[发明专利]电路中断设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高压直流(HVDC)电力传输中使用的开关设备，包括至少一个这样的开关设备的电路中断设备，以及撬杆电路(crowbar circuit)。

背景技术

在输电网络中，交流(AC)电力通常被转换成直流电(DC)电力以用于经由架空线路和/或海底电缆传输。此转换不需要补偿由传输线路或电缆所施加的AC电容性负载的影响，由此减少了线路和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换从而变得具有成本效益。

从AC到DC的电力转换还用于有必要互连运行于不同频率的AC网络的输电网络中。在任何这样的输电网络中，在AC和DC电力的每个交接处均需要转换器来实现所需的转换。

HVDC转换器容易受到DC侧故障或其他异常运行状况的影响，其他异常运行状况能够呈现具有跨DC输电线路或电缆的低阻抗的短路。这样的故障可能是由于绝缘的损坏或击穿、雷击、导体的移动或由外物导致的导体之间的其他意外桥接而发生。

跨DC输电线路或电缆的低阻抗的存在可能不利于HVDC转换器。有时转换器的固有设计意味着其在这样的条件下不能限制电流，导致发展成超过HVDC转换器的额定电流的高故障电流。这样的高故障电流不仅损害HVDC转换器的部件，还导致HVDC转换器离线一段时间。这导致维修和维护受损电气设备硬件的成本增加，并给依靠电气装置工作的终端用户带来不便。因此，能够在检测出高故障电流时立即中断高故障电流很重要。

在转换器控制不能用任何其他手段限制故障电流的情况下，保护HVDC转换器免受来自DC侧故障影响的常规手段是使AC侧断路器跳闸，从而去除通过HVDC转换器将故障馈送到DC侧的电流供应。这是因为目前还没有可商购的HVDC断路器设计。此外，目前几乎所有的HVDC方案是具有连接到DC侧的两个HVDC转换器的点对点方案，其中一个HVDC转换器作为具有电力整流能力的电源，而另一个HVDC转换器作为具有电力逆变能力的电力负载。因此，因为在点对点方案中存在故障需要中断电力流动以允许清除故障，所以使AC侧断路器跳闸是可以接受的。

一类新的HVDC输电网络正被考虑用于长距离移动大量电力，以满足地理上分散的可再生形式的发电的要求，并且用能够支持现代电力交易要求的智能电网的智能和功能对AC输电网络的现有能力进行增强。

这样的HVDC输电网络需要HVDC转换器的多端子互连，从而可以使用并行工作的三个或更多个HVDC转换器在DC侧交换电力。每个HVDC转换器用作源或蓄能库(sink)，以维持网络的整体输入-输出电力平衡，同时根据需要交换电力。HVDC输电网络中的故障必须迅速与网络的其余部分隔离和分离，以便使得网络能够尽快恢复正常电力输送。

传统的AC断路器的电流中断是在电流达到电流零点时实施的，从而大大降低了中断任务的难度。因此，在传统的断路器中，如果未在用于中断电流的限定时间段内出现电流零点，则存在损坏电流中断设备的风险。因此，由于不像AC电流会自然发生电流零点，DC电流不能自然达到电流零点，所以本质上难以实施DC电流中断。

EP0867998B1公开了一种固态的DC断路器，包括串联连接的IGBT的层叠结构，其并联有金属氧化物电涌吸收器(surge arrester)。该方案实现了几毫秒范围内的响应时间，但具有高稳态电力损耗的缺点。

EP 0785625 A2公开了一种用于具有可能的开路故障状态的开关设备的保护装置。该保护装置包括与待保护的开关设备的主载流端子并联连接的晶闸管，所述晶闸管被连接为使得所述晶闸管的正向电流方向与在开关设备的正常运行期间主载流端子之间流动的电流的方向相同，并且所述晶闸管被布置为在超过正常参数标定时提供不可逆的有效短路。

US2011/299204 A1公开了一种用于保护连接到电话连接的第一和第二导轨的电路的结构以抑制过压。该结构包括：在第一和第二导轨之间反串联的第一和第二二极管；第一电容器，与第一和第二二极管共同的第一节点和低基准电压节点之间的第一电阻器并联；以及保护元件，当过电压超过与第一节点的电压相关联的第一阈值时，能够去除任何导轨与低基准电压节点之间的快速过压。

GB 2273832 A公开了一种电涌保护器，包括至少一个晶闸管，其响应于节点上的电涌而导通。如果电涌由于来自连接到该节点的DC偏置源的电流而停留，则提供在电涌之后将晶闸管关断的手段，诸如可提供用于阴极保护。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种开关设备，包括：

初级开关块，包括：