CN103430414B - 用于高压直流传输路径的开关 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种用于高压直流传输路径的开关，其具有用于切断传输路径的真空功率开关（3）和用于切断传输路径的气体绝缘的功率开关（5），其中，所述气体绝缘的功率开关（5）和所述真空功率开关（3）串联安置。此外设有装置（4）用于建立传输路径中电流的反向电流以降低经过真空功率开关（3）的电流。开关元件由控制装置控制，使得在处于电流的过零或接近其处进行关断。

Description

用于高压直流传输路径的开关
技术领域
本发明涉及一种用于高压直流传输的传输路径的开关。
背景技术
用于高压直流传输（HVDC或），尤其是建造HVDC-多终端和HVDC-网络系统，需要功率开关。该功率开关必须能够既可靠地关断额定电流又可靠地关断短路电流。当前的额定电压为550kV。在未来额定电压可以达到800kV或者甚至1000kV。额定电流为2kA到5kA。待关断的短路电流可达到额定电流的多倍。用于高压直流传输的功率开关必须额外确保电流隔离。截至目前的设备以点对点解决方案实施。该设备的关断由相应的换流站的闭环控制来执行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，给出一种用于高压直流传输的传输路径的开关，利用其以尽可能简单的结构可以实现额定电流和短路电流的安全关断。
该技术问题通过带有权利要求1的特征的开关解决。从属权利要求涉及开关的有利构型。
根据本发明的用于高压直流传输的传输路径的开关具有由第一和第二开关装置组成的串联电路，其中，第一开关装置构造用于电流中断而第二开关装置构造用于电压绝缘。最终，开关包括建立传输路径中电流的反向电流的装置，以降低经过开关装置的电流。在此第一开关装置具有真空功率开关。第二开关装置优选具有气体绝缘的、油绝缘的或少油的功率开关。
对于本发明公知的是，有利地可以如此达到开关过程的改进，即建立反向电流，其将流经真空功率开关的电流降低。尤其在此产生电流的过零。这些都是可行的，因为在设备的情况下极性从开始就是已知的，而且其不像交流电那样持续改变。
用于建立反向电流的装置优选具有高压电容器和开关。合乎目的的是这些元件和真空功率开关并联连接。在此在正常工作时高压电容器充电，但是通过开关至少单侧地电去耦。如果应发生电流降低，则可以闭合开关。可以使用半导体开关例如晶闸管或者也可以使用第二气体绝缘功率开关来作为开关。
用于建立反向电流的装置优选具有高压电容器和与其串联的第三开关装置并且该用于建立反向电流的装置与第一开关装置并联连接。可以使用半导体开关例如晶闸管或者其它气体绝缘功率开关来作为第三开关装置。
在本发明的一个有利构造和改进方案中，开关具有限制第一开关装置的串联电路中的电流上升的装置。该装置例如可以包括与由非线性电感器和电容器组成的并联电路串联的电感器。在该解决方案中省去源自现有技术公知的高成本高能耗的超导解决方案，其始终需要依靠自动防止故障的低温技术。
该开关合乎目的地包括控制装置。该控制装置优选构造用于确定电流的时间变化和由此确定短路的存在，并且在存在短路的情况下发出控制信号，使得第一开关装置断开。所述控制装置还进一步被优选构造用于，将用于建立反向电流的装置在存在短路时控制为建立反向电流，并且将真空功率开关控制为在电流的绝对值尽可能小时、尤其在电流过零时将该电流关断。
所述控制装置在本发明的另外的构造中根据测得的电流变化调节反向电压的电平。据此达到快速和可靠的通过真空功率开关的关断。
附图说明
现在借助附图中的图详细阐述本发明的优选但绝非限制性的实施例。在此所有特征被示意性示出。其中：
图1示出用于高压直流传输路径的开关的示意性结构，
图2示出电流变化限制器的结构，和
图3示出用于建立反向电流的装置的结构。
具体实施方式
图1示意性示出开关的一个实施例的结构。所述开关安置在高压直流传输路径1中并且可通过端子2和其它线路相连。所述开关包括真空功率开关3。所述真空功率开关3以公知方式实现。
该开关此外包括用于产生反向电流的装置4。这种用于建立反向电流的装置4的实施例在图3中示出。所述用于建立反向电流的装置4包括串联的高压电容器21和晶闸管22。替代晶闸管22在此可以使用其它半导体开关，例如IGBT。
该开关另外包括电流变化限制器6。所述电流变化限制器6的示例性的结构在图2中示出。在此所述电流变化限制器6包括由非线性电感器12和电容器13组成的并联电路。该并联电路在其方面和另外的电感器11串联。
此外该开关包括气体绝缘的功率开关5，例如SF6开关。所述气体绝缘的功率开关5、真空功率开关3和电流变化限制器6在此串联连接。用于产生反向电流的装置4在此和真空功率开关3并联安置。
在需要的情况下，控制装置7与前述元件相连。如此在该实施例中产生了由控制装置7到电流变化限制器6的连接，通过该电流变化限制器，控制装置7获得关于电流变化dI/dt的测量信号。其它控制连接存在于控制装置7和真空功率开关3之间，以及在控制装置7和用于产生反向电流的装置4之间。最后在控制装置7和气体绝缘的功率开关5之间存在有连接。
控制装置7在工作中监控电流时间变化的测量值。在短路的情况下流过的电流将强烈上升。电流变化限制器6首先阻止该强烈上升。所述控制装置7仍根据该电流上升识别出短路的存在。接下来控制装置7为开关的其它元件产生开关命令。该控制命令是，断开真空功率开关3、气体绝缘的功率开关5，并且接通用于建立反向电流的装置4中的晶闸管22。在此控制装置7确定该命令的时间顺序。合乎目的地迅速产生反向电流。在此反向电流的产生如此控制，使得理想情况下经过电流过零。在电流过零处或者接近电流过零的情况下真空功率开关3被关断。气体绝缘的功率开关5的附加关断负责耐高压性，以及负责排除真空功率开关3的再点燃。

Claims (8)

1.一种用于高压直流传输路径的开关，具有：
-由第一开关装置(3)和第二开关装置(5)组成的串联电路，其中，所述第一开关装置(3)构造用于电流中断而所述第二开关装置(5)构造用于电压绝缘，
-用于建立反向电流的装置(4)，以降低经过所述开关装置(3，5)的电流，所述反向电流是逆着所述传输路径中的电流的，
-控制装置(7)，其构造用于确定电流的时间变化和由此确定短路的存在，将所述用于建立反向电流的装置(4)在存在短路的情况下控制为建立反向电流，并且将所述第一开关装置(3)控制为在电流过零或接近电流过零的情况下关断。
2.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第一开关装置(3)具有真空功率开关。
3.根据权利要求1或2所述的开关，其中，所述第二开关装置(5)具有气体绝缘的、油绝缘的或少油的功率开关。
4.根据权利要求1或2所述的开关，其中，所述用于建立反向电流的装置(4)具有高压电容器(21)以及与其串联的第三开关装置(22)，并且所述用于建立反向电流的装置(4)与所述第一开关装置(3)并联连接。
5.根据权利要求4所述的开关，其中，所述第三开关装置(22)是晶闸管。
6.根据权利要求4所述的开关，其中，所述第三开关装置(22)构造为气体绝缘的功率开关。
7.根据权利要求1或2所述的开关，带有用于限制所述第一开关装置(3)的串联电路中的电流上升的装置(6)。
8.根据权利要求7所述的开关，其中，所述用于限制电流上升的装置(6)具有与由非线性电感器(12)和电容器(13)组成的并联电路串联的电感器(11)。
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