[发明专利]电力切换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力切换装置。

背景技术

多端子高压直流（HVDC）传输和分配网络的操作涉及负载和故障/短路电流切换操作。可用于执行该切换的切换组件允许HVDC应用的弹性规划和设计，如具有抽头线路或闭环电路的并行HVDC线路。

用于负载和故障/短路电流切换的已知技术方案是使用一般用于点对点高功率HVDC传输中的基于半导体的开关。基于半导体的开关的使用导致更快速的切换和更小的允通故障电流值。然而，使用该开关的缺点包括高正向损耗、对瞬变敏感以及当设备处于它们的断开状态时缺乏实际的隔离。

用于负载和故障/短路电流切换的另一个已知的技术方案是真空断路器。真空断路器的操作依赖于导电触头的机械分离来打开相关的电气电路。该真空断路器能够允许具有高的短路电流断路能力的高幅度的连续AC电流。

然而，由于不存在电流零点，常规的真空断路器在中断DC电流中展示出差的性能。虽然使用常规真空断路器来中断高达数百安培的低DC电流是可行的，但是由于在低电流处的电弧的不稳定性，该方法不仅是不可靠的而且还与一般在HVDC中出现的电流水平不兼容。

可以通过应用强制电流零点或人工地创建电流零点来使用常规真空断路器执行DC电流中断。该DC电流中断方法涉及将辅助电路与常规真空断路器并联连接，该辅助电路包括电容器、电容器与电感器的组合或者其他振荡电路。在真空断路器的正常操作期间，该辅助电路保持被火花间隙隔离。

当真空断路器的触头开始分离时，接通火花点火间隙以引起经过真空断路器的具有足够幅度的振荡电流，并且因此强制经过断路器的电流通过电流零点。这允许真空断路器成功地中断DC电流。然而，由于需要集成辅助电路的附加组件，所以该配置变得复杂、高成本并且耗费空间。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供了一种包括在一对端子之间并联的真空断路器组件和切换组件的电力切换装置，每个该端子在使用中可连接到电气电路，其中：该真空断路器组件包括至少一个真空断路器，该真空断路器具有在第一末端处连接到该端子中的一个相应的端子并且在第二末端处延伸到真空密封外壳中的第一导电杆和第二导电杆、安装在该导电杆中的第一导电杆的第二末端处或附近的第一电极、以及包括安装在该导电杆中的第二导电杆的第二末端处或附近的支撑基座的开槽线圈、安装在该开槽线圈的内表面上的第二电极以及安装在该支撑基座上的第三电极，该导电杆的该第二末端延伸到该真空密封外壳中，因而该第一电极和第二电极限定正对的接触表面，并且该导电杆中的至少一个导电杆可相对于另一个导电杆移动以打开或关闭该正对的接触表面之间的间隙；并且该切换组件包括至少一个交叉场等离子放电开关，其中，该交叉场等离子放电开关在它的打开状态中不承载任何电流并且在它的关闭状态中传导并且承载电流，在该电力切换装置的使用中，该切换组件可控制地在打开状态与关闭状态之间切换，以改变流经该真空断续器组件的电流。

已发现该电力切换装置中的该真空断路器与切换组件的并联连接以改善使用真空断路器组件来执行的电流中断。

真空断路器组件中的第一电极和开槽线圈的以上配置允许自感应轴向磁场的生成，其中，该自感应轴向磁场与电流中断过程期间在第一电极和第二电极之间汲取的电弧电流垂直。在出现轴向磁场的情况中，电弧电压开始升高，同时电弧电流开始快速下降直到电弧电流达到比电极材料的截断电流值更低的值为止。在该时刻，电流立即下降到零，这导致完全的介质恢复和成功的电流中断。自感应轴向磁场的生成消除了对于将附加设备合并到真空断路器组件中以便生成所需要的轴向磁场的需求，并且因此降低真空断路器组件的布设的复杂度。

该切换组件通过在电流中断过程期间允许改变流经真空断路器组件的电流的大小，提供对电流中断过程的附加控制。可以例如改变电流的大小以将高电流强度对电极的任意不利影响最小化，因而提高真空断路器组件的寿命。

交叉场等离子开关具有快速切换能力，并且可以在它的打开状态中支持高的压降。这因而使得交叉场等离子开关可兼容用于切换组件中，以辅助高压应用中的电流中断。

该电力切换装置中的该真空断路器与该切换组件的并联连接还导致电力切换装置的简单的布设，这因而降低该装置的制造和安装成本。

该开槽线圈的形状以及每个电极的材料可以根据真空断路器的设计要求改变。该开槽线圈可以例如仅包括优选地围绕该线圈的整个周长延伸的单个槽或者包括多个槽，同时可以例如由从可以包括铬-铬、铜-钨、铜钨碳化物、钨、铬或钼的组中选择的耐火材料来制造每个电极。