专利名称：中断室、hvdc旁路中断器,和包含此室的hvdc换流变电站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中断室。更明确地说，其涉及高压直流(HVDC)的截断。其涉及中断室中的气体吹出。更明确地说，其适用于HVDC旁路中断器的构造，以及集成到HVDC换流变电站中。
背景技术：
HVDC换流变电站的目的是将处于高电压(通常大于200千伏(kV)DC)的直流电转 换为也处于高电压的交流电。例如在第WO 2007/084041号专利文献中描述了利用多个HVDC变电站的HVDC传 输系统的一个架构。其中描述的系统包括通过高电压电力线10和接地返回线11彼此连接 的两个变电站2和3。每一变电站2或3包含多个HVDC旁路中断器12、13或14、15。每一 HVDC旁路中断器的主要功能是充当其连接到的每一换流变压器(converter transformer) 的旁路。另外，每一 HVDC旁路中断器必须适于以下功能·截断由换流变压器产生的被称为电感性负载电流的种类的电流(其可具有高达 约1000安培(A)的值)，以便切换进入到可控硅整流器(thyriStor)6、7、8或9中的电流；·在系统的整个工作寿命期间且在可下降到_50°C的极端温度下承受通常400kV DC的升高高电压的标称值；·非常快地闭合，通常在约几十毫秒(ms)的时间内；·在最不利条件下承受几十千安培(kA)的电流峰值，这些电流峰值出现在电弧截 断阶段期间；·在电弧未实际上截断的情况下断开且在断开之后立即再闭合；·始终无损坏地承受电弧。直到此类型的HVDC旁路中断器为止当前已提议的各种技术特征可分为以下三个 类别1.使用串联连接在一起的若干中断室；2.增加给定中断室的绝缘空间的大小；以及3.以能够承受所涉及的高介电应力的绝缘材料提供吹风喷嘴。那些类别的技术解决方案的主要缺点可列举如下1.使用多个中断室不可避免地增加HVDC变电站中的中断器的制造成本和空间 要求；其使得有必要提供额外电气和/或电子构件以便使各个室之间的移动接触件的移动 的启始同步；且最后，其使得有必要提供电压分配设备以便在HVDC旁路中断器之间分配电压。2.增加大小的绝缘空间使得有必要针对较高的致动速度而布置，因为HVDC中断 器需要在非常短的时间内闭合。这使得有必要选择更强大的机械控制构件，其不利于HVDC 中断器的成本。
3.已测试例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等多种材料用作高 电压交流电的吹风喷嘴的适宜性。那些喷嘴已证明其有效性，因为其能够承受所涉及的高 交替介电应力。本申请人关于当前用于吹风喷嘴的材料的长期DC承受能力具有较大疑问。 另外，已知可承受的电场在绝缘气体(例如，SF6)与导电金属零件之间的界面处始终强于 其在绝缘气体与喷嘴的绝缘材料之间的界面处。因此，直到目前为止，在已知的中断室的构 造中，必须在绝缘喷嘴相对于金属接触件的一者是静止的区中减小电场。这不可避免地导 致中断室的径向尺寸增加，且因此其成本增加。另外，绝缘气体(例如，SF6)中可准许的梯 度大于固体绝缘体中可准许的值。此限制不可避免地意味着在固体绝缘体存在于电流截断 区中的情况下中断室的轴向尺寸也必须增加。申请人:还在与本申请案同一天申请的标题为“具有可彼此独立操作的移动接 触件和可移动吹风喷嘴的中断室、HVDC旁路中断器，和具有此室的HVDC换流变电站(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号专利申请案中提议能够以减小的 大小和成本获得HVDC旁路中断器的解决方案。所述申请案中提议的解决方案基本上由管状吹风喷嘴组成，所述管状吹风喷嘴可 在制约位置(其中其将气体制约在介电应力区中)与缩回位置(其中其从所述空间收回) 之间独立于移动接触件而移动。接着发明者们发现了气体吹出的问题，假定在当前技术水平下的常规中断室中， 穿过相对于彼此静止的吹风喷嘴与接触件之间的结构所界定的一个或一个以上通道，相对 于接触件径向实现吹出。发明者们接着考虑完全穿过接触件中的其中之一的内部执行吹出。在此方面，穿 过接触件中的其中之一的整体吹出使管状喷嘴能够与郁金香的外径非常紧密地匹配(如 上文提及的与本申请案同一天申请的专利申请案中所描述)。这引起对被喷嘴的内部中的 电弧污染的气体的较好制约，且进一步引起将其排出接触件的区。因此有可能制造具有最 小高度(也就是说，最小径向尺寸)的管状喷嘴，其导致分段屏蔽与起弧接触件之间的改进 的介电协调。第FR 2 695 249号专利已揭示穿过可移动起弧接触件8、9的内部的吹出。在所 述专利中，穿过其而发生吹出的郁金香接触件9静止，且支撑接触件9且气体穿过其而通过 的中空管8主要由绝缘体10阻隔。所述专利的缺点是，绝缘体10相对于中空管8的位置使得吹出气体的最小流通横 截面在郁金香9的末端处。因而存在气体处于低密度以及因此在瞬态恢复电压下介电强度 在起弧接触件的末端的区(其是出现最急剧介电梯度的区)中较低的主要风险。因此，本发明的目的是提议一种解决方案，在所述解决方案中完全穿过中断室的 起弧接触件的内部吹出气体，且所述解决方案良好地起作用并在瞬态恢复电压(TRV)下提 供良好的介电强度。
发明内容
为了实现以上目的，本发明提议一种具有纵轴的中断室，且所述中断室包含吹弧喷嘴和一对接触件，所述接触件中的至少其中之一可移动，所述接触件中的其中之一包括 具有中空内部的管，所述管的一端耦合到真正的接触部分，其中，在所述室中，沿着室的纵 轴完全穿过中空管的内部执行电弧吹出，气体的流通路径中的缩窄部设置在具有流通横截 面Sl的所述真正的接触部分的上游。在根据本发明的此中断室中，提供·沿着室的纵轴完全穿过中空管的内部执行电弧吹出；·气体的流通路径中的具有流通横截面S2的缩窄部设置在所述真正的接触部分 的上游；以及·气体的流通路径的具有流通横截面S3的较宽部分设置在缩窄部与真正的接触 部分之间，流通横截面使得S2 < Sl < S3。这避免在真正的接触区附近出现低气体密度区，其在电流截断操作之后最多地暴 露于电场的区。如此设计的中断室在瞬态恢复电压(TRV)下具有良好的介电强度。在本发明的上下文中，术语“上游”和“下游”应理解为相对于用以截断电弧的吹 出气体的流的方向。在本发明的上下文中，术语“完全穿过中空管的内部执行电弧吹出”，必须理解从 压缩体积流出的所有气体的吹出从接触管的内部朝其外部进行。在有利实施例中，吹出气体的流通路径的具有流通横截面S2和S3的较宽部分经 设计尺寸以使得在包含电流吹出室的中断器的正常操作条件下的任何断开操作期间，吹出 气体的压力不达到临界压力，所述临界压力是所述较宽部分的下游的低气体密度区在真正 的接触部分的流通横截面Sl的下游保持受限的压力。换句话说，有必要在气体的流通路径 中布置不导致真正的接触区中或所述区外部很小距离处的气体的低密度的缩窄部。如下文所阐释，将异常条件界定为当存在与接触件的断开同时的额外电气故障 (此额外电气故障发生在包含中断室的中断器的不同电气组件上或不同电气装置上)时出 现的条件。因此，同样如下文所阐释，在包含具有可控硅整流器和本发明范围内的中断室的 中断器的HVDC变电站的情况下，此额外电气故障是可控硅整流器中的切换故障，使得避免 接触件的预料外的重新闭合。在一个实施例中，所述缩窄部可位于具有所述中空内部的管与真正的接触部分之 间的接合部处。在另一实施例中，所述缩窄部位于用于将气体带入中空管中的至少一个通孔处。直到缩窄部为止的吹出(也称为吹风)体积可有利地由称为排出阀的瓣阀关闭， 所述瓣阀以一方式预加载以使得·其在包含中断室的中断器的正常操作条件下的任何正常断开操作中不打开；·其在临界压力下开始打开，所述临界压力是低气体密度区存在于真正的接触部 分的流通横截面Sl的下游所限于的压力；以及·其在包含中断室的中断器上的异常操作条件下的断开操作期间打开到其最大 量，所述异常条件被界定为当与接触件的断开同时发生额外电气故障(此额外电气故障发 生在包含中断室的中断器的不同电气组件上或不同电气装置上)时出现的条件。在本发明的范围内完全可想像将两个接触件均布置为可移动的，传输构件布置在 室中用于使接触件彼此分离。这导致双重作用型的中断室。
本发明还提供具有如上文陈述的中断室的高电压中断器。所述中断器可组成断路器或母线隔断器或接地隔断器。其有利地可以是HVDC旁路中断器，且在优选版本中其具有单一中断室。此具有单一中断室的HVDC旁路中断器能够截断可达到几倍100A或甚至1000A的 电流，且所述室承受的电压能够在直流电中达到至少400kV(HVDC)。最后，本发明提供一种包含例如上文陈述的至少一个HVDC旁路中断器的HVDC换 流变电站。在尤其有利的布置中，中断器的断流器室的轴大体上垂直。此布置尤其有利，因为 其使源自电流截断操作的被污染粒子能够仅通过室的基底处的重力来收集，且因为其允许 较简单地安装在本发明中使用以经由活塞排出气体的止回阀。根据包含可控硅整流器的HVDC变电站的特征，排出阀在可控硅整流器中的切换 故障的情况下完全打开，以便避免接触件的预料外的重新闭合。
从以实例的方式给出的且绝不具有限定性的并参考附图进行的详细描述中更清 楚地呈现本发明的其它优点和特征，附图中图1示出了一旦已发生切换(接触件的断开)，本发明的HVDC旁路中断器中可存 在的DC电压波动的作为时间的函数的一种可能模式；图2A到2C示出了本发明的中断室构件所采取的各种位置，S卩，分别是接触件3、30 的闭合位置F、在吹风喷嘴5处于制约位置CO中的情况下接触件3、30的断开位置0，以及 最后在吹风喷嘴5处于缩回位置R中的情况下接触件3、30的断开位置0 ；以及图3示出了在图2A到2C的中断室中移动接触件和吹风喷嘴的相应线性运动作为 时间的函数的曲线。
具体实施例方式此处可重复指出，术语“上游”和“下游”应理解为相对于用以截断电弧的吹出气 体的流方向。因此，在断开具有本发明范围内的中断室的中断器的任何操作期间，图2A到2(中 的吹出射流的上游端出现在体积V3中，且朝下游侧(也就是说，从右向左)发生吹出。参看起弧接触件3，中空管30在气体流通横截面的缩窄部304上游，所述缩窄部 304本身在处于紧接在真正的接触部分311(contactportion proper)上游的较宽部分305 的上游。真正的接触部分31、缩窄部304和较宽部分305相应的气体流通横截面S1、S2和 S3是吹出气体流动所穿过的横截面。图2B和2C中展示根据本发明的HVDC旁路中断器的单一中断室中的中断位置。平 均来看，对于电压可在直流电(DC)中达到至少400kV的HVDC旁路中断器，待截断的电流相 对较弱，因为其可能达到几百安培或甚至1000A。图1展示表示一旦电流已被中断，根据本发明制造的HVDC旁路中断器的端子上可 存在的HVDC系统中的电压的曲线。在中断器中流动的电流具有类似周期性。应观察到，在包含HVDC旁路中断器的HVDC换流变电站与其连接的交流电力系统的频率的约十二倍的高 频率下存在振荡。因此，与有可能自然地在零电流处截断的交流电相比，截断直流电的困难来自以 下事实零电流在一个切换操作期间(且通常每隔0.8ms)出现若干次。接着，在一个切换 操作期间，有可能电弧将重复再触发。对于处于约1000A以下的电流的不稳定电弧，且更常见地，在电感性电流的截断 期间可出现的重复再触发期间，有可能电弧根部变得与灭弧触点(arcing contact)脱离且 将其自身附接到充电屏蔽。这是为什么发明者正提议一种用于中断室的新的动态布置，其仅在所有起弧已 中断时才准许吹风喷嘴从充电屏蔽之间的绝缘空间缩回并进入无介电应力的区中。换句 话说，吹风喷嘴必须在断开操作的整个持续时间期间保持大体上处于制约位置中的适当位 置，这使得有可能确保所有起弧真正已被截断。图2A到2C所示的本发明的中断室1在纵轴XX'上延伸且被填充有例如SF6、氮 气、CF4或C02，或SF6与氮气的混合物等绝缘气体。最重要的是，室1具有单一对接触件2 和3。接触件2为静止的且呈实心杆的形式。另一接触件3可在轴XX'上移动，且呈郁金香的形式。更确切地说，移动接触件3 由具有中空内部的管30组成，所述管30在附接点300处直接耦合到操作杆，以便通过杆以 直线运动驱动。在其自由端处，管30耦合到真正的接触部分31 (contact portion proper), 其是具有郁金香形式的元件，其内部型面与静止的起弧接触件2的外部型面互补。中空管 30还形成有界定肩部301的外部半槽(rebate)。在较宽部分上，紧固着滑动环，其构成环 形活塞302 (如下文所阐释)，以便相对于轴XX'径向延伸。中空管形成有处于滑动环302 后方的一个或一个以上通孔303 (也就是说，在最接近到操作杆的附接点300的一侧上)。最后，中空管30具有在其内径上的缩窄部304，或换句话说，气体流通横截面的缩 窄部，如下文详细阐释。此中断室1进一步包含一对充电屏蔽40和41，其主要功能是消除或至少减小接触 件的区中(或接触件的尖端的区中)的尖端效应(pointeffect)在此区中，电场趋向于无 穷大，其可引起气体的离子化且因此引起电弧的触发。每一充电屏蔽的相应屏蔽壁400和 410界定圆形开口，且其间隔开固定距离e。静止起弧接触件2布置在屏蔽壁400的圆形开口中，而呈郁金香形式的移动接触 件3、30和31布置在另一屏蔽壁410的圆形开口中，不管其位置如何(见图2A到2C)。中断室还包含吹弧喷嘴5，其由绝缘材料制成且具有大体上管状形状，其可沿着纵 轴XX'以直线运动移动。喷嘴5的内径0优选与移动接触件3的中空管30的外径匹配。 有利的是，径向高度，即管状喷嘴5的外径被选择为最小，以便提供有效的介电制约并确保 充电屏蔽40和41与接触件2和3之间的最佳介电协调。喷嘴5紧固到构成活塞6的部件，活塞6设置为环绕移动接触件3、30滑动移动， 但与其还有一段距离，所述滑动移动也在构成接触件载体的静止部件7中。更确切地说，活塞6包括具有拥有若干不同直径的中空内部的管部分60，所述不 同直径彼此连续。活塞的管部分60的一个末端部分600具有准许喷嘴5的内部紧固以及当在内部中滑动时导引移动接触件3的中空管30的内径。活塞6的管部分60的另一末端 部分601具有比移动接触件的中空管30的直径大的直径，以便界定用于执行下文描述的功 能的空间。此末端部分601紧固到活塞6的头部61且具有至少一个通孔6010。活塞6的头部61具有适于导引移动接触件3的中空管30的内径，且具有另一通 孔6100。因此，两个通孔6010和6100能够通过由与管部分60的末端部分601间隔开的中 空管30界定的径向空间而彼此连通，所述末端部分601的内径大于支撑管状喷嘴5的末端 部分600的内径。活塞6的头部61也以在管3的肩部301上形成机械对接方式予以配置。接触件载体7具有与活塞6的外部型面匹配的内部型面，以便使得能够以相配的 啮合发生相对滑动运动。密封件67布置在活塞6与接触件载体7之间。活塞6与接触件 载体7之间界定绝缘气体的可变体积VI，且安装在此可变体积中的压缩弹簧8由具有围绕 管部分60、600、601的数匝螺旋弹簧组成，如下文所阐释。此压缩弹簧8的功能是当不被施 加于所述活塞6与中空管30的肩部301之间的机械对接力或室中主导(prevailing)的绝 缘气体压力的气动力抵挡时，使活塞6返回，且因此紧固到活塞的喷嘴5从其制约位置(图 2A和2B中所示)朝其缩回位置(图2C中所示)返回。在所展示的实施例中，有利的是，螺 旋弹簧8的一端抵靠着接触件载体7的基底70永久啮合，且弹簧的另一端也抵靠着活塞6 的头部61永久啮合，而不管活塞在接触件载体中的相对位置如何(图2A到2C)。移动接触件3的中空管30以一方式安装在接触件载体7中，使得以接触件载体7 中的最佳可能的密封导引环形活塞302。尽管未图示，但环形活塞302在此周边处具有电接 触件，其呈金属编织物或滑动型的形式。此接触件确保电流从中断器连接到的端子流动穿 过接触件载体7且到达可移动郁金香接触件3。有利地选择柔性接触件，因为其不需要为管 30执行任何导引功能。因此，在活塞6的头部61后方，也就是说在活塞头部61与环形活塞302之间，界 定绝缘气体的可变体积V2。在中空管30的环形活塞302后方，以及在接触件载体7内部，紧固有导引环9，其 也以最佳可能的密封导引中空管30。因此，在中空管30的环形活塞302、紧固在接触件载 体7中的导引环9与流动穿过中空管30的内部的气体的流通横截面中的缩窄部304之间， 界定有绝缘气体的可变体积V3。在图2A到2C所示的实施例中，接触管30的机械导引点由导引环9和活塞头部61 的内径界定。活塞管部分60由也充当密封件的区段67机械导引。两个瓣阀91和92安装在导引环9上。每一瓣阀由在通道的水平面处抵靠着导引 环9而啮合的阀瓣组成。瓣阀中的一者91的功能是当其打开时，使体积V3能够被来自导 引环9后方(也就是说，来自与附接点300相同侧)的绝缘气体填充。相比之下，另一瓣阀 92的功能是当其打开时，使存在于体积V3中的一些气体能够渗出，如下文所阐释。抵靠着 导引环9固持阀91和92的瓣的偏置弹簧未在图2A、2B和2C中展示。图2A到2C中仅示 出了插入到阀91的致动销或栓910。设置在移动接触件3周围(不论其位置如何)的充电屏蔽41紧固到接触件载体 7,从而界定大体上恒定的绝缘气体的体积V4，忽略活塞6或管状喷嘴5与屏蔽壁410之间 的绝缘气体的气体泄漏。
接触件载体7具有通道71，其首先向含有活塞6的可变体积Vl中打开，且其次向 由充电屏蔽41和其紧固到的接触件载体7界定的体积V4中打开。止回阀10以一方式安 装在通道71上，使得能够将体积Vl中存在的绝缘气体排出到体积V4中，如下文所阐释。在 所展示的实施例中，止回阀10由阀瓣组成，当没有来自体积Vl的气体通过彼此相对布置成 120°的一组三个相同操作杆11施加任何压力时，所述阀瓣固持为在通道71的水平面处抵 靠着接触件载体7而啮合。借助个别地安装在每一操作杆周围的低载荷弹簧而获得瓣阀10 抵靠着接触件载体7的啮合。下文参看图2A到2C针对断开操作以及针对闭合操作描述本发明的中断室1的操作。在接触件2和3的闭合位置F中(图2A)，肩部301将活塞6维持在适当位置且因 此将弹簧8固持在其压缩状态中，因此其压力得到补偿。在此闭合位置中，止回阀10关闭 且孔6010不向体积Vl中打开。如图2A所示，孔6010面朝接触件载体7而定位其可刚好 超过接触件载体7且向恒定体积V4中打开。当开始打开包含本发明的中断室1的HVDC旁路中断器的操作时，在图中，移动接 触件3的中空管30通过操作杆拉动附接点300而被拉到右侧。环形活塞302接着减小体积V3，且从导引环9延伸到移动接触件3的中空管30的 内部缩窄部304的气体的体积的压力因此增加，即，大体上对应于初始体积V3的气体中的 压力(从环形活塞302与紧固在接触件载体7中的导引环9之间的空间到中空管30的内 部体积，S卩，穿过管30的内部的气体的流通横截面的缩窄部304)。图2B中GI所示的箭头 指示绝缘气体的通道，该绝缘气体在体积V3 (随着此体积减少)的压力下上升到中空管30 中的流通横截面的缩窄部304。气体流通横截面的缩窄部304的位置和体积V3中的压力是谨慎选择。在此方面， 发明者放弃以下想法由于介电强度随气体密度减小，所以绝缘气体的密度减小是不利的。 现在，在断开操作期间，吹出的气体的主体的压力上升，直到最小气体流通横截面。在气体 的此主体的出口端处，如果压力的上升超过临界值，那么其可导致气体密度减小，也就是说 从最小气体流通横截面减小。如果此减小太大且如果其发生在真正的接触部分31的区(郁 金香)中，那么可能不能在电流中断之后立即确保所述郁金香在瞬态恢复电压(TRV)下的 介电强度。在电流截断之后，郁金香部分31中发生的电梯度尤其陡。因此，发明者已谨慎地界定郁金香部分31上游的横截面缩窄部304。此缩窄部304 具有小于郁金香的流通横截面的流通横截面S2，且可以是中空管30的组成部分，或者其可 形成在例如通过螺钉紧固附接到中空管的末端的组件中。还已设计在缩窄部304下游且在 郁金香31上游的吹出横截面S3的较宽部分305，所述吹出横截面S3大于郁金香31的吹出 横截面Si。另外，本发明中不能超过的临界压力是低气体密度区将延伸超过较宽流通横截面 S3 (换句话说，较宽部分305)时所处的压力，所述较宽部分305紧接在缩窄部304下游，且 因此在郁金香31外侧并紧密接近郁金香31。在本发明的应用中，较宽横截面S3经设计尺 寸以使得在任何正常断开操作期间，压力不达到临界压力，且排出阀92经调节以使得其在 临界压力以上打开。在这些条件下，不在郁金香31下游建立低密度区。排出阀92在本发明所涉及的应用(即，HVDC旁路中断)中具有额外功能。在此方面，在打开具有本发明的中断室的HVDC旁路中断器的操作期间，以及在HVDC电流换流变 电站所装备的功率可控硅整流器中的切换故障的情况下，约几十kA的电流电弧可出现在 起弧接触件2与3之间。压力的增加可接着在空间e中且因此还在体积V3中在与吹出的 方向相反的方向上(也就是说，图2A到2C中从左向右)发生。此压力上升的极大风险相 应地是接触件2和3的非想要的重新闭合。为了避免此重新闭合，排出阀92接着必须以一 方式加载，使得其能够在断开操作中相当早地打开，以使得其在相对低的压力下打开。发明者事实上已选择以一方式加载排出阀92，使得·在断开操作期间，在包含中断室的中断器的正常条件下，其不打开；·在低密度区可延伸超过具有处于缩窄部304下游的流通横截面S3的较宽部分 305时所处的临界压力下，其开始打开；以及·在试图截断电流的异常条件下的断开操作期间，但在存在可控硅整流器中的切 换故障的情况下，其完全打开。在断开操作中(图2A到2C)，肩部301不再机械补偿压缩弹簧8所施加的推力。气体泄漏存在于活塞6与接触件载体7之间以及止回阀10与接触件载体7之间， 且因此能够起作用以便促使缩回到相对于图2A的初始位置略微偏移的位置中。体积V2上 主导的压力补偿超过其到达接触件2和3的断开位置所花费的时间周期T 1的所确定的一 段时间ΔΤ期间压缩弹簧8抵靠着活塞6、61的推力。换句话说，在总时间周期ΔΤ+Τ1期 间，尽管移动接触件3、30执行线性运动，其中其从其闭合位置F(图2A)行进到其断开位置 0(图2B)，但管状吹风喷嘴5大体上保持在其制约位置(图2A中的位置C，以及图2B中的 位置CO)中。事实上，当体积V2与体积Vl之间的压力差补偿弹簧8所施加的推力时，喷嘴 的缩回最初停止。换句话说，不管正实行哪一操作(断开还是闭合)，体积V2中主导的压力都保持 不变且大体上等于包含中断室的整个中断器的绝缘气体的注入压力。在此方面，一个或一 个以上通孔(未图示)形成在接触件载体7中，其使体积V2与包含中断室的高电压设备的 注入空间的其余部分之间的压力能够平衡。另外，在闭合操作期间，在操作杆所施加的推力 下，肩部301抵靠着活塞头部61形成啮合且弹簧8被压缩存在于体积Vl中的气体穿过通 道71和止回阀10排出。在断开操作中，操作杆施加拉力，由于所述拉力，肩部301不再啮 合于活塞头部61上，且弹簧8伸展并在活塞6上施加推力接着在体积V2与Vl之间出现 压力差(即，p2-pl > 0)。这些压力随着活塞在弹簧推力的方向上的移动而增加，且整体达 到平衡接着通常在移动几毫米之后到达制约位置CO。所存在的气体泄漏导致以下事实 体积Vl中主导的压力pi接着具有趋向于等于体积V2中主导的压力p2，但伸展的弹簧8维 持正差p2-pl。活塞6接着移动一点直到孔6010已通过安装密封件67的地方为止。压力 Pl接着变得等于压力P2，且不再存在任何压力来抵抗伸展弹簧8的力活塞6快速加速且 移动到其抵靠着肩部301啮合为止。图3展示对于如图2A到2C所示的中断室1，移动接触件3和吹风喷嘴5的相应 线性运动。从图3可见，当移动接触件3正在约IOOms的时间Tl内从F移动到0时，一旦 接触件3的移动已开始，喷嘴5就略微缩回(也就是说，喷嘴从制约位置C移动到制约位置 CO)，直到由于活塞6的头部61的任一侧上的压力(是弹簧8施加的压力以及分别在体积 Vl和V2中主导的压力pi和p2)而产生的力已达到平衡为止。
接着，在额外的一段时间Δ T期间，喷嘴5在缓慢速度下(约lcm/s)仅通过气体 泄漏缩回喷嘴5接着定位成相当靠近其制约位置C、C0，其中其使已被一个或一个以上电 弧的熄灭污染的气体能够受到制约且接着从其中设置有接触件的区排出。接着，在通常约150ms的时间周期期间，到达断开位置0，且喷嘴5保持在充电屏蔽 之间的绝缘空间e中，借此使得能够发生以下情况·装备有具有中断室的旁路中断器的HVDC变电站的换流变压器中的电流的切换；·在所述确定的一段时间ΔΤ期间，检验所有电流已被完全截断；以及·闭合接触件，同时喷嘴5仍大体上保持在其制约位置C、C0中(此操作在图3中 以虚线指示)。如果所有电流已被本发明的中断室适当地中断，那么一旦此时间ΔΤ+Τ1已逝去 (图2中约为150ms)且由于存在的气体泄漏的缘故，管部分60中的孔6010在插入于活塞 6的管部分60与接触件载体7之间的密封件67中的一者下方通过，以到达对应于在图2B 所示的位置右侧很小距离处的位置的位置。孔6010在其下方通过的密封件67是在图2A、 2B和2C中左侧最远处的密封件；其也是具有比这些图中其右侧的密封件的直径小的直径 的密封件。此右手边密封件67是提供活塞头部61的密封的密封件。接着能够发生绝缘气 体通过压力减小从体积V2到体积Vl的排出，因为绝缘气体接着遵循以下路线体积V2-孔 6010-中空管30与管部分60之间的空间-孔6010-体积VI。这接着使绝缘气体能够在增 强的流动速率下行进到体积Vl中，且这导致喷嘴5朝图2C所示的其缩回位置R的移动，因 为其在弹簧8的伸展与气体从体积V2的快速引入的组合作用下发生。换句话说，活塞头部 61上的推力增加。以此方式，可在约850ms的时间T2内且在约lm/s的速度下获得快速缩 回。因此，弹簧8的此机械推力使得能够非常快地到达管状喷嘴5的缩回位置R。其还 使HVDC控制系统能够更快地恢复全电压，对于本发明的室，此电压通常为至少400kV DC。活塞6呈直线运动的移动由于头部61在中空管30的肩部301上形成机械啮合而 停止(见图2C)。闭合操作严格来说是断开操作的逆操作(使得其从图2C行进到图2A)。操作杆操 作以同步地在移动接触件的中空管30上施加推力以及施加由于支撑吹风喷嘴5的活塞6 的头部61与肩部301的机械啮合而产生的推力。此操作压缩体积Vl中存在的气体，所述 气体穿过止回阀10逃逸到体积V4中。在接触件2和3的闭合位置中(见图2A)，体积Vl 减小到含有使活塞6和其支撑的喷嘴5偏置的弹簧8刚好所必需的大小。如上所述的本发明具有许多优点，如下具有长度e的空间或间隙中不存在固体绝缘；可以串联连接的最少数目的中断室或甚至仅一个中断室获得HVDC旁路中断器；以单一中断室，可截断约几百安培或甚至1000A的电流，同时可承受几百千伏DC 的电压；以及有可能为喷嘴利用例如PTFE等常规绝缘材料。可在不因此脱离本发明的范围的情况下应用许多修改和改进。通过构造，为了提供支撑喷嘴的活塞的气动延迟(也就是说，将喷嘴大体上保持 在其制约位置C中)，上文描述的实施例中的中断室使得能够获得约50ms的一段时间Δ Τ。此技术领域的技术人员将容易能够在一旦已到达断开位置时视需要且明确地说依据用于 检验电流已完全且最终截断的技术手段而使此停延时间适应于喷嘴5的移动中。换句话 说，应以一方式确定该一段时间，使得有可能通过适宜的手段确定电流可能未被截断，且重 新闭合包含本发明的中断室的HVDC旁路中断器。因此，在上文描述的实施例中，准许穿过中空管30的内部的绝缘气体的压力在断 开操作期间增加的绝缘气体的流通横截面的缩窄部304定位成非常接近中空管30与真正 的郁金香接触部分3 (也就是说，具有用于与静止起弧接触杆2的互补型面相配的型面的部 分)之间的接合部。或者，可有利地将缩窄部定位在更上游处，也就是说更接近操作杆耦合 到的附接点300，且明确地说在绝缘气体可从压缩体积V3朝管30的内部流动所穿过的孔 303的水平面处。将缩窄部304定位成非常接近管30与真正的郁金香接触部分31的接合 部的优点在于，体积V3可最大化因此，如果缩窄部304定位在孔303的水平面处，那么体 积V3将减小。类似地，所展示的充电屏蔽大体上呈圆柱形的形式，其屏蔽壁在其自身上向后弯 曲以界定本发明的管状喷嘴经安装以滑动移动进入的圆形开口，管状喷嘴具有与此开口近 似相同的直径。然而，同样可设想充电屏蔽的其它几何形状此类不同形状的屏蔽之间界定 的具有长度e的绝缘空间必须足够大，且吹风喷嘴必须能够从制约位置(其中其将气体制 约在受介电约束的区中)移动到其缩回位置(其中其从所述空间收回)。同样类似地，尽管所展示的实施例表示具有单一移动接触件(即，郁金香接触件 3)的中断室，但同样有可能设想具有双重作用接触件的本发明的实施例，也就是说，其经布 置以在中断室中彼此相背地移动。尽管在图中所示的实施例中止回阀10具有包括具有弹簧的操作杆(用于使环与 接触件载体啮合)的系统的构造，但同样可设想，为了简化布置，当本发明的中断室必须垂 直安装时，仅一个环定位在通道71上，所述环由于重力而从阀的打开位置返回到其抵靠着 接触件载体啮合的位置。
权利要求
一种具有纵轴(XX′)且包含吹弧喷嘴(5)和一对接触件(2、3)的中断室(1)，所述接触件中的至少其中之一(3)是可移动的，所述接触件中的其中之一(3)包括具有内部中空的管(30)，所述管(30)的一端耦合到具有流通横截面S1的真正的接触部分(31)，其中，在所述室中沿着所述室的所述纵轴完全穿过所述中空管(3)的所述内部执行电弧吹出；气体的流通路径中的具有流通横截面S2的缩窄部(304)设置在所述真正的接触部分(31)的上游；以及所述气体的所述流通路径的具有流通横截面S3的较宽部分(305)设置在所述缩窄部(304)与所述真正的接触部分(31)之间，所述流通横截面使得S2＜S1＜S3。
2.根据权利要求1所述的中断室，其中具有所述流通横截面S2和S3的所述吹出气体 的所述流通路径的所述较宽部分(305)经设计尺寸以使得在包含电流吹出室的所述中断 器的正常操作条件下的任何断开操作期间，所述吹出气体的压力不达到临界压力，所述临 界压力是所述较宽部分(305)的下游的低气体密度区在所述真正的接触部分(31)的所述 流通横截面Sl的下游保持受限的压力。
3.根据权利要求1或2所述的中断室(1)，其中所述缩窄部(304)位于具有所述中空 内部的所述管(30)与所述真正的接触部分(31)之间的接合部处。
4.根据任一前述权利要求所述的中断室(1)，其中所述缩窄部(304)位于用于将气体 带入所述中空管(30)中的至少一个通孔(303)处。
5.根据任一前述权利要求所述的中断室(1)，其中直到所述缩窄部为止的吹出体积由 称为排出阀(92)的瓣阀封闭，所述瓣阀以一方式预加载以使得其在包含所述中断室的所述中断器的正常操作条件下的任何正常断开操作中不打开；其在所述临界压力下开始打开，所述临界压力是所述低气体密度区存在于所述真正的 接触部分(31)的所述流通横截面Sl的下游所限于的压力；以及其在包含所述中断室的所述中断器上的异常操作条件下的断开操作期间打开到其最 大量，所述异常条件被界定为当存在与所述接触件(2、3)的断开同时的额外电气故障时出 现的条件，此额外电气故障发生在包含所述中断室(1)的所述中断器的不同电气组件上或 不同电气装置上。
6.一种包含根据任一前述权利要求所述的中断室的高电压中断器。
7.根据权利要求6所述的中断器，其构成断路器或母线隔断器或接地隔断器。
8.一种具有根据权利要求5所述的中断室(1)且构成HVDC旁路中断器的中断器。
9.根据权利要求8所述的HVDC中断器，其具有单一中断室(1)。
10.根据权利要求9所述的HVDC中断器，其中待由所述室截断的电流能够达到几百A 或甚至1000A，且所述室承受的电压能够在直流电中达到至少400kV。
11.一种包含至少一个根据权利要求8到10中任一权利要求所述的HVDC旁路中断器 的HVDC换流变电站。
12.根据权利要求11所述的HVDC换流变电站，其中所述中断器的断流器室的轴是大体 上垂直的。
13.根据权利要求11或12所述的HVDC换流变电站，其包含可控硅整流器，其中所述排出阀(92)在所述可控硅整流器中的切换故障的情况下完全打开，以便避免所述接触件(2、 3)的预料外的重新闭合。
全文摘要
本发明涉及一种中断室、HVDC旁路中断器，和包含此室的HVDC换流变电站，其中完全穿过承载接触件(3)中的其中之一的中空管(30)的内部实行吹出。根据本发明，具有横截面S2的缩窄部(304)形成在具有横截面S1的所述中空管(30)耦合到的真正的接触部分(31)的上游的吹出气体流通路径中。且较宽流通横截面S3(305)形成在所述两者(304、31)之间，也就是说，S2＜S1＜S3。以此方式，避免在所述真正的接触区(31)附近形成低气体密度区，其是在电流截断操作之后最多地暴露于电场的区。如此设计的所述中断室在瞬态恢复电压(TRV)下具有良好的介电强度。
文档编号H01H33/91GK101901722SQ20101015656
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月2日 优先权日2009年4月3日
发明者斯哈伯沃夫冈 申请人:法国阿海珐集团输配电自动中心