真空切换组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种真空切换组件和电力切换装置。
【背景技术】
[0002]多端子高压直流(high voltage direct current，HVDC)输电和配电网络的操作涉及负荷和故障/短路电流切换操作。切换组件执行这种切换的可用性允许规划和设计HVDC应用(诸如，具有抽头线的平行HVDC线或闭环电路)时的灵活性。
[0003]负载和故障/短路电流切换的已知解决方案是使用基于半导体的开关，其中基于半导体的开关通常被用在点对点的高功率HVDC传输中。使用基于半导体的开关的结果是更快速的切换和更小的允通故障电流值。然而，使用这种开关的缺点包括高转发损耗、对瞬态敏感和当装置处于其断开状态时缺乏有形隔离。
[0004]负载和故障/短路电流切换的另一种已知解决方案是真空断路器。真空断路器的操作依赖于导电电极的机械分离来断开相关联的电路。这种真空断路器能够允许高幅值的连续AC电流具有高的短路电流中断能力。
[0005]然而，常规真空断路器由于不存在电流零而在中断DC电流方面展现差的性能。尽管使用传统的真空断路器来中断低至几百安培的DC电流是可行的，但是由于低电流下电弧的不稳定性，这种方法不仅是不可靠的，也与HVDC应用中通常发现的电流发水平不兼容。
[0006]通过施加强制电流零或者人工地创建电流零，使用常规真空断路器能够实施DC电流中断。DC电流中断的方法包括在常规真空断路器两端并连辅助电路，该辅助电路包括电容器、电容器和电感器的组合或任何其他振荡电路。在真空断路器的正常操作期间，辅助电路保持有火花间隙隔离。
[0007]当真空断路器的电极开始分离时，火花点火间隙被导通以在真空断路器两端引入足够大的振荡电流，并且从而迫使断路器两端的电流穿过电流零。这允许真空断路器成功地中断DC电流。然而，由于这种布置需要整合辅助电路的附加部件，所以是复杂的、昂贵的、并且是占用空间的。
[0008]此外，需要使真空断路器的电极分隔开预定的间隙，以使得真空断路器成功地中断DC电流。这意味着，在形成电极之间的预定间隙过程中，真空断路器的响应能力受一个或每个电极的移动速度的限制。
[0009]此外，电极的隔离导致产生能够改变或损坏电极表面的金属蒸气电弧。这进而可以引起在真空断路器的寿命期间真空断路器的介电行为波动，从而导致不可靠的真空断路器。
【发明内容】
[0010]根据本发明的第一方面，提供一种用于切换AC或DC电流的真空切换组件，所述真空切换组件包括真空开关，所述真空开关包括:
[0011]第一电极和第二电极，位于真空气密外壳中，所述真空气密外壳包含气体或气体混合物，所述第一电极和第二电极限定由间隙隔开的相对电极，所述第一电极和第二电极中的每个能够被连接至携带AC或DC电压的相应电路；以及
[0012]压力控制器，被配置为控制所述真空气密外壳的内部压力，其中所述压力控制器被配置为在第一真空水平与第二真空水平之间选择性地切换所述真空气密外壳的所述内部压力:
[0013]所述第一真空水平允许在所述真空气密外壳中形成和维持辉光放电，以允许电流经由所述辉光放电在所述第一电极与第二电极之间流动，以便导通所述真空开关；以及
[0014]所述第二真空水平抑制在所述真空气密外壳中形成和维持辉光放电，以防止电流经由所述辉光放电在所述第一电极与第二电极之间流动，以便断开所述真空开关。
[0015]真空气密外壳中的气体可以是，但不限于氢、氮、氩、氦、氖、氙、其化合物或SF6。类似地，真空气密外壳中的气体混合物可以包括，但不限于氢、氮、氩、氦、氖、氙、其化合物和/或 SF6。
[0016]所述第二真空水平可以具有比所述第一真空水平低或高的压力值。
[0017]压力控制器的配置可以变化，以使得能够控制真空气密外壳的内部压力。例如，压力控制器可以包括:栗送装置，被配置为从所述真空气密外壳选择性地去除至少部分气体或气体混合物;和/或排气装置或质量流量控制器，被配置为将气体或气体混合物选择性地引入所述真空气密外壳。
[0018]在使用中，第一和第二电极中的每个被连接到携带AC或DC电压的相应电路。因此，当真空开关被断开时，在第一电极与第二电极之间出现差分电压，并且当真空开关被导通时，电流在第一电极与第二电极之间流动。
[0019]为了导通真空开关，压力控制器将真空气密外壳的内部压力从第二真空水平切换到第一真空水平，其中第一真空水平具有比第二真空水平更高或更低的压力值。这将真空气密外壳中气体或气体混合物的密度增大或减小到允许在真空气密外壳中形成辉光放电的水平。
[0020]然后通过使电流穿过气体或气体混合物以便电离气体或气体混合物而形成辉光放电。为了能够在真空气密外壳中形成辉光放电，真空开关可以被如下配置。
[0021]在本发明的实施例中，所述真空开关还可以包括与所述第一电极间隔开的第一触发电极和/或与所述第二电极间隔开的第二触发电极，并且所述真空开关还可以包括第一电压控制器，被配置为控制所述触发电极或每个触发电极的所述电压，所述第一电压控制器被配置为在所述触发电极或每个触发电极与所述第一电极和第二电极中对应一个之间选择性地产生差分电压，以便电离所述气体或气体混合物并且从而在所述真空气密外壳中形成所述辉光放电。
[0022]在将真空气密外壳的内部压力从第二真空水平切换到第一真空水平的过程中，在第一电极与第二电极之间可能会发生电击穿，从而导致形成电诱导击穿弧放电，这可以损坏或改变电极的表面。
[0023]所述第一电压控制器还可以被配置为当所述真空气密外壳的所述内部压力从所述第二真空水平切换至所述第一真空水平时，在所述真空气密外壳的所述内部压力达到允许形成电诱导击穿弧放电的真空水平之前，在所述触发电极或每个触发电极与所述第一电极和第二电极中对应一个之间选择性地产生差分电压，以便电离所述气体或气体混合物并且从而在所述真空气密外壳中形成所述辉光放电。这确保真空气密外壳的所述内部压力从所述第二真空水平到所述第一真空水平的切换没有导致形成电诱导击穿弧放电。
[0024]在本发明的其他实施例中，所述真空开关还可以包括第二电压控制器，被配置为在所述第一电极与第二电极之间选择性地产生差分电压，以便电离所述气体或气体混合物并且从而在所述真空气密外壳中形成所述辉光放电。
[0025]随着在真空气密外壳中形成辉光放电，辉光放电提供电流在第一电极与第二电极之间流动的路径。以这种方式，真空开关被导通。将真空气密外壳的内部压力控制在第一真空水平处允许维持真空气密外壳中的辉光放电并且从而能够保持真空开关导通。
[0026]与金属蒸气电弧不同，辉光放电不改变或损坏电极的表面，从而使得真空开关能够在真空开关的寿命期间提供一致的介电行为。
[0027]优选地，所述第一真空水平为0.01托到0.1托的范围。然而，可以理解地是，在本发明的其他实施例中，第一真空水平的压力值可以变化，只要它允许且维持真空气密外壳中的辉光放电，以允许电流经由辉光放电在第一电极与第二电极之间流动。
[0028]可选地，所述第一真空水平可以对应于所述气体或气体混合物的巴邢最小状态。在气体或气体混合物的巴邢最小状态下，第一电极与第二电极之间的介电强度处于其最小值。这使得在第一电极和第二电极两端的电压降被保持在最小值，并且从而当真空开关被导通时最小化电极的表面之间的能量耗散。
[0029]在真空开关导通过程中，在第一和第二电极之间的电压降随着真空气密外壳中气体或气体混合物的类型变化。因此，当在所述真空气密外壳的所述内部压力的所述第一真空水平处导通所述真空开关时，所述气体或气体混合物可以被选择为最小化在所述第一电极和第二电极之间出现的电压。
[0030]为了断开真空开关，压力控制器将真空气密外壳的内部压力从第一真空水平切换到第二真空水平，其中所述第二真空水平具有比第一真空水平更低或更高的压力值。这将真空气密外壳中的气体或气体混合物的密度增大或减小到抑制在真空气密外壳中维持辉光放电的水平。因此，辉光放电熄灭，从而移除电流在第一电极与第二电极之间流动的路径。以这种方式，真空开关被断开。将真空气密外壳的内部压力控制在第二真空水平处抑制了在真空气密外壳中形成新的辉光放电，由此使得真空开关保持断开。
[0031]因此，在真空开关中包括压力控制器得到能够切换AC和DC电流的真空切换组件，而无需使用移动电极并且无需电极之间的金属蒸气电弧，从而消除了在切换常规真空断路器期间与电极的分离相关的前述问题。根据本发明的真空切换组件可以形成电