CN101313370A - 隔离开关及其支撑绝缘子 - Google Patents

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Abstract

一种用于断开处于相对于地至少为100kV的高电压的电流路径的隔离开关，包括两组(14，15)伸长的柱状支撑绝缘子(16)，用于放置在地上以及在地以上的高水平处分别支撑导体末端(19，20)。隔离开关臂(21)被连接到一个或两个所述导体末端并且是可移动的，以便于断开和连接这些导体末端。所述支撑绝缘子的至少外部由疏水橡胶合成绝缘材料制成。

Description

隔离开关及其支撑绝缘子
技术领域
本发明涉及用于物理断开处于相对于地至少100kV高压的电流路径的隔离开关，所述隔离开关包括两组伸长的柱状支撑绝缘子，用于放置在地上并在地以上的高水平处分别支撑包括在所述电流路径中的导体的末端，，其中至少第一所述支撑绝缘子组支撑隔离开关臂，该隔离开关臂通过它的一个末端连接到一个所述导体末端，并可从隔离开关的闭合位置移动，以将所述导体末端彼此断开，其中在闭合位置时臂通过该臂的另一个自由端与另一个导体末端连接。本发明还涉及用于这种隔离开关的支撑绝缘子。
应当指出，虽然没有明确地指出，但是在本公开的内容中“绝缘”是指“电绝缘”。
虽然因为特别关心的是随所述高电压的电平的增加而增加的问题，本发明具体地针对直流电压的情形，但是所述高电压可以是交流电压，也可以是直流电压。由此下面将简要地讨论与HVDC(高压直流)传输系统的换流站相关地设置的隔离开关的情形，用于说明本发明而绝不是限制本发明。
当在连接到这种换流站的直流电压网中传送直流电压时，希望具有尽可能高的电压，这是因为当电压增加时传输损耗减小。因此，正在努力提高这种传输系统的传输线的极相对于地的电压。这也意味着所述电流路径距离地面的高度必须增加。这种类型的隔离开关通常被设置在换流器阀厅(valve hall)外部的开关场中，用于为了进行设备维护或在设备故障时断开设备，以便在传输线出现接地故障等等时断开所述传输线的极。
这意味着当所述高电压增加到更高的电平时，特别是在大约600kV和更高时，会出现问题。为了获得用于这种隔离开关的所述支撑绝缘子的良好飞弧(flash over)性能，需要使它们具有一定的高度，以便于使它们凸出在开关场的其余设备的上面，并且对于与非常高的支撑绝缘子和地震事件相关的机械应力也是敏感的。所述支撑绝缘子通常由陶瓷制成，并配备有沿绝缘子的纵向方向基本上均匀分布的外部径向法兰、群部(shed)。这些部件被形成为具有对应于某一爬电距离(creep distance)的尺寸，这是因为考虑到隔离开关通常受天气影响，诸如下雨，这可能伸长所述爬电距离。此外，每个这种高的支撑绝缘子需要由通过附着于绝缘子的金属法兰互联的多个同轴叠置的支撑绝缘子部分构建，这进一步增加了支撑绝缘子的高度。
发明内容
本发明的目的在于提供在前述技术领域中限定的那种类型的隔离开关及其支撑绝缘子，使得可以减小这种支撑绝缘子的高度，以及通过减小这种支撑绝缘子的高度可以减小这种隔离开关的高度。
根据本发明的该目的是通过提供这种隔离开关而达到的，其中所述支撑绝缘子的至少外部由疏水橡胶合成绝缘材料制成。
通过将这种疏水橡胶合成绝缘材料用于所述支撑绝缘子，由于疏水特性显著地减小在诸如雨和雾的潮湿环境下在绝缘子表面发生任何爬电电流(creeping current)的风险，支撑绝缘子的爬电距离可以被减小。这意味着，隔离开关的支撑绝缘子可被设计成采取更高的kV/mm，而不增加飞弧风险和其它问题。这种橡胶合成绝缘材料相对于将陶瓷用于支撑绝缘子来说另一个优点在于，当存在径向法兰或群部时，其制造过程是使得所述径向法兰或群部可以被做得更薄，这对于在相邻的这种法兰之间的某一自由空间使得每单位长度存在更多的这种法兰，同时也减小了在确定的电压下这种支撑绝缘子的高度。这种制造也使得由这种材料制成的支撑绝缘子长于由陶瓷制成的支撑绝缘子，从而可以减小互联两个叠置的支撑绝缘子部分的所述金属法兰的数目，也可以减小支撑绝缘子的高度，这是因为每个这种互联的金属法兰增加到该高度上。因此，通过将疏水橡胶合成绝缘材料用于这种高电压的隔离开关中的支撑绝缘子的这种新方法可以得到许多优点。这种或类似的合成绝缘材料迄今为止一直被用来封装不同的设备，如断路器、分压器等等。
根据本发明的实施例，所述绝缘材料包括被嵌入在耐高温填充材料中的橡胶。填充材料的防火特性在处理这些高电压时是重要的。
根据本发明的另一个实施例，橡胶被嵌入在也耐电晕的填充材料中，这减小在例如支撑绝缘子的这种相邻的径向法兰之间的气隙中发生绝缘材料击穿的风险。
根据本发明的又一个实施例，所述疏水橡胶合成绝缘材料包含选自硅橡胶化合物的橡胶。发现这种硅胶合成绝缘材料正好具有这里所需要的特性。
根据本发明的再一个实施例，所述橡胶被嵌入在氢氧化铝填充材料中，该氢氧化铝填充材料是用于形成根据本发明的疏水橡胶合成绝缘材料的适当的填充物。
根据本发明的另一个实施例，所述支撑绝缘子基本上全部由所述疏水橡胶合成绝缘材料制成。可以通过用于这种材料的任何已知的制造过程将柱状的支撑绝缘子制造成包括所述径向法兰以及用于连接到其它部件的可能的改进末端部分的一个单件。
根据本发明的又一个实施例，每个所述支撑绝缘子具有沿绝缘子的纵向方向基本均匀分布的多个外部径向法兰或群部。由于使用这种材料，这种径向法兰或群部可以被制造得比如果由陶瓷制成的更薄，使得对于在连续的这种群部之间的确定的气隙来说，每单位长度可以设置更高数目的这种群部。
根据本发明的再一个实施例，支撑所述隔离开关臂的所述支撑绝缘子组具有用于被移动的操纵支撑绝缘子，用于移动所述臂，以便断开和连接所述两个导体末端，该操纵支撑绝缘子由与其它支撑绝缘子相同的材料制成。这意味着对于该操纵支撑绝缘子，其高度可以相应地减小，这对于将隔离开关的高度保持在合理的水平当然是很重要的。
根据本发明的另一个实施例，隔离开关包括钢的或类似材料的支架，所述支撑绝缘子组通过该支架被放置在地上。这样，隔离开关不必通过所述支撑绝缘子直接被放置在地上，而是可以把稳定结构的支架放置在地上，并支撑所述支撑绝缘子。
根据本发明的又一个实施例，每个所述支撑绝缘子由通过要被同轴设置的稳定支撑框架互联的至少两个叠置的支撑绝缘子部分制成。稳定支撑框架可以由金属法兰形成。这在隔离开关被构建成用于非常高的诸如600kV以上的电压时，以及在支撑绝缘子的高度相当大，诸如为大约10米时可以很方便，并且在输送期间处理这种长的支撑绝缘子时，如果它是一件的话，至少是不复杂的。
根据本发明的再一个实施例，每个所述支撑绝缘子部分的长度大于2.5米，优选地大于3米，有利地为大于4米或大于5米。由于制造过程以及用于所述支撑绝缘子的材料的高机械阻力特性，可以把所述支撑绝缘子部分做成如此长，以便减小互联稳定支撑框架(诸如以金属法兰的形式)的数目，并由此减小支撑绝缘子的高度。
根据本发明的另一个实施例，所述隔离开关用于物理断开在相对于地为200kV以上、400kV以上、600kV以上、700-1000kV或约800kV的电压时的电流路径。如上所述，所述电压越高，使用根据本发明的疏水橡胶合成绝缘材料的支撑绝缘子越令人关注，但不为此把本发明限于这种非常高的电压。
根据本发明的又一个实施例，隔离开关用于物理断开通常传导500A以上，例如1kA-5kA电流的电流路径。这些是在要由断路器来中断的、正处于所述高电压的电流路径中通常出现的电流电平。
本发明还涉及根据关于支撑绝缘子的所附权利要求的、用于隔离开关的支撑绝缘子，其中隔离开关用于物理断开处于相对于地至少为100kV的高电压的电流路径，本发明的优点和根据本发明的这种支撑绝缘子的不同实施例的优点可以从根据本发明的隔离开关的以上描述看到。
本发明还涉及与HVDC(高压直流)传输系统的换流站相关的根据本发明的隔离开关或支撑绝缘子的使用，其中根据本发明的隔离开关和支撑绝缘子是特别有利的。隔离开关适于被设置成断开和连接与所述换流站相关的换流器和/或谐波滤波器和/或传输线的极。
从以下的描述将看到本发明另外的优点和有利的特征。
附图说明
下面结合附图对本发明示例性的实施例进行详细描述，其中：
图1示出了HVDC传输系统中的换流站的总体结构示意图，其中适于使用根据本发明的隔离开关；
图2是根据本发明实施例的隔离开关的简化的侧视图；以及
图3是根据图2的隔离开关的一个支撑绝缘子组的、沿III-III线的简化截面图。
具体实施方式
图1示出了HVDC换流站的总体设计。根据本发明的隔离开关被优选地设置为与这种换流站相结合。这个换流站1被设置在具有两个极的HVDC传输线2的一端，一个极3是正极性，另一个极4是负极性。交流系统5通过用于获得所述交流系统的适当电压电平的变压器6被连接到换流站。交流系统可以是具有发电机的任何类型的发电站形式的发电系统，或者是连接到电能用电设备的消费系统或网络，诸如工业和社区。换流站具有两个换流器7、8，换流器具有其直流侧，该直流测一方面被连接到所述两个极3、4中的对应极，另一方面被连接到换流器共用的直流中性装置9，直流中性装置将其低电压侧接地，用于限定每个换流器上的特定电压。该电压典型地可以是在大约400kV-800kV，其中试图尽可能多地提高这个电压，以便于减小如上所述的在线2中的传输损耗。该换流站具有多个用于断开和连接换流器、谐波滤波器(未示出)、传输线的各个极等的隔离开关。一些这种隔离开关10-13被示出仅仅用于举例说明这一点，而为了简化附图，省去了本领域技术人员熟知的另外的设备。
现在参照图2和3对这种隔离开关的实施例进行说明。这种隔离开关被设计成物理断开处于相对于地的高电压的电流路径，图2和3所示的隔离开关被设计成能够断开处于800kV电压的电流路径，该电流路径可以传导4kA的电流。
隔离开关包括具有一个或多个伸长的柱状支撑绝缘子16的两个组14，15，用于在此通过置于稳定钢支架上而放置在地17上，以及支撑每个导体(母线)的末端19、20，其中导体被包括在处于高于地的高水平处的所述电流路径中。这里，导体由互相并联连接的三个缆线形成。在本例中，所述高水平约为13米。第一所述支撑绝缘子组14承载配备有中间铰链22的隔离开关臂21，该中间铰链可以在隔离开关臂闭合所述电流路径(虚线)的位置与隔离开关臂中断所述电流路径(实线)的位置之间轴枢式转动。电动机23被设置在支撑绝缘子组14的支架18上，用于通过作用于与组14的两个支撑绝缘子16具有相似外观的操纵支撑绝缘子24来控制该连接及断开操作。在该实例中，支撑绝缘子组15由三个支撑绝缘子构成。
每个支撑绝缘子被划分成三个支撑绝缘子部分31-33，每个支撑绝缘子部分的长度为3.3米，通过金属法兰和稳定的支撑框架34进行互联。每个金属法兰的高度大约为200mm。
通过放大图A示出了支撑绝缘子具有多个径向法兰或群部35，其沿绝缘子的纵向均匀分布，用于减小发生爬电电流的风险。相对于地的电压将由在连续的这种径向群部35之间如此形成的气隙来分担。
支撑绝缘子由通过将硅胶嵌入防火和耐电晕的氢氧化铝填充物而形成的疏水硅胶合成绝缘材料来制成。由于这种材料的疏水特性，在诸如下雨的潮湿环境下，相对于作为绝缘材料的陶瓷来说爬电电流的风险将大大地减小，使得可以减小爬电距离或泄漏路径，由此这种支撑绝缘子在其纵向方向上可采取更高的KV/mm。这意味着，这种支撑绝缘子的高度可以减小。使径向法兰35更薄的可能性可以将支撑绝缘子的高度进一步减小10-25％，这样，支撑绝缘子的高度在该情况下可以是大约10米加支架的2.5米，而不是特别在具有高地震活动性的区域很难接受的约15米加支架。
此外，已知的陶瓷支撑绝缘子需要被制造成长度约为2米的多个部分，每2米需要一个金属法兰，使得增加到其高度上，而在当前的情形下，所述疏水橡胶合成绝缘材料对于长得多的支撑绝缘子部分也提供了足够的机械稳定性，其中如果需要的话长得多的支撑绝缘子部分例如是5米或更长。
本发明当然绝不限于以上描述的实施例，但本领域普通技术人员将理解其有许多可能的修改方案，而不背离如在所附权利要求中规定的本发明的基本概念。
在每个所述的隔离开关组中，支撑绝缘子的数目当然可以与图中所示的不同。隔离开关臂的结构和控制隔离开关臂运动的方式与本发明无关，其可以以不同于所示的许多其它方式来实现。
正如已指出的，虽然本发明具体地可应用于其中主要出现较高电压的直流电压应用，但是根据本发明的隔离开关也可以用于断开交流电压的电流路径。
应当指出，两个支撑绝缘子组均可以支撑隔离开关臂，两个隔离开关臂然后处于闭合状态，其被连接到位于所述导体末端之间的接触部件。在权利要求中的“臂通过该臂的另一个自由端连接到另一个导体末端”应当被解释为也覆盖间接连接的情形。

Claims (20)

1.一种用于物理断开处于相对于地至少为100kV高电压的电流路径的隔离开关，所述隔离开关包括两组(14，15)伸长的柱状支撑绝缘子(16)，用于放置在地上以及在地以上的高水平处分别支撑包括在所述电流路径中的导体的末端(19，20)，其中至少第一组所述支撑绝缘子(14)支撑隔离开关臂(21)，该隔离开关臂通过它的一个末端连接到一个所述导体末端，并可从隔离开关的闭合位置移动，以将所述导体末端彼此断开，其中在闭合位置时臂通过该臂的另一个自由端与另一个导体末端连接，
其特征在于：所述支撑绝缘子(16)的至少外部由疏水橡胶合成绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的隔离开关，其特征在于：所述绝缘材料包括被嵌入在耐高温填充材料中的橡胶。
3.根据权利要求2所述的隔离开关，其特征在于：橡胶被嵌入在也耐电晕的填充材料中。
4.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述疏水橡胶合成绝缘材料包含选自硅橡胶化合物的橡胶。
5.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述橡胶被嵌入在氢氧化铝填充材料中。
6.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述支撑绝缘子(16)基本上全部由所述疏水橡胶合成绝缘材料制成。
7.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：每个所述支撑绝缘子(16)具有沿绝缘子的纵向方向基本均匀分布的多个外部径向法兰或群部(35)。
8.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：支撑所述隔离开关臂(21)的所述支撑绝缘子组(14)具有适于被移动以移动所述臂的操纵支撑绝缘子(24)，用于断开和连接所述两个导体末端(19，20)，该操纵支撑绝缘子(24)由与其它支撑绝缘子(16)相同的材料制成。
9.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述隔离开关包括钢的或类似材料的支架(18)，所述支撑绝缘子组(14，15)通过该支架被放置在地上。
10.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：每个所述支撑绝缘子(16)由通过要被同轴设置的稳定支撑框架(34)互联的至少两个叠置的支撑绝缘子部分(31-33)形成。
11.根据权利要求10所述的隔离开关，其特征在于：每个所述支撑绝缘子部分(31-33)的长度大于2.5米，优选地大于3米，有利地大于4米或大于5米。
12.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述隔离开关用于物理断开处于相对于地为200kV以上、400kV以上、600kV以上、700-1000kV或约800kV的电压的电流路径。
13.根据前述权利要求的任一项所述的隔离开关，其特征在于：所述隔离开关用于物理断开通常传导500A以上，例如1kA-5kA的电流的电流路径。
14.一种用于隔离开关的支撑绝缘子，其中隔离开关用于物理断开处于相对于地至少为100kV高电压的电流路径，其特征在于：所述支撑绝缘子由疏水橡胶合成绝缘材料制成。
15.根据权利要求1所述的支撑绝缘子，其特征在于：所述绝缘材料包括被嵌入在耐高温填充材料中的橡胶。
16.根据权利要求2所述的支撑绝缘子，其特征在于：橡胶被嵌入在也耐电晕的填充材料中。
17.根据权利要求14-16的任一项所述的支撑绝缘子，其特征在于：所述疏水橡胶合成绝缘材料包含选自硅橡胶化合物的橡胶。
18.根据权利要求14-17的任一项所述的支撑绝缘子，其特征在于：所述橡胶被嵌入在氢氧化铝填充材料中。
19.一种与HVDC(高压直流)传输系统的换流站相关的、根据权利要求1-13的任一项的所述隔离开关或根据权利要求14-18的任一项所述的支撑绝缘子的使用。
20.根据权利要求19所述的使用，其中所述隔离开关被设置成断开和连接与所述换流站相关的换流器和/或谐波滤波器和/或传输线的极。
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Open date: 20081126