中断室、hvdc旁路中断器,和具有此室的高压直流换流变电站的制作方法

专利名称：中断室、hvdc旁路中断器,和具有此室的高压直流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。本发明涉及中断室中的移动接触件和气吹喷嘴的动力学。更明确地说，其适用于HVDC旁路中断器的构造及集成到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 介电应力。本申请人对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。因此，本发明的目的是通过提议能够以减小的大小和成本获得HVDC旁路中断器 的解决方案来减轻上文提及的缺点。

发明内容
依照此目的，本发明提供一种具有纵轴的中断室，且其包括·单一对接触件，其至少一者适于通过操作杆沿着纵轴以直线运动移动；· 一对分段屏蔽，其布置成其相应的屏蔽壁沿着纵轴以固定距离S彼此分离以用 以限定一界定绝缘空间，所述分段屏蔽各自布置在所述单一对的接触件的每一者周围，无 论其位置如何；以及·大体上管状形式的绝缘吹弧喷嘴，其也可沿着纵轴以直线运动移动；其中所述或 每一移动接触件和管状喷嘴可彼此独立地移动，使得 在接触件的闭合位置中，管状喷嘴处于称为制约位置的位置中，其中其至少延伸 到具有长度g的所述绝缘空间中，其中喷嘴围绕接触件； 在断开操作期间，管状喷嘴保持大体上固持在其制约位置中，至少直到所述或每 一移动接触件已到达断开位置为止；以及· 一旦断开操作完成且所有电流被截断，管状喷嘴就移动到称为缩回位置的位置 中，其中其从所述绝缘空间缩回。发明者不仅已成功地分开承受HVDC电压的能力与对直流电的截断，而且其还已 成功地仅使用单一中断室实现此性能，因为在共同室中接触件与绝缘吹风喷嘴机械脱离。因此，即使确实存在电再触发的风险，以及因此在断开接触件的操作期间维持直 流电的风险，但本发明的管状喷嘴固持在适当位置，即大体上在其制约位置中，这使被任何 电弧污染的绝缘气体能够被制约在接触区内，且能够容易地从接触区排出。本发明使得能够仅在所有电流已被截断之后实现绝缘管状喷嘴到无介电应力的 区中的缩回。换句话说，在HVDC中，本发明的仅具有一个中断室的旁路中断器实行制约可能出 现的所有电流电弧以及承受瞬态恢复电压的功能。在优选实施例中，喷嘴在断开操作期间通过室的绝缘气体作用于喷嘴上的气压而 固持在其制约位置中。在此实施例中，将气压有利地施加于相对于喷嘴静止且设置为活塞的部件上，所述活塞安装在构成接触件载体的静止部件中，以便围绕移动接触件的一者进行滑动移动。有利的是，喷嘴从所述绝缘空间朝其缩回位置的移动在接触件变为完全断开的瞬 间之后，在确定的一段时间后发生。优选地，所述时间的逝去经确定以使得有可能在喷嘴固持在其制约位置中且仍存 在待截断的电流时执行闭合移动接触件的操作。在优选变型中，所述一段时间为约100ms。 此一段时间经选择以使得适当的电子单元能够检验所有电流已被中断。因此，如果无论如 何都存在一些电流，那么仍有可能在管状吹风喷嘴保持大体上在其初始制约位置中时闭合 接触件。在优选变型中，通过压缩弹簧而执行喷嘴从所述绝缘空间朝其缩回位置的移动， 所述压缩弹簧的一端静止，其另一端耦合到本身相对于可移动喷嘴静止的部件，在所述确 定的一段时间之后执行弹簧到喷嘴的缩回位置的伸展。因此，可仅使用弹簧在其压缩状态 中存储的能量来实现喷嘴到其缩回位置的缩回。压缩弹簧可有利地设置在活塞与接触件载体之间界定的可变体积Vl内。而且优 选的是，其末端的一者抵靠着接触件载体啮合，而其另一端紧固到活塞。移动接触件的一者优选具有肩部(shoulder)，且接触件载体在体积Vl的区中包 含上面安装有止回阀的通道，使得存在于体积Vl中的绝缘气体 在一闭合操作中，通过活塞抵靠在移动接触件的肩部进行机械对接的动作，经由 所述通道和在通道的打开条件中的止回阀排出，使得体积Vl减小到容纳处于其压缩状态 中的弹簧所需的最小值；以及·所述绝缘气体在一断开操作中，在所确定的一段时间期间，除活塞与接触件载 体之间或止回阀与接触件载体之间可能发生的任何气体泄漏外，在接触件载体与移动接触 件之间(在活塞的与上面定位有弹簧的一侧相对的一侧上)所界定的体积V2中主导的 (prevailing)压力的作用下维持在其最少量，体积V2和Vl中主导的压力之间的差补偿抵 靠着活塞压缩的弹簧在所述确定的一段时间期间所施加的推力。如此处和本发明的上下文中所使用，表达“气体泄漏”应理解为指绝缘气体在所涉 及的断路器室的部分之间的泄漏。在有利构造中·将活塞头部接合到喷嘴的活塞的管状部分与移动接触件间隔开，且具有通孔；·移动接触件与活塞的管部分之间的活塞头部具有在体积Vl与V2之间的另一通 孔，活塞的管部分的所述通孔以一方式布置，使得在所述确定一段时间之后，气体泄漏已将 活塞带到使来自体积V2的气体能够经由通孔穿透到体积Vl中的位置中，其加速紧固到活 塞的喷嘴朝其缩回位置的移动。在本发明的范围内完全可想像到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。所述中断器可构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。此具有单一断路器室的HVDC旁路中断器能够截断可达到几百安培(A)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。
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，中断器的中断室的轴大体上垂直。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重力收集在室的基底处，且因为其准许较简 单地安装在本发明中用以经由活塞排出气体的止回阀。


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，即，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Ctl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示出了表示在图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。
具体实施例方式图2B和2C中展示本发明的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，在感应电流的截断期 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 其自身附接到分段屏蔽。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分段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所示的本发明的断路器室1在纵轴XX'上延伸且被填充有例如SF6、 氮气、CF4或CO2，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 禾口 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还形成有限定肩部301的外部缩窄部。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进一步包含一对分段屏蔽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(point effect)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。每一分段屏蔽的相应屏蔽壁400和 410界定圆形开口，且其间隔开固定距离&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 分段屏蔽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中示出。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)的分段屏蔽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，除了活塞6或管状喷嘴5与屏蔽壁410之间 的绝缘气体的气体泄漏之外。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 由分段屏蔽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断路器室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。当开始对包含本发明的中断室1的HVDC旁路中断器进行断开操作时，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，即，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的。在此方 面，发明者已有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，而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在瞬态恢复电压(TRV)下确保所述 郁金香的介电强度。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，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。另外，本发明中不能超过的临界压力是指，在此压力下，尽管提供有郁金香31上 游的缩窄部304，但在缩窄部304与外部之间(紧靠郁金香31的末端处)可出现低气体密 度区。因此，在所展示的实施例中，排出阀92经调节以使得其在临界压力下完全打开，使得 在这些条件下低气体密度值被限制在介电应力区中。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互中且因此还在体积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，在包含用于中断其电流的断路器室的中断器的绝缘气体的注 入压力下，其不打开；以及 在试图中断电流的断开操作期间，但在存在可控硅整流器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，在超过其到达接触件2和3的断开位置所花费的时间周期Tl的所确定的 一段时间ΔΤ期间，压缩弹簧8抵靠活塞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Ctl)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Ctl。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形成对接为止。图3示出了对于如图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C。)，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、Ctl，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保持在分段屏蔽 之间的绝缘空间g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(、(；*(此操作在图3中 以虚线指示)。如果所有电流已被根据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中的其中之一下方通过，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上形成机械对接而 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S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；·以单一断路器室，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构架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断路器室使得能够获得约50ms的一段时间 ΔΤ。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，应以一方式确定时间逝去，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断路器室的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，所展示的分段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，同样可设想分段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S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 置以在断路器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，当本发明的断路器室必须 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′)的中断室(1)，其包括单一对接触件(2、3)，其至少一者(3)适于通过操作杆沿着所述纵轴(XX′)以直线运动移动；一对分段屏蔽(40、41)，其布置成分段屏蔽(40、41)相应的屏蔽壁(400、410)沿着所述纵轴(XX′)以固定距离彼此分离，用以限定一绝缘空间，所述分段屏蔽各自布置在所述单一对的所述接触件的每一者周围，无论其位置如何；以及大体上管状形式的绝缘吹弧喷嘴(5)，其也可沿着所述纵轴(XX′)以直线运动移动；其中所述或每一移动接触件(3)和所述管状喷嘴(5)可彼此独立地移动，使得在所述接触件的闭合位置中，所述管状喷嘴处于称为制约位置(C)的位置中，其中其在所述接触件(2、3)与所述分段屏蔽(40、41)的所述屏蔽壁(400、410)之间至少延伸到具有长度e的所述绝缘空间中；在断开操作期间，所述管状喷嘴(5)保持大体上固持在其制约位置(C)中，至少直到所述或每一移动接触件已到达断开位置(O)为止；以及一旦所述断开操作完成且所有电流被截断，所述管状喷嘴(5)就移动到称为缩回位置(R)的位置中，其中其从所述绝缘空间缩回。
2.根据权利要求1所述的中断室(1)，其中所述喷嘴在断开操作期间通过所述室的绝 缘气体作用于所述喷嘴上的气压而固持在其制约位置中。
3.根据权利要求2所述的中断室(1)，其中所述气压施加于相对于所述喷嘴(5)静止 且设置为活塞的部件(6)上，所述活塞(6)安装在构成接触件载体(7)的静止部件中，以便 围绕所述移动接触件(3、30)中的一者进行滑动移动。
4.根据权利要求1所述的中断室(1)，其中所述喷嘴(5)从所述绝缘空间向其缩回位 置(R)的所述移动在所述接触件(2、3)变为完全断开的瞬间之后，在确定的一段时间后发 生。
5.根据权利要求4所述的中断室(1)，其中所述一段时间是这样确定，以使得有可能在 所述喷嘴固持在其制约位置(C)中且仍存在待截断的电流时执行闭合所述移动接触件(3) 的操作。
6.根据权利要求5所述的中断室(1)，其中所述的一段时间为约100ms。
7.根据权利要求4所述的中断室(1)，其中通过压缩弹簧(8)执行所述喷嘴从所述绝 缘空间朝其缩回位置的所述移动，所述压缩弹簧(8)的一端静止，其另一端耦合到本身相 对于所述可移动喷嘴(5)静止的部件(6)，在所述确定的一段时间之后执行所述弹簧(8)到 所述喷嘴(5)的所述缩回位置(R)的伸展。
8.根据权利要求7所述的中断室(1)，其中所述压缩弹簧(8)设置在所述活塞(6)与 所述接触件载体(7)之间界定的可变体积Vl内。
9.根据权利要求8所述的中断室(1)，其中所述移动接触件(3、30)中的一者具有肩部 (301)，且其中所述接触件载体(7)在所述体积Vl的区中包含上面安装有止回阀(10)的通 道(71)，存在于所述体积Vl中的所述绝缘气体在一闭合操作中，通过所述活塞(6)抵靠在所述移动接触件(3)的所述肩部(301)进 行机械对接的动作，经由所述通道(71)和在所述通道打开条件中的所述止回阀(10)排出， 使得所述体积Vl减小到容纳处于其压缩状态中的所述弹簧所需的最小值；以及2所述绝缘气体在一断开操作中，在所述确定的一段时间期间，除所述活塞与接触件载 体之间或所述止回阀与所述接触件载体之间可能发生的任何气体泄漏外，在所述活塞的与 上面定位有所述弹簧的一侧相对的一侧，在所述接触件载体(7)与所述移动接触件(3)之 间所限定的体积V2中主导的压力的作用下，维持在其最少量，所述体积V2和Vl中主导的 压力之间的差补偿抵靠着所述活塞(6、61)而压缩的所述弹簧(8)在所述确定的一段时间 期间所施加的推力。
10.根据权利要求9所述的中断室(1)，其中 将所述活塞头部(61)接合到所述喷嘴(5)的所述活塞(6)的管部分(60、601)与所述 移动接触件间隔开，且具有通孔(6010)； 所述移动接触件(3)与所述活塞的所述管部分(60、601)之间的所述活塞头部(61)具 有在所述体积Vl与V2之间的另一通孔(6100)，所述活塞的所述管部分(60)的所述通孔 (6010)布置为，在所述确定的一段时间之后，所述气体泄漏已使所述活塞(6)到达能够使 来自所述体积V2的气体经由所述通孔(6010、6100)穿透到所述体积Vl中的位置中，其加 速紧固在所述活塞(6)的所述喷嘴(5)向其缩回位置移动。
11.根据任一前述权利要求所述的中断室，其中两个接触件均为可移动的，传输构件布 置在所述室中以用于使所述接触件彼此分离。
12.一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。
13.根据权利要求12所述的中断器，其构成断路器或母线隔断器或接地隔断器。
14.一种具有根据任一前述权利要求所述的中断室(1)且构成HVDC旁路中断器的中断ο
15.根据权利要求14所述的HVDC中断器，其具有单一断路器室(1)。
16.根据权利要求15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安 培或甚至1000A，且所述室承受的电压能够在直流电中达到至少400kV。
17.一种包含至少一个根据权利要求14到16中任一权利要求所述的HVDC旁路中断器 的HVDC换流变电站。
18.根据权利要求17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。
全文摘要
本发明涉及一种用于中断室、HVDC旁路中断器，和具有此室的高压直流换流变电站中的移动接触件和吹气喷嘴的新颖动态模型。根据本发明，以一方式独立地致动移动接触件(3)和吹弧喷嘴(5)，使得在所述接触件的闭合位置中，所述喷嘴(5)处于称为制约位置(C)的位置中，其中其至少在分段屏蔽(40、41)之间延伸并围绕所述接触件(2、3)；在断开操作期间，所述管状喷嘴(5)保持大体上固持在其制约位置中，至少直到所述或每一移动接触件(3)已到达断开位置(O)为止；以及，一旦所述断开操作完成且所有起弧电流被截断，所述管状喷嘴(5)便移动到称为缩回位置(R)的位置中，其中其从所述绝缘空间缩回。
文档编号H02J3/36GK101901721SQ20101015656
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