(41)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，紧接所述电流超过第一电流极限U1)之后生成、发送和接收所述辅助断路器断开信号(41)。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一电流极限(Ilim)定义为略高于所述线路的额定热电流或者略高于连接到所述线路的转换器站的额定热电流。
14.如权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，在自所述辅助断路器(9，16)的断开起经过了第一时间段时断开所述高速开关(10)。
15.如权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，在所述电流超过第二电流极限时断开所述高速开关(10)。
16.如权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，在接收到指示所述电流已成功地变换到所述主断路器(8，15)的信号(25)时断开所述高速开关(10)。
17.如权利要求10至16中的任一项所述的方法，其中，如果在所述线路(14，28)中和/或在连接到所述线路的另外的电气装置中发生故障(t4)，则生成、发送和接收所述主断路器断开信号(40)。
18.如权利要求10至17中的任一项所述的方法，其中，在自所述辅助断路器(9，16)的断开起或者自所述高速开关(10)的断开起第二时间段之内没有接收到主断路器断开信号(40)的情况下，所述高速开关(10)和所述辅助断路器(9，16)再次闭合。
19.如权利要求18所述的方法，其中，在所述高速开关(10)和所述辅助断路器(9，16)闭合之后仍然接收或者再次接收所述辅助断路器断开信号(41)的情况下，首先断开所述辅助断路器(9，16)，此后断开所述高速开关(10)，并且此后如果接收到所述主断路器断开信号(40)则断开所述主断路器(8，15)。. 20.如权利要求10至19中的任一项所述的方法，其中，在没有辅助断路器断开信号(41)和主断路器断开信号(40)的情况下，断开所述主断路器(8，15)，测试其至少一个功率半导体开关(1，3)的可操作性并且若存在其至少一个续流二极管的话还测试其至少一个续流二极管的可操作性，以及再次闭合所述主断路器(8，15)。. 21.如权利要求10至20中的任一项所述的方法，其中，在没有辅助断路器断开信号(41)和主断路器断开信号(40)的情况下，执行下列步骤 -断开所述辅助断路器(9，16)，由此将所述电流变换到所述主断路器(8，15)， -此后断开所述高速开关(10)，由此测试所述高速开关(10)的可操作性， -此后测试所述辅助断路器(9，16)的所述至少一个功率半导体开关(1，3)的可操作性以及若存在所述辅助断路器(9，16)的所述至少一个续流二极管的话还测试所述至少一个续流二极管的可操作性， -在成功测试之后，再次闭合所述高速开关(10)和所述辅助断路器(9，16)。
20.如权利要求10至19中的任一项所述的方法，其中，如权利要求I至7中的任一项所述的另外的装置(23，24)连接到与所述输电线路或配电线路(28)相同的电流通路，以及其中，在对于所述装置(21)接收到所述辅助断路器断开信号(41)的情况下，执行下列进一步的步骤 -首先断开所述另外的装置(23，24)中的所述辅助断路器， -此后断开所述另外的装置(23，24)中的所述高速开关， -如果在所述装置(21)中，电流没有成功地变换到所述非线性电阻器，则在所述另外的装置(23，24)中断开所述主断路器，或者 -如果在所述装置(21)中，电流成功地变换到所述非线性电阻器，则闭合所述另外的装置(23，24)中的所述高速开关和所述辅助断路器。
21.用于使用如权利要求8所述的第一限流布置(42)的如权利要求10至19中的任一项所述的方法，其中，在所述电流通路中的电流超过过电流极限的情况下，操作第一特定数量的所述至少两个装置(13)，并且由此断开其对应主断路器(8)，使得电流换向到所述相应非线性电阻器(11)。
22.使用如权利要求9所述的第二限流布置(43)的方法，其中，在所述电流通路中的电流超过过电流极限的情况下，首先断开所述辅助断路器(46)，此后断开所述高速开关(10)，并且此后断开第一特定数量的所述主断路器(45)，由此首先将通过所述高速开关(10)和所述辅助断路器(46)的电流换向到所述第一特定数量的主断路器(45)并且然后换向到相应非线性电阻器(11)。
23.如权利要求21或22所述的方法，其中，根据超过过电流极限的程度来确定所述第一特定数量。
24.如权利要求21至23中的任一项所述的方法，其中，监测与所述已断开主断路器(8,45)对应的所述非线性电阻器(11)中的热能，在它超过预定义第一能量极限的情况下，所述已断开主断路器(8，45)再次闭合，并且先前处于闭合状态的所述第一限流布置(42)的相同第一特定数量的所述主断路器(8)或者所述第二限流布置(43)的相同第一特定数量的主断路器(45)分别断开。
25.如权利要求24所述的方法，其中-所述相应限流布置(42，43)的至少一个非线性电阻器(11)的电流应力被确定并且存储在存储器装置中， -根据所述所确定电流应力来确定所述至少一个非线性电阻器(11)的预计使用寿命，以及 -随后将要断开的所述第一限流布置(42)或者所述第二限流布置(43)的所述第一特定数量的所述主断路器(8，45)分别选择成使得所述至少一个非线性电阻器(11)的预计使用寿命得以增加。
26.如权利要求21至25中的任一项所述的方法，其中，在进行中断所述电流通路中的电流的判定的情况下，分别地，操作仍然闭合的所述第一限流布置(42)的所有其余装置(13)，或者断开所述第二限流布置(43)的所有其余主断路器(45)，使得所述电流通路中的电流换向到所述相应限流布置(42，43)的所有非线性电阻器(11)。
27.如权利要求26所述的方法，其中，如果所述相应限流布置(42，43)的非线性电阻器(11)中的至少一个非线性电阻器(11)中的热能超过预定义第二能量极限，则进行中断所述电流通路中的电流的判定。
28.如权利要求26所述的方法，其中，如果超过第三电流极限，则进行中断所述电流通路中的电流的判定，其中所述第三电流极限是所述相应限流布置(42，43)的所述主断路器(8,45)定义为能够断路的最大电流电平(IBmax)。
29.如权利要求21至28中的任一项所述的方法，其中，所述输电线路或配电线路(26)首先处于断电状态或者首先预充电到与处于供电状态的至少一个其它输电线路或配电线路(27-29)不同的电压电平，并且所述第一或第二限流布置分别处于断开状态，所述方法包括下列步骤闭合所述第一或第二限流布置的所述主断路器(8，45)的一部分，并且保持断开所述主断路器(8，45)的另一部分以及所述一个或多个高速开关(10)和所述一个辅助断路器(46)或多个辅助断路器(9)，同时所述输电线路或配电线路(26)耦合到所述至少一个其它输电线路或配电线路(27-29)，以及在成功地耦合之后，闭合所述主断路器(8，45)的另一部分、所述一个或多个高速开关(10)和所述一个辅助断路器(46)或多个辅助断路器(9)。
全文摘要
使流经输电线路或配电线路(14)的电流断路的装置(13)包括主断路器(8)和非线性电阻器(11)的并联连接，其中主断路器(8)包括第一电流方向的至少一个功率半导体开关。装置(13)还包括其中包含至少一个机械开关的高速开关(10)和辅助断路器(9)的串联连接，辅助断路器(9)相比主断路器(8)具有更小的导通电阻，并且包括所述第一电流方向(4)的至少一个功率半导体开关(1)。该串联连接并联连接到该并联连接。在首先使用装置(13)的方法中，断开辅助断路器(9)，由此将电流变换到主断路器(8)，此后断开高速开关(10)，并且此后断开主断路器(8)，由此将电流变换到非线性电阻器(11)。装置(13)还能够在限流布置中使用。
文档编号H01H9/54GK102687221SQ200980162538
公开日2012年9月19日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者B·雅各布森, J·赫夫纳 申请人:Abb技术有限公司