DC断路器制造技术

本发明专利技术涉及DC断路器，具体涉及适合用在高压DC电路中的DC断路器模块(200)。所述断路器模块包括包围在导电外壳(202)内的至少第一断路器电路(100)。所述外壳被配置成使得所述第一断路器电路能够在电气路径中与所述导电外壳外部的电路连接(206)。所述导电外壳还被配置成连接(204)至所述电气路径的节点，使得在使用中，所述导电外壳处于与电路路径的节点相同的电压电位。所述导电外壳可以是标准化的尺寸，并且例如可以是标准的运输容器。本发明专利技术的方法和设备允许由可以在标准化的外壳中建造、测试、运输和安装的模块形成DC断路器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC断路器
本专利技术涉及用于在短路或故障情况下保护高压直流(HVDC)系统的方法和设备。具体地，本专利技术涉及HVDC断路器的设计和组装。
技术介绍
高压直流(HVDC)电力系统能够提供高压交流(HVAC)电力系统的经济和有效的替代方式，特别是在远距离(>50km)传输电力时，HVDC通常具有较低的损耗，并且能提供提高的传输容量。HVDC系统也可以用于促进在异步网络和在不同的AC频率操作的网络之间电力的传递和/或帮助稳定AC网络。一个特定的感兴趣的领域是使用HVDC系统从远程可再生能源诸如从离岸风电或水电场向大陆传输电力。相比AC使用DC系统的一个挑战是在电涌或故障情况下中断电流。在AC系统中，电流每半个周期经过零，因此机械断路器可以在电流零或接近电流零操作以避免当断路器断开时的任何显著的电弧。然而，在DC系统中，不存在电流的这种中断。能够有效地中断DC电流的机械断路器是已知的，不过他们对于现代电力系统太慢，要花几十毫秒的时间。使用半导体开关的断路器能够克服此问题，不过，半导体开关会有高的导通损耗，与半导体断路器有关的损耗可以高达电压源换流站的损耗的30％。解决这些问题的一种形式的HVDC断路器称作“混合”断路器，例如具有如WO2012/100831或WO2013/071980中描述的结构。混合断路器组合机械和半导体部件以提供适合现代HVDC系统的需求的快速、高效的断路器。图1所示为混合断路器的原理图。图1中所示的混合断路器100，其分成并联连接的两个电流路径，由主支路104和辅助支路102组成。辅助支路102包括多个半导体开关，诸如串联连接的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)106。电涌捕获器108与IGBT106并联连接。主支路104包含机械断路器110和换向开关，换向开关可以包括一个或多个IGBT112。如在下文更详细地描述的，辅助支路102包括足够数目的IGBT，以在故障情况下中断电路，因此实际上可能有几十或者甚至上百个串联的开关。为了简洁，图1只示出几个开关元件。换向开关112实际上包括明显更少的IGBT。在正常操作中，主支路的机械断路器110和换向开关112都闭合，即导通。在正常操作期间，辅助支路的半导体开关106通常是断开的，即非导通的(但在一些应用中，在正常操作期间，半导体开关也可能闭合)。在正常操作中，电流流过主支路104。在故障情况下，辅助支路的半导体开关106闭合，换向开关112断开，因此将电流从主支路转移到辅助支路102，允许主支路的机械断路器110断开，无显著的电流从其通过。一旦机械断路器断开，然后辅助支路的IGBT106断开以中断电路。因此，要认识到在正常操作中的电流路径是经由主支路的机械断路器110和换向开关的相对少数的IGBT。与此路径关联的功率损耗因此相对较低。因此，在正常操作期间与机械断路器关联的低功率损耗与IGBT开关组的速度和稳定性组合，产生快速、高效的HVDC断路器。使用中，HVDC断路器会被安装在DC电网中的适当点，例如关联的HVDC转换器或HVDC变电站内。常规上，为了提供电磁干扰(EMI)屏蔽，并且为了提供适当安全和干净的环境，整个DC断路器会被组装并安装在基本上密封和屏蔽的结构内。不过，这的确需要专门建造的结构，其必然相当大以具有必需的电气间隙容置断路器。这可能增加DC断路器的费用，对大结构的需求在一些应用中可能是有问题的，诸如离岸安装。本专利技术的实施例因此涉及缓解上述的问题中的至少一些的DC断路器。
技术实现思路
因此，根据本专利技术的第一实施例，提供了一种适合用在高压DC电路中的DC断路器模块，包括：包围在导电外壳内的至少第一断路器电路；所述外壳被配置成使得在使用中，所述第一断路器电路能够在电气路径中与所述导电外壳外部的电路连接。所述导电外壳还被配置成连接至所述电气路径的节点，使得在使用中，所述导电外壳处于与电路路径的节点相同的电压电位。本专利技术的实施例因此涉及一种模块化的HVDC断路器系统，其允许以一系列独立的模块建造、运输和安装HVDC断路器，不需要为容置断路器专门建造的建筑。单独的模块的使用有利于简便的运输和组装，如下文将描述的，每个模块是自包含的，在使用中可能不需要另外的专门的容器，因此避免了大的专用结构的需要。本领域技术人员会认识到DC转换器通常安装在通常称作阀厅的专门建造的建筑中，以便抑制由变换器产生的电磁干扰(EMI)，提供干净的环境，目的是防止由于由高的DC电压引起的静电沉淀(electrostaticprecipitation)造成的过量灰尘积累。如上文提到的，常规的方法是DC断路器应当位于相似的结构中。本专利技术的专利技术人已经认识到这些因素对于DC断路器远不及对DC变换器那么相关。这是因为在正常操作期间(即当断路器闭合时)，在HVDC断路器的外壳中没有任何装置会产生EMI，即便是在断路器断开时，EMI只是暂时产生的。关于灰尘的积累，已经认识到通过在导电外壳例如金属外壳中设置DC断路器电路，可以显著降低静电沉淀，其中，外壳电连接至断路器电路的适当节点，因此使用中在HVDC线电位操作时，使得在正常操作期间(断路器闭合)，导电的例如金属外壳处于与断路器相同的电压电位。导电外壳可以被配置成连接至第一断路器电路的输入节点或第一断路器电路的输出节点。断路器处于与外壳相同的电位的结果是断路器包含于局部DC电场很低的环境中，因此，在断路器闭合时，不存在灰尘通过静电沉淀在DC断路器设备上积累的机构。此外，确保在闭合时外壳处于与断路器相同的电压电位能够降低对断路器电路的有源带电元件和外壳之间的电气间隙(electricalclearance)的需求，即间隔距离。在正常使用中(当断路器电路闭合)，外壳因此基本上处于与断路器电路的元件相同的电位，因此对电气间隙的需求是最小的。断路器电路的元件和外壳之间所需的电气间隙因此由与在故障条件操作的断路器电路关联的电压确定。在故障情况下，断路器电路会如上文描述的操作。一旦断路器完全断开，故障清除，则在断路器电路的输入和输出节点之间有电压差，其可能高达断路器电路的标称额定电压(nominalratedvoltage)。不过，如本领域技术人员会理解的，当断路器断开时(即在故障清除过程中的几毫秒)经历的电压，称作暂态中断电压(TIV)可能比此标称电压高大约50％。当导电外壳保持与断路器电路的一部分相同的电位时，外壳和断路器电路之间的最大预期电压差因此会等于断路器电路的TIV。因此，是TIV决定外壳和断路器电路之间所需的电气间隙，这将在下文更详细地讨论。通过将DC断路器分成一系列个别的模块，每个模块具有在导电外壳中的断路器电路，在使用中，导电外壳被保持在与断路器电路的节点相同的电压电位，每个模块的感兴趣的电压相对较低，因此每个个别的模块的电气间隙能够相对较低。在一些实施例中，单独的隔离开关可以与断路器串联设置。隔离开关是本领域已知的，通常可以与断路器串联设置，以便一旦断路器已经断开，提供网络的更永久的断开。如果在任何时间长度内，断路器要保持断开，则隔离开关可以被断开，这可能平衡断路器电路和导电外壳上的电压。隔离开关的使用限制模块内所需的绝缘支撑的数量，原因是只需要在断路器内DC断路器设备的绝缘支撑在短的时间段内承受导电外壳和断路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合用在高压DC电路中的DC断路器模块，包括：包围在导电外壳内的至少第一断路器电路；所述外壳被配置成使得在使用中，所述第一断路器电路能够在电气路径中与所述导电外壳外部的电路连接；其中，所述导电外壳还被配置成连接至所述电气路径的节点，使得在使用中，所述导电外壳处于与电路路径的节点相同的电压电位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.05 EP 15150074.11.一种适合用在高压DC电路中的DC断路器模块，包括：包围在导电外壳内的至少第一断路器电路；所述外壳被配置成使得在使用中，所述第一断路器电路能够在电气路径中与所述导电外壳外部的电路连接；其中，所述导电外壳还被配置成连接至所述电气路径的节点，使得在使用中，所述导电外壳处于与电路路径的节点相同的电压电位。2.根据权利要求1所述的DC断路器模块，其特征在于，所述导电外壳被配置成连接至所述第一断路器电路的输入节点或所述第一断路器电路的输出节点。3.根据权利要求1或权利要求2所述的DC断路器模块，其特征在于，所述模块容置在符合ISO标准运输容器的尺寸的结构中。4.根据任一前述权利要求所述的DC断路器模块，其特征在于，在运输容器内或者由运输容器形成所述导电外壳。5.根据任一前述权利要求所述的DC断路器模块，其特征在于，所述导电外壳的至少一个壁形成运输容器的至少一部分。6.根据任一前述权利要求所述的DC断路器模块，还包括在所述导电外壳内的第二断路器电路，所述第一断路器电路和所述第二断路器电路串联连接，所述外壳被配置成使得在使用中，所述第二断路器电路能够在所述电气路径中与所述第一断路器电路连接。7.根据权利要求6所述的DC断路器模块，其特征在于，所述导电外壳被配置成在所述第一断路器电路和所述第二断路器电路之间的连接点连接至节点。8.根据任一前述权利要求所述的DC断路器模块，其特征在于，所述导电外壳包括用于连接电衬套的至少一个连接部位，...

【专利技术属性】
技术研发人员：CC戴维森，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH