[发明专利]用于高压直流电网的CO2

说明书

本发明涉及一种用于高压或中压直流电网的开关，该开关包括具有密封外壳的DC断路器(5)，该密封外壳包含气态流体，该气态流体包括在20℃的温度下测量的在0.65MPa至1.1MPa范围内的压力下的至少70％体积的二氧化碳，以及谐振电路，该谐振电路具有以μF为单位的电容(C)的值和以μH为单位的小于2700×C^‑0.84的电感(L)。

技术领域

本发明涉及高压直流(HVDC)传输网络或中压直流(MVDC)传输网络的一般技术领域。

更具体地，本发明涉及用于中断高压或中压DC传输网络的线路中的直流(DC)的HVDC或MVDC气体绝缘开关。

本发明的一个特别有利的应用在于高压或中压直流网络的技术领域，用于将功率从网络的一个路径切换到另一个路径，例如在极点(pole)上发生故障的情况下，或者在网络极点上进行长时间的维护操作的情况下。

背景技术

DC网络中，使用包括支路的开关是已知的，该支路具有直流断路器，该直流断路器具有封闭在包含气态流体的密封外壳中的有源断路构件。现有技术提出了许多制造气体绝缘的DC断路器的技术方案。

例如，在“电气工程师学会1994年的功率-能源分区会议期刊(Journal of thepower-energy division conference 1994of Institute of Electrical Engineers)”，第621号，第824-825页中描述了一种已知的断路器。气体绝缘的DC断路器放置在DC网络线路的支路中。与包含断路器的支路并行地连接的首先是具有能量吸收器元件(用于吸收任何电压浪涌)的支路，其次是具有给定电容和给定电感的谐振电路。

DC断路器是气体喷射型的并且包括封闭在包含气态流体的密封外壳中的有源断路构件。断路器具有用于允许DC流动的固定触头和具有固定到其上的介电喷嘴的鼓风缸中的可动触头。在现有技术中，当集成在可动触头中的活塞杆相对于固定到固定触头的鼓风活塞移动时，电弧在触头之间被击穿。当活塞杆移动时，包含在外壳内的灭弧气体(通常为SF₆)被压缩以便吹到电弧上。

对于直流电流，仅将SF₆喷射到DC电弧上可能不足以中断电弧并成功熄灭电弧，因为与交流电流(AC)不同，直流电流没有周期性的电流过零点。

为了熄灭电弧，包括电感和电容的谐振电路因此与断路器并联耦接，以便在直流电流上叠加振荡电流，从而为断路器提供过零点。这使得被喷射系统压缩的SF₆气体被吹向电弧并迫使电弧熄灭。

鉴于DC网络需要更高的电压，相关联的开关需要在电流值(电流值可能高达6000安培(A))方面提高其开关性能。该电流值开关性能还必须适用于开关的宽工作温度范围。通常，即使当工作温度降至-50℃时，此类开关也需要保持其电流值开关性能。

专利US5737162提出在串联连接电路断路器时将DC断路器保存在标准密封外壳中。该方案存在地面上占地面积大且成本高的缺点。

专利EP0740320提出根据DC的中断值优化谐振电路的阻抗和电容值。

还提出了使用各种类型的灭弧气体的提议，如专利申请US2016/261095中的示例所述，其提出使用二氧化碳作为SF₆的替代物以便熄灭电气装置中的电弧，用于电能的生产、运输、分配和/或利用。然而，由于使用的每种类型的气体改变了熄灭电弧的条件，因此该文献没有教导如何在包括谐振电路的DC断路器中实现。

同样，专利申请US2011/0175460描述了一种用于DC网络的开关，该DC网络具有谐振电路和封装在包含SF₆的外壳中的有源断路构件。对于这样的SF₆气态介质，该文献提出使用足够大的电容值来切换DC，而不管选择的电感值。考虑到电弧稳定性标准，该方案不能优化谐振电路的整体尺寸，这实际上限制了LC电路的电感L可以使用的范围。