[发明专利]断路器

说明书

技术领域

本发明涉及断路器，以及具体来说，涉及能够在点对点和多端高压直流(HVDC)电力采集、传输和分配网络中使用的HVDC断路器或开关设备。

背景技术

当前，不存在能够中断直流高电平然后立即耐受接触件之间的高再施加高dc电压的已知断路器开关接触件系统。已知的是使断路器开关接触件系统能够携带直流高电平并且能够阻断高dc电压，但是不使这种断路器开关接触件系统从前一状态转变到后一状态。

基于线路换向静态电力转换器(Line commutated static power converter：LCC)的HVDC传输网络是已知的，并且对于在正常负载和故障电流情况下中断HVDC传输线中的直流的任何要求通常通过两种手段来提供。首先，通过在传输线的传送端的LCC整流器的相位控制。其次，通过使用HVAC开关设备来中断对LCC整流器的ac供应。

LCC系统使用一般限制在点对点HVDC传输网络，因为LCC用以中断HVDC传输线故障电流的手段使得使传输线电压反向是强制性的。这种电压反向将影响基于LCC的多端HVDC网络中的全部端子，并且因此基于例外LCC的多端HVDC网络在如下基础上来设计：在所有端子的LCC的控制系统必须具有按照在第三端子遭受故障时防止两个全功能端子之间的功率流的方式来协调的保护特征。这类电压反向的一个附加方面在于，HVDC线路绝缘性能受到电压反向不利地影响，以及与这类电压反向兼容的所有已知线路绝缘系统遭受成本和/或大小损失。

基于强制换向电压源转换器(VSC)的HVDC传输网络也是已知的，并且提供多个电力系统有益效果，其中包括采用单向和基本上恒定的HVDC传输电压来实现的双向功率流能力。已知VSC拓扑不能够限制和中断整流模式dc环节电流，以及HVAC开关设备在整流模式用于中断对VSC的ac供应。已知VSC拓扑的一个潜在优点在于，其单向和基本上恒定的HVDC传输电压对于其中任何和所有端子之间的可反向功率流是一个要求的多端HVDC传输网络是有益的。但是，在给定已知VSC拓扑不能够限制和中断整流模式dc环节电流以及还给定能够中断直流高电平然后立即耐受接触件之间的高再施加高dc电压的断路器开关接触件系统的不可用性的情况下，这类多端HVDC传输网络的所有端子在以下步骤进行的同时遭受功率流的间断性。

(i)断开在所有端子的HVAC开关设备，以便清除故障电流，

(ii)断开HVDC空载隔离器，以便隔离有故障端子的HVDC端子，

(iii)闭合在所有端子的HVAC预充电开关设备，以便允许HVDC传输电压被恢复以及允许对应VSC与其HVAC网络再同步，以及

(iv)闭合在所有端子的HVAC开关设备，以便允许HVDC功率流的恢复。

适当电力系统设计过程用于使功率流的这种间断性的持续时间为最小，但是可能预计至少一秒的持续时间。

电力系统设计的另一个关键方面是HVDC传输线故障电流限制，情况是HVDC故障电流幅值为来自相应端子的份额之和。这种HVDC故障电流情况对电缆和开关设备额定值的端子影响会是显著的。

提出多端HVDC传输网络，作为克服能量装置(例如，风机、海底涡轮机以及从波浪或潮汐流抽取能量的其它再生能量装置)或其它电源的固有间断性和不便利位置的影响的主要方法，以及同时这些网络增加向由各端子来馈电的负载的电力供应的安全性。出现对于远程定位电源和负载的广泛并且复杂的互连的要求，以及考虑HVAC传输网络的已知限制，我们认识到，如果去除HVDC电流中断的上述障碍，则多端HVDC方式是最适合的。相应地，提出了克服这个障碍、即满足中断HVDC电路中的电流的要求的许多方法，但是还没有方法达到了实际可行性。

许多断路器开关接触件系统按照减小单独开关接触件系统的伏安额定值的方式的串联和/或并联连接已知在感兴趣额定值(通常>100 kV并且>1000 A)不是可行的，并且因此这些方法一般采用开关接触件系统的杂交原理，即，能够携带直流高电平并且能够阻断高dc电压，但是不能从前一状态转变到后一状态，其中具有执行电流中断的另一个电路。杂交的以下方面在ac电流中断或者dc电流中断的上下文中是已知的：

·      无源谐振电路与断路器开关接触件系统并联连接，以便引起开路和起弧开关接触件系统中的电流的瞬态反向。这种布置固有地能够与两种极性的dc电流一起操作并且具有低功率损耗。