CN103762546A

CN103762546A - 断路器

Info

Publication number: CN103762546A
Application number: CN201310423677.1A
Authority: CN
Inventors: A.D.克兰
Original assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103762546B; EP2750257B1; EP2750257A1; BR102013023654A2; US9184003B2; CA2826574A1; US20140078622A1

Abstract

本发明涉及供高压直流(HVDC)网络中使用的断路器(1)。断路器(1)包括在使用中电连接到网络的引入和引出dc线路(8，10)的dc线路(6)。故障中断开关接触件系统(2)具有通过控制器(30)所提供的触发信号来断开和闭合的接触件。断路器(1)还包括第一开关辅助网络，第一开关辅助网络包括：第一和第二整流器串(16a，16b)，包含定义第一H桥式整流器的串联连接二极管(D1…Dn)；缓冲器串(14)，包含串联连接晶闸管(T1…Tn)、电容器(C1)和泄漏电阻器(R2)；预充电串(18)，包含串联连接晶闸管(T1…Tn)和电阻器(R1)；以及电涌放电器(20)。当致动故障中断开关接触件系统(2)时，电弧在快速断开接触件之间形成。开关辅助网络(12)使电弧转变到并且此后保持在无定向区域中，直到被熄灭。

Description

断路器

技术领域

本发明涉及断路器，以及具体来说，涉及能够在点对点和多端高压直流(HVDC)电力采集、传输和分配网络中使用的HVDC断路器或开关设备。

背景技术

当前，不存在能够中断直流高电平然后立即耐受接触件之间的高再施加高dc电压的已知断路器开关接触件系统。已知的是使断路器开关接触件系统能够携带直流高电平并且能够阻断高dc电压，但是不使这种断路器开关接触件系统从前一状态转变到后一状态。

基于线路换向静态电力转换器(Line commutated static power converter：LCC)的HVDC传输网络是已知的，并且对于在正常负载和故障电流情况下中断HVDC传输线中的直流的任何要求通常通过两种手段来提供。首先，通过在传输线的传送端的LCC整流器的相位控制。其次，通过使用HVAC开关设备来中断对LCC整流器的ac供应。

LCC系统使用一般限制在点对点HVDC传输网络，因为LCC用以中断HVDC传输线故障电流的手段使得使传输线电压反向是强制性的。这种电压反向将影响基于LCC的多端HVDC网络中的全部端子，并且因此基于例外LCC的多端HVDC网络在如下基础上来设计：在所有端子的LCC的控制系统必须具有按照在第三端子遭受故障时防止两个全功能端子之间的功率流的方式来协调的保护特征。这类电压反向的一个附加方面在于，HVDC线路绝缘性能受到电压反向不利地影响，以及与这类电压反向兼容的所有已知线路绝缘系统遭受成本和/或大小损失。

基于强制换向电压源转换器(VSC)的HVDC传输网络也是已知的，并且提供多个电力系统有益效果，其中包括采用单向和基本上恒定的HVDC传输电压来实现的双向功率流能力。已知VSC拓扑不能够限制和中断整流模式dc环节电流，以及HVAC开关设备在整流模式用于中断对VSC的ac供应。已知VSC拓扑的一个潜在优点在于，其单向和基本上恒定的HVDC传输电压对于其中任何和所有端子之间的可反向功率流是一个要求的多端HVDC传输网络是有益的。但是，在给定已知VSC拓扑不能够限制和中断整流模式dc环节电流以及还给定能够中断直流高电平然后立即耐受接触件之间的高再施加高dc电压的断路器开关接触件系统的不可用性的情况下，这类多端HVDC传输网络的所有端子在以下步骤进行的同时遭受功率流的间断性。

(i)断开在所有端子的HVAC开关设备，以便清除故障电流，

(ii)断开HVDC空载隔离器，以便隔离有故障端子的HVDC端子，

(iii)闭合在所有端子的HVAC预充电开关设备，以便允许HVDC传输电压被恢复以及允许对应VSC与其HVAC网络再同步，以及

(iv)闭合在所有端子的HVAC开关设备，以便允许HVDC功率流的恢复。

适当电力系统设计过程用于使功率流的这种间断性的持续时间为最小，但是可能预计至少一秒的持续时间。

电力系统设计的另一个关键方面是HVDC传输线故障电流限制，情况是HVDC故障电流幅值为来自相应端子的份额之和。这种HVDC故障电流情况对电缆和开关设备额定值的端子影响会是显著的。

提出多端HVDC传输网络，作为克服能量装置(例如，风机、海底涡轮机以及从波浪或潮汐流抽取能量的其它再生能量装置)或其它电源的固有间断性和不便利位置的影响的主要方法，以及同时这些网络增加向由各端子来馈电的负载的电力供应的安全性。出现对于远程定位电源和负载的广泛并且复杂的互连的要求，以及考虑HVAC传输网络的已知限制，我们认识到，如果去除HVDC电流中断的上述障碍，则多端HVDC方式是最适合的。相应地，提出了克服这个障碍、即满足中断HVDC电路中的电流的要求的许多方法，但是还没有方法达到了实际可行性。

许多断路器开关接触件系统按照减小单独开关接触件系统的伏安额定值的方式的串联和/或并联连接已知在感兴趣额定值(通常>100 kV并且>1000 A)不是可行的，并且因此这些方法一般采用开关接触件系统的杂交原理，即，能够携带直流高电平并且能够阻断高dc电压，但是不能从前一状态转变到后一状态，其中具有执行电流中断的另一个电路。杂交的以下方面在ac电流中断或者dc电流中断的上下文中是已知的：

· 无源谐振电路与断路器开关接触件系统并联连接，以便引起开路和起弧开关接触件系统中的电流的瞬态反向。这种布置固有地能够与两种极性的dc电流一起操作并且具有低功率损耗。

· 火花隙开关无源谐振电路与断路器开关接触件系统并联连接，以便引起开路和起弧开关接触件系统中的电流的瞬态反向。这种布置固有地能够与两种极性的dc电流一起操作并且具有低功率损耗。

· 功率半导体开关和预充电无源谐振电路与断路器开关接触件系统并联连接，以便引起开路和起弧开关接触件系统中的电流的瞬态反向。这种布置不能够与两种极性的dc电流一起操作，但是功率损耗较低。

· 门极换向功率电子开关装置与断路器开关接触件系统并联连接，功率电子开关装置设置成在开关接触件断开之前接通并且在开关接触件断开之后关断，由此使开关接触件以接触件之间的极低电压(功率半导体装置的通态电压降)来断开。这种布置能够在为各极性提供门极换向开关装置时或者在这种门极换向装置结合于二极管桥式整流器时与两种极性的dc电流一起操作，并且该系统具有低功率损耗。

· 一对反并联连接门极换向开关装置与电容器串联连接，这种串联电路与断路器开关接触件系统并联连接，并联电路与包括电感和电容并且调谐成以线路频率进行谐振的串联谐振网络串联连接。功率电子开关装置设置成在开关接触件断开之前接通并且在开关接触件断开之后关断，由此使开关接触件以接触件之间的较低并且不断增加的电压(功率半导体装置的通态电压降与电容器两端的电压之和，后一种电压定义成充分低以防止ac额定断路器开关接触件系统的再击穿，并且没有增加到特别高的电压电平，因为电容器暴露于ac电流波形)来断开。这种布置仅能够与ac电流一起操作，并且系统引起与串联谐振网络关联的功率损耗。

· 门极换向功率电子开关装置与断路器开关接触件系统串联连接，功率电子开关装置完全负责电流的中断，串联连接的开关接触件系统用于空载隔离目的并且依靠功率电子开关装置或者ac开关设备的先前操作，如上所述。这种布置能够在为各极性提供门极换向开关装置并且系统具有高功率损耗时与两种极性的dc电流一起操作。

发明内容

本发明提供一种改进混合断路器，其中具有能够中断直流高电平然后立即耐受接触件之间的高再施加高dc电压的故障中断开关接触件系统。

更具体来说，断路器包括：

第一dc线路，可电连接到第一引入和引出dc线路，第一dc线路包括具有接触件的第一故障中断开关接触件系统；以及

第一开关辅助网络，包括：

第一和第二整流器串，各整流器串具有定义具有第一和第二dc输入端子以及第一和第二dc输出端子的第一H桥式整流器的一个或多个串联连接反向阻断功率电子装置，第一和第二dc输入端子连接到与第一故障中断开关接触件系统并联的第一dc线路，

缓冲器串，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电容器，缓冲器串连接在第一H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间，

预充电串，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电阻器，预充电串连接在第一H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间，以及

电涌放电器，连接在第一H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间。

断路器基于并联连接的混合开关设备方式，其中快速断开故障中断开关接触件系统的接触件的动作引起电弧被形成。电弧电压因故障中断接触件系统在使用中优选地浸入其中的工作流体(例如介电液体或气体)的冷却效应而特别高，并且电弧电压足以使电流从开关接触件系统转向并且进入自然换向开关辅助网络中。故障中断开关接触件系统的接触件能够由适当致动机构来致动。

开关辅助网络的主要功能是使电弧转变到并且此后保持在其操作特性之内的无定向区域中，如以下更详细描述。更具体来说，本发明还提供一种使用包括可电连接到引入和引出dc线路的dc线路以及连接到与故障中断开关接触件系统并联的dc线路的开关辅助网络(优选地如本文所述)的断路器来中断故障电流的方法，其中dc线路包括具有接触件的故障中断开关接触件系统；

该方法包括下列步骤：

致动故障中断开关接触件系统，使得接触件断开以使电弧被形成；以及

其中开关辅助网络使电弧转变到并且此后保持在无定向区域中，直到被熄灭。

在故障中断开关接触件系统已被致动之后，该方法还可包括通过门极控制来接通缓冲器串中的功率电子装置的步骤。当功率电子装置接通以及电弧转变到无定向区域并且保持在无定向区域中时，dc线路电流(或者电弧电流)被换向到缓冲器串中。dc线路电流随后则换向到开关辅助网络的电涌放电器中。

开关辅助网络的辅助功能是在耗散感应开关能量的过程中限制施加到断路器开关接触件系统的瞬态恢复电压。

开关辅助网络能够可选地提供在电力传输之前对dc线路预充电的同时的线路电流和电压瞬态调节的第三功能。更具体来说，在故障中断开关接触件系统的接触件断开的同时进行预充电期间，该方法可包括通过门极控制来接通预充电串中的功率电子装置以及闭合故障中断开关接触件系统的接触件的步骤。能够仅当引入和引出dc线路中的电压基本上相等时才闭合故障中断开关接触件系统的接触件。

必不可少的是，故障中断开关接触件系统形成充分电弧电压以准许开关接触件系统中的电流的换向以及这个电流转向到开关辅助网络中。相应地，故障中断开关接触件系统优选地必须属于克服原本准许通过接触件系统的相应接触件之间的等离子体连续传导的热电离的类型。通常在高压电弧中，等离子体生成的主导形式是热电离，但是已知的是，开关接触件系统损坏可在允许这种情况发生时接着预击穿发生，以及更具体来说，这种接触件系统损坏可引起金属蒸气喷射到电弧中，这是可支配热电离的通常主导机制的导电等离子体的源。因此，故障中断开关接触件系统的相应接触件之间的空间优选地将提供有消电离部件，该消电离部件在电离成分的复合发生并且电弧被熄灭的程度上支配电弧电流衍生的热电离。在本发明中，这个消电离部件能够通过可包括介电液体或气体的液体、蒸汽和/或气体热分解相的加压流体的快速湍流来提供。本发明还能够提供用以避免预击穿损坏的部件。加压流可由任何适当部件来赋予，以及优选的是采用HVAC断路器技术的现有众所周知范围之一。工作流体可以是矿物变压器油、合成变压器油、干燥空气、六氟化硫或者提供所需电弧消电离功能的任何其它流体。故障中断开关接触件系统的相应接触件之间的间隙必须迅速扩展并且获得充分接触面分离，以便防止过度热电离发生，以及允许充分电弧电压被生成以允许所需快速换向发生。可采用任何便利数量的串联连接接触件间隙，以便满足接触件分离的要求。接触件分离的致动可通过任何便利部件进行，以及优选的是采用HVAC断路器技术的现有众所周知范围之一。现在简要公开多种适当HVAC断路器技术，但是其它适当技术将是技术人员知道的。

多油断路器具有浸入变压器油中的固定和活动接触件。电磁或者不太常用的气动致动器使活动接触件与固定接触件迅速分离，由此使电弧在接触件之间被阻断。接触件的初始分离使极高电压梯度和电能密度存在于变压器油中，并且因此高热能密度使导电等离子体按照热电离的过程来形成。电弧的热量引起变压器油的汽化以及随后的热分解发生。电弧柱长随接触件分离而增加，以及该柱由其组成是大约70%氢、20%乙炔、5%甲烷和5%其它有机气体的气泡来包围。气泡在液体附近位移时变为被加压。压力可通过在油面上方结合气垫膨胀室来调节，以及在任何情况下与电能输入和流体冲击波传播相关。气泡压力通常在0.5至5 MPa(5至50巴)的范围之内，并且其内容是气体、蒸汽和液体的高湍流混合物。气泡对弧柱具有强烈冷却和消电离影响。

起爆灭弧室油断路器通过将电弧限制在具有位于接近起弧空间的横向排出口的抗压电绝缘室之内，来增强多油断路器中固有的机制。油的热分解和加压使与以上所述相同的湍流流体混合物通过电弧并且从排出口迅速喷出。因此，对多油断路器的增强通过使用热能以引起定向流体运动来限定。流体流与电弧能量密切相关，并且低电流断弧性能一般较差。这些断路器的衍生物采用暴露于电弧并且蒸发以便促进以低电流的操作期间的流体流的小密封油室。

少油断路器还通过击穿抗压电绝缘室中的接触喷嘴与接触杆之间的电弧，并且通过添加接触运动驱动泵唧装置以强制通过喷嘴定向的流体流以及喷嘴与杆接触件之间形成的电弧，来增强多油断路器中固有的机制。

气吹弧断路器采用干燥压缩空气作为起弧介质和灭弧剂。六氟化硫喷射器类型和电弧辅助吹弧断路器使用六氟化硫作为起弧介质和灭弧剂。压缩空气和六氟化硫分别通过与少油断路器相似的接触喷嘴系统来释放和泵唧。

在所有上述HVAC断路器类型中，当接触件在极低线路电流流动的同时迅速断开时，电弧电压可能足以熄灭电弧。但是，更常见的是使灭弧在ac波形的自然电流零处发生。在没有本发明所提供的增强的情况下，上述断路器均不可能可靠地中断HVDC电路中的大电流。

可从以上工业标准HVAC断路器来发展采用泵唧和定向工作流体流以及快速接触件致动的其它断路器拓扑。本文采用上述断路器技术及其衍生物所述的自然换向功率电子电路的杂交被认为落入本发明的范围之内。

断路器可以可选地还包括一个或多个隔离开关接触件系统。这类隔离开关接触件系统可采用来自HVAC隔离开关接触件系统的现有众所周知范围的任何便利开关类型。不要求这些开关中断大电流，并且这些开关不依靠快速流动冷却介电环境来实现快速灭弧，但是如果其接触件系统设计成获益于上述介电工作流体之一，则其尺寸可减小。换言之，可选隔离开关接触件系统还可浸入介电液体或气体中－如果这提供实际有益效果。

故障中断和可选隔离开关接触件系统的致动可由断路器控制器按照故障信号或操作员命令的出现来发起。断路器控制器能够可选地接收来自电流和电压换能器和/或来自操作员界面的输入。断路器控制器能够向相应开关接触件致动器和门极驱动器单元提供时间序列输出(例如触发或命令信号)。可以可选地为操作员提供状态输出。断路器控制器的主要功能是例如通过处理由电流和电压换能器所提供的输入来检测过电流故障已经发生；同时发起故障中断开关接触件系统的接触件的断开；请求缓冲器串中的功率电子装置的门极控制接通，装置接通时的实际时间点则由门极驱动器单元响应与开关接触件首先分离时的电弧电压的形成对应的正向偏压(阳极相对于阴极为正)的形成而确定；以及在已经中断电流之后最终断开相关隔离开关接触件系统的接触件。如果操作员指示断路器断开，则接着相似序列。

当断路器复位(这能够响应操作员指令)时，相关可选隔离开关接触件系统的接触件闭合；预充电串中的功率电子装置通过门极控制来接通；缓冲器串中的功率电子装置在引出dc线路电压充分增加时接通；以及最终指示故障中断开关接触件系统的接触件闭合。

协调开关换向过程和电弧特性，以便保证电弧的无定向行为。更具体来说，本发明依靠开关辅助网络的低阻抗作为强制电弧进入无定向负阻模式的手段，同时处于比原本在稳态条件下实现无定向行为要大许多的电流。现在以介绍方式然后更详细地描述电弧行为。

简单来说，为了便于介绍，在开关接触件在填充有未加压介电液体的箱中迅速分离的情况下，电弧的稳态电压降则通过调制其柱电阻来管理，以便获得电弧中以及液体电介质附近的热均衡。液体电介质浸入电弧可被认为具有静态和无定向行为区域。在高电流下，电弧上的电压降随电流而增加，并且电弧被说成是静态地行为。当电流减小时，其柱中的电阻热量输入减小并且柱自然收缩，以便保持充分高的温度以保持等离子体。最初，电流的任何减小通过以使电压降随电流而减小的速度的柱电流密度和功率密度的增加来抵消，即，因为dv/di为正值，所以电弧具有正电阻。当电流进一步减小时，收缩程度是使得柱电流密度、功率密度和温度增加到耗散的辐射项支配对流和传导项的点，并且柱实际上通过以极高热通量密度进行操作的环境来包围。电流的进一步减小引起无定向行为的形成，其中电弧电压增加，以便允许热量输入与热量输出平衡，即，因为dv/di为负值，所以电弧具有负电阻。电弧的负电阻最终变成比先前保持电弧的电源的动态阻抗更显著，并且因而电弧熄灭。这潜在地使极高电压转变在过程中发生。更具体来说，具有夹带残余微量液体的加压气体和/或蒸汽泡在电弧柱周围迅速形成，并且这遭受加压和强烈湍流。在普通有机液体电介质的情况下，液体进行分解以形成其最有效成分是氢的气体混合物。建立复合冷却机制，以及实际上液体分解和湍流的气体产物的出现用于增强电弧的冷却。开关接触件的运动还使电弧长度随时间而改变并且促进湍流。此外，电弧中的瞬态电压降通过电弧中流动的瞬态电流、电弧的瞬态长度(活动接触件之间的距离)以及先前在那个时刻之前已经馈入电弧的热量的量来管理馈入电弧中的热量的量是电弧电流、电弧电压和时间的函数。已经馈入固定长度的电弧中的热量的量越大，则特定电流的电弧电压越低，反过来也是一样。如果恒定电流在固定长度的电弧中流动，则电弧电压随时间推移而减小，直至它达到稳态条件。给定电弧电流和电弧长度的瞬态电弧电压随瞬态持续时间减小而增加。一般来说，电弧长度越长，以及冷却越好并且瞬变越短，则电弧电压越大。分解液体和气体冷却环境的湍流性质以及其中的电弧的时变几何结构很难在理论上处理。

现在更详细描述，优选的是，上述电弧冷却和电弧电压生成机制通过强制介电工作流体流经在故障中断开关接触件系统的快速分离接触件之间形成的多个串联连接电弧来增强。还优选的是，使包括串联连接开关接触件系统、整流器串、缓冲器串和高压互连的换向环路电感为最小。更具体来说：(i)可从电弧中去除的热量的量与通过电弧并且在其周围传输的介电工作流体的质量以及在给定时间周期之内这个热量在电弧中是如何广泛散布的密切相关；以及(ii)必须从电弧中去除的热量的量与换向电感密切相关。虽然最初设计为供HVAC电路中使用，但是上述少油类型断路器具有对所述并联连接混合开关设备是有益的特征，即，少油类型断路器可具有受到强制高压力、高速度液体流动及其物理大小影响的多个快速致动开关接触件集合，并且互连电感(换向电感的组成部分)比较小。少油类型断路器以及其它形式的介电液体和气体浸入开关设备在本发明中使用是可行的，只要电弧充分迅速地建立，以及电弧电流充分迅速地换向到缓冲器串中供电弧转变到并且保持在无定向条件中。如本文所述使用的术语“无定向”定义再生过程使电弧电压对于施加于换向电感上的残留电压充分超过开关辅助网络中的电容器两端的电压，以便使电弧电流减小，直到接近电流零时熄灭发生，并且此后使电弧电流保持为零。

因此，将易于理解，一个以上串联连接故障中断开关接触件系统(或者串联连接开关接触件)能够设置在第一dc线路中。

开关辅助网络能够采用任何适当功率电子装置。

第一H桥式整流器的适当反向阻断装置的示例包括二极管、静态感应晶体管(SIT)衍生物以及相当于其功能性定义为在正向偏压(相对于阴极的正)时具有低正向电压降而在反向偏压(阳极相对于阴极为负)时具有低反向泄漏电流的二极管的任何其它装置。将易于理解，第一H桥式整流器具有四个支路，并且一对对角线相对支路中的反向阻断装置将在任何时间导通，而另一对对角线相对支路中的反向阻断装置将进行阻断－例如参见图4至图6中的上图。

能够通过门极控制来接通的适当功率电子装置的示例是晶闸管。这类装置的其它非优选示例是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和门极换向晶闸管(GCT)。优选的是使用晶闸管以及相当于晶闸管的任何其它装置，其中晶闸管的功能性定义为在正向偏压(阳极相对于阴极为正)时具有低正向泄漏电流并且不是通过门极控制来接通，在正向偏压(阳极相对于阴极为正)时具有低正向电压降并且通过门极控制来接通(这种接通模式通过门极电流脉冲的瞬态施加来定义，此后装置保持在通态，直到反向偏压为止)，以及在反向偏压(阳极相对于阴极为负)时具有低反向泄漏电流。虽然IGBT和GCT的使用被认为是处于本发明的范围之内，但优选的是串联连接多个晶闸管或者其等效体。

在开关辅助网络的每个串中，优选的是，串联连接多个功率电子装置，并且此外，可影响各装置的所有故障模式引起故障状态的建立，其中受影响装置具有低电压降，而与偏压极性无关。总共N+M个功率电子装置能够串联连接，以便提供串联冗余度，其被定义为当N个串联连接装置对于以最大电流和电压额定值的操作是充分时，提供M个装置以便为装置串中的M个故障提供余量。优选的是采用上述功率电子装置的压力接触形式。特别有益的是，在要求门极控制时采用晶闸管及其等效体，因为这些装置具有特别低的门极控制功率要求，即帮助关联门极驱动器单元的简化和效率的特征。

电阻器(所谓的泄漏电阻器)能够设置成与第一开关辅助网络的缓冲器串的电容器并联。

开关辅助网络还能够包括连接在第一dc线路与地参考之间的至少一个附加电涌放电器。例如，第一电涌放电器能够连接在第一故障中断开关接触件系统的引入dc线路侧上，以及第二电涌放电器能够连接在第一故障中断开关接触件系统的引出dc线路侧上。

电涌放电器能够属于采用非线性电阻特性的任何类型，例如金属氧化物变阻器。

断路器还能够包括连接到第一dc线路的至少一个接地开关。

断路器还能够包括连接到第一dc线路并且可电连接到第一引入dc线路的第一隔离开关接触件系统和/或连接到第一dc线路并且可电连接到第一引出dc线路的第二隔离开关接触件系统。第一和/或第二隔离开关接触件系统能够具有接触件，这些接触件能够优选地在断路器控制器的控制下由适当致动机构来致动。换言之，断路器控制器能够控制第一故障中断开关接触件系统以及任何可选隔离开关接触件系统。

例如，如果配置为供双极网络中使用，则断路器还能够包括：

第二dc线路，可电连接到第二引入和引出dc线路，第二dc线路包括具有接触件的第二故障中断开关接触件系统；以及

第二开关辅助网络，包括：

第一和第二整流器串，各整流器串具有定义具有第一和第二dc输入端子以及第一和第二dc输出端子的第二H桥式整流器的一个或多个串联连接反向阻断功率电子装置，第一和第二dc输入端子连接到与第二故障中断开关接触件系统并联的第二dc线路，

具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电容器的缓冲器串，缓冲器串连接在第二H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间，

具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电阻器的预充电串，预充电串连接在第二H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间，以及

连接在第二H桥式整流器的第一与第二dc输出端子之间的电涌放电器。

第二开关辅助网络能够具有与上述第一开关辅助网络相同的总体配置。

开关辅助网络还能够包括连接在第二dc线路与地参考之间的至少一个附加电涌放电器。例如，第一电涌放电器能够连接在第二故障中断开关接触件系统的引入dc线路侧上，以及第二电涌放电器能够连接在第二故障中断开关接触件系统的引出dc线路侧上。地参考通常将是公共地参考。换言之，连接到第一和第二dc线路的任何附加电涌放电器通常将连接到相同地参考。

断路器还能够包括连接到第二dc线路的至少一个接地开关。

断路器还能够包括连接到第二dc线路并且可电连接到第二引入dc线路的第三隔离开关接触件系统和/或连接到第二dc线路并且可电连接到第二引出dc线路的第四隔离开关接触件系统。第三和/或第四隔离开关接触件系统能够具有接触件，这些接触件能够优选地在断路器控制器的控制下由适当致动机构来致动。

独立控制器能够被提供以用于第一和第二故障中断开关接触件系统，但是具有允许开关接触件系统按照同步方式来操作－若这是期望的－的附加同步功能。第一和第二故障中断开关接触件系统能够单独地操作。

按照本公开的第一方面，提供一种断路器(1；10)，包括：

第一dc线路(6；106)，可电连接到第一引入和引出dc线路(8，10；108，110)，所述第一dc线路(6，106)包括具有接触件的第一故障中断开关接触件系统(2；102)；以及

第一开关辅助网络(12；112)，包括：

第一和第二整流器串(16a，16b)，各整流器串具有定义具有第一和第二dc输入端子(22a，22b)以及第一和第二dc输出端子(24a，24b)的第一H桥式整流器的一个或多个串联连接反向阻断功率电子装置(D1…Dn)，所述第一和第二dc输入端子(22a，22b)连接到与所述第一故障中断开关接触件系统(2；102)并联的所述第一dc线路(6；106)，

缓冲器串(14)，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置(T1…Tn)和电容器(C1)，所述缓冲器串(14)连接在所述第一H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子(24a，24b)之间，

预充电串(18)，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置(T1…Tn)和电阻器(R1)，所述预充电串(18)连接在所述第一H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子(24a，24b)之间，以及

电涌放电器(20)，连接在所述第一H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子(24a，24b)之间。

按照第一方面的断路器(1；100)，还包括与所述第一开关辅助网络(12；112)的所述缓冲器串(14)的所述电容器(C1)并联连接的电阻器(R2)。

按照第一方面的断路器(1；100)，其中，所述开关辅助网络(12)还包括连接在所述第一dc线路(6；106)与地参考(28；128)之间的至少一个附加电涌放电器(26a，26b；126a，126b)。

按照第一方面的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6，106)的至少一个接地开关(50a，50b；150a，150b)。

按照第一方面的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6；106)并且可电连接到所述第一引入dc线路(8；108)的第一隔离开关接触件系统(4a；104a)，所述第一隔离开关接触件系统(4a；104a)具有接触件。

按照第一方面的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6；106)并且可电连接到所述第一引出dc线路(10；110)的第二隔离开关接触件系统(4b；104b)，所述第二隔离开关接触件系统(4b；104b)具有接触件。

按照第一方面的断路器(1)，还包括用于断开和闭合所述故障中断开关接触件系统(2)的接触件的控制器(30)。

按照第一方面的断路器(1)，还包括用于断开和闭合所述第一隔离开关接触件系统(4a)和/或所述第二隔离开关接触件系统(4b)的控制器(30)。

按照第一方面的断路器(100)，还包括：

第二dc线路(106')，可电连接到第二引入和引出dc线路(108'，110')，所述第二dc线路(106')包括具有接触件的第二故障中断开关接触件系统(102')；以及

第二开关辅助网络(112')，包括：

第一和第二整流器串，各整流器串具有定义具有第一和第二dc输入端子以及第一和第二dc输出端子的第二H桥式整流器的一个或多个串联连接反向阻断功率电子装置，所述第一和第二dc输入端子连接到与所述第二故障中断开关接触件系统并联的所述第二dc线路，

缓冲器串，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电容器，所述缓冲器串连接在所述第二H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子之间，

预充电串，具有能够通过门极控制来接通的一个或多个串联连接功率电子装置和电阻器，所述预充电串连接在所述第二H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子之间，以及

电涌放电器，连接在所述第二H桥式整流器的所述第一与第二dc输出端子之间。

按照第一方面的断路器(100)，还包括与所述第二开关辅助网络的所述缓冲器串的所述电容器并联连接的电阻器。

按照本公开的第二方面，提供一种使用断路器(1；100)来中断故障电流的方法，所述断路器(1；100)包括：

第一dc线路(6；106)，可电连接到引入和引出dc线路(8，10；108，110)，所述dc线路(6；106)包括具有接触件的故障中断开关接触件系统(2；102)；以及

开关辅助网络(12；112)，连接到与所述故障中断开关接触件系统(2；102)并联的所述dc线路(6；106)；

所述方法包括下列步骤：

致动所述故障中断开关接触件系统(2；102)，使得所述接触件断开以使电弧被形成；以及

其中所述开关辅助网络(12；112)使所述电弧转变到并且此后保持在无定向区域中，直到被熄灭。

按照第二方面的中断故障电流的方法，其中，所述开关辅助网络(12；112)限制施加到所述故障中断断路器开关接触件系统(2；102)的瞬态恢复电压，并且耗散感应开关能量。

按照第二方面的中断故障电流的方法，其中，所述开关辅助网络(12；112)调节线路电流和电压瞬态，同时在电力传输之前对所述dc线路进行预充电。

按照第二方面的中断故障电流的方法，其中，在预充电期间，所述故障中断开关接触件系统(2；102)的所述接触件在所述引入和引出dc线路中的电压基本上相等时闭合。

按照第二方面的中断故障电流的方法，其中，介电液体或气体和/或所述介电液体或气体的气体热分解相在所述故障中断开关接触件系统(2；102)的致动期间在所述接触件之间流动。

附图说明

图1是能够结合本发明的断路器的多端网络的示意图；

图2是按照本发明的第一断路器的示意图；

图3是示出显示电弧行为的电弧电压、电弧功率和电弧电流特性的简图；

图4是示出图2的断路器中断负载侧短路故障时的电压和电流特性的简图；

图5是示出图2的断路器中断正常负载故障时的电压和电流特性的简图；

图6是示出图2的断路器对负载电路进行预充电时的电压和电流特性的简图；以及

图7是按照本发明的第二断路器的示意图。

具体实施方式

图1示出具有网格点对点和多通道传输线元件的通用对称双极多端网络的一部分。高压交流(HVAC)电路通过表示三相电路的工业标准///符号来标识，但是将易于理解，实际上能够使用任何便利相数。高压直流(HVDC)电路通过平行延伸线对来标识。粗线表示低电流电路端接于其中的网格强电流电路。网格强电流电路具有多个端子(即，到低电流电路的连接)，并且因此网络定义多端网络。这种多端网络可能是广泛的，并且因此为了便于提供本发明的技术背景，图1中仅示出一部分。一些线条上提供的箭头表示网络能够扩展到其它区域。

为了清楚起见，没有示出地回路导体。

静态电力转换器标记为“C”，并且表示DC/DC转换器或者AC/DC转换器，如技术人员将会清楚地知道。

开关设备一般通过符号“×”来标记，这些符号在HVDC开关设备的情况下还放置于矩形框中。HVDC开关设备能够是按照本发明的断路器以及隔离器的任何适当混合。

实际上，网络能够是从诸如远程定位能量装置、例如风机、海底涡轮机之类的一个或多个电源以及从波浪或潮汐流抽取能量的其它再生能量装置来接收电力的多端HVDC网络。网络还能够有选择地从一个或多个远程定位的HVAC电力传输和分配网络来接收和/或向其传送电力。

在这种网络中，能够便利地将多个端子定位在集线器中，其中任何便利数量的HVDC传输线汇聚并且互连以形成结点。各集线器可包括由开关设备来互连的任何便利数量的内部汇流条段以及可连接到各内部汇流条段的任何便利数量的端子。内部汇流条段可通过开关设备和适当端接来连接到网格网络的任何便利数量的HVDC传输线。各端子可包括开关设备和静态电力转换器。集线器可例如在适当平台上定位在岸上或离岸。整体网络可包括任何便利数量的集线器。

各端子能够按照那个端子的总额定功率、对设备故障之后的性能的逐渐降级的要求以及当总额定功率使这种模块性实际有效时采用模块化电力转换解决方案的偏好，通过单个通道或者多个通道布置中的静态电力转换器，来连接到对应电源或负载。端子能够通过具有任何便利频率(通常为50 Hz或60 Hz)下的任何便利相数(通常为3、6或12)的HVAC传输接口或者通过HVDC传输接口来连接到对应电源或负载。静态电力转换设备的选择将按照接口和端子的性质来选择。可采用电压源转换器(VSC)、电流源转换器(CSC)和DC/DC电力转换器，只要它们适当地适合于端子电压和电流规范，情况是不准许HVDC传输电压反向，并且dc侧短路电流必须通过电力转换器的主动控制或者使用所定义互连阻抗来限制在所定义最大预期dc短路电平。DC/DC电力转换器可使用任何便利的拓扑。静态电力转换设备可以可选地采用提供关联端子与接口之间的电流隔离的电力变压器。在特别广泛的多端网络中，可期望将一个以上dc电压电平用于传输，并且可采用任何便利拓扑的插入DC/DC转换器。还可期望采用双极和单极传输电压的混合，以及传输电压之间的这类转变可以可选地采用这类插入DC/DC电力转换器。

一般来说，VSC将没有在整流的同时限制和中断dc侧故障电流的主动能力，这个dc侧故障电流通过ac线路阻抗来定义，并且没有中断由连接到ac线路中的HVAC开关设备所提供的dc侧故障电流的任何能力，但是它们可在反相的同时限制和中断ac侧故障电流。在任何情况下，多端HVDC网络可延伸大距离，并且端子可位于若干国家中。相应地，将存在对设备的竞争决定供方要求，以及各具有其自己的限制dc故障电流的特定能力或者没有能力的静态电力转换器的不同形式可连接到多端网络。有可能的是，dc短路或者低阻抗故障可在网格互连系统的任何部分中或者在单独端子或者那个端子内的设备或者与那个端子关联的互连电缆中形成。在这种故障已经隔离和校正之后，将存在对使网络的受影响部分恢复服务的要求，并且重新建立互连电缆中的电压的动作与控制关联电缆的主要壁绝缘电容以及可以是连接电力转换设备的固有特征的任何电容的充电电流和瞬态电压响应的要求关联。必须执行这些故障和关联恢复过程，同时使整个多端HVDC网络的其余部分的扰动为最小。因此，要求中断大量电流并且控制HVDC电路中的开关设备涌流的可靠方法，以便允许使电力被保持的连续性，以及因此本发明针对具有预充电功能的HVDC断路器的要求。

图1所示的网络包括三个不同的集线器。

第一设备上(或基于陆地的)集线器LH1包括用于如下方面的端子：

· 标记为“HVAC分配1”的HVAC电力传输和分配网络

· 标记为“AWF1”的具有HVAC电力采集和传输接口的第一风场

· 标记为“AWF2”的具有HVAC电力采集和HVDC传输接口的第二风场

这些端子连接到集线器LH1的单个内部汇流条段。内部汇流条段通过开关设备连接到网格网络的三个HVDC传输线。

第二基于陆地的集线器LH2包括用于如下方面的端子：

· 标记为“HVAC分配2a”的第一HVAC电力传输和分配网络

· 标记为“HVAC分配2b”的第二HVAC电力传输和分配网络

这些端子连接到集线器LH2的单个内部汇流条段。内部汇流条段通过开关设备连接到网格网络的三个HVDC传输线。

设备外集线器OH1包括用于如下方面的端子：

· 标记为“AWF3”的具有HVAC电力采集和传输接口的第一风场

· 标记为“DWF1”的具有双通道HVDC电力采集和传输接口的第二风场

这些端子连接到集线器OH1的两个内部汇流条段。第一风场AWF3连接到第一内部汇流条段。第二风场DWF1的第一通道连接到第一内部汇流条段，以及第二通道连接到第二汇流条段。第一和第二内部汇流条段通过如图1所示的开关设备来互连。第一汇流条段直接连接到网格网络的一个HVDC传输线。第二汇流条段通过开关设备连接到网格网络的一个HVDC传输线，并且直接连接到网格网络的另一HVDC传输线。

网络可按照电力系统可用性和故障容错要求来采用点对点、多通道和网格传输线元件。

例如，将风场AWF2连接到集线器LH1的端子的HVDC传输线是点对点线路元件，其中传输线具有要求使用HVDC传输电压的这种长度和额定功率。将风场DWF1连接到集线器OH1的相应端子的HVDC传输线是双通道元件，其中传输线受到充分高可用性要求，并且具有要求使用电力传输的两个单独通道和HVDC传输电压的这种长度和额定功率。

这个示例中的网络的网格性质表明通过两个并联连接传输线所互连的集线器LH1和LH2，第一个直接链接集线器LH1和LH2，以及第二个通过中间集线器OH1来链接集线器LH1和LH2。因此，网格网络具有主动控制两个并联连接传输线之间的负载流平衡的最小能力。实际上，插入DC/DC电力转换器(未示出)可添加在网格网络中的任何便利点，以便发挥对网络的并联分支中的负载流的主动控制－若要求这样的话。DC/DC电力转换器(未示出)还可添加在网格网络中的任何便利点，以便允许网络的区域工作在任何便利电力传输电压。网络中的端子各可沿第一单方向(与电力生成关联)或者第二单方向(与电力消耗关联)或者对称地沿两个方向或者不对称地沿两个方向传送电力。端子各定义为工作在基本上恒定的dc电压(通常>100 kV)以及在其幅值与功率流大致成比例并且其极性与功率流方向对应的dc电流。各端子可接收或传递地参考单极、对称单极、不对称双极或对称双极形式或者这些形式的平衡和不对称多通道衍生物的电力。多个通道和网格互连可用于降低产生于网格中的单通道或者单分支的损失的电力系统扰动。

将易于理解，本发明的断路器并不局限于图1所示种类的网络中的使用，其被包含仅用于说明性目的。

第一断路器1在图2中示为用于具有双向电流的地参考或者不对称单极HVDC网络。该电路在与单向电流一起操作时可如下所述来简化。

断路器1包括故障中断开关接触件系统2以及在HVDC网络的引入dc线路8与引出dc线路10之间延伸的dc线路6中的两个可选串联连接隔离开关接触件系统4a、4b。

断路器还包括具有缓冲器串14、两个整流器串16a和16b、预充电串18以及至少一个电涌放电器20的开关辅助网络12。

各整流器串16a、16b包括任何适当数量的串联连接二极管D1…Dn，以便定义具有两个可反向极性dc输入端子22a、22b以及两个dc输出端子24a、24b的自然换向H桥式整流器。dc输入端子22a、22b连接到与故障中断开关接触件系统2并联的dc线路6，以及dc输出端子24a、24b之间的电压大致等于在电弧存在时的开关接触件系统的电弧电压的模量或者电弧不存在时的其开路电压的模量。

预充电串18包括任何适当数量的串联连接晶闸管T1…Tn和电阻器R1。缓冲器串14包括任何适当数量的串联连接晶闸管T1…Tn、电容器C1和电阻器R2。缓冲器和预充电串14、18连接于H桥式整流器的dc输出端子24a、24b。

非线性电阻器类型电涌放电器20也连接于H桥式整流器的dc输出端子24a、24b。

一个或两个附加电涌放电器26a、26b可以可选地连接在故障中断开关接触件系统2与地参考28之间。这类附加电涌放电器26a、26b形成开关辅助网络12的部分。

在电子控制器处理器30的控制下操作断路器1。断路器控制器30从提供关于引入和引出dc线路电压(即，以下所述的电压V₁和V₂)的指示的电压换能器32、34以及从提供关于dc线路6中的电流(即，以下所述的电流Idc)的指示的电流换能器36来接收输入信号。断路器控制器30还从操作员界面(未示出)接收输入信号38，使得断路器1能够由操作员来致动和复位。触发信号40在开关接触件系统将要被致动时提供给故障断开开关接触件系统2，以便在检测到故障电流的情况下或者响应操作员命令或者在接触件将要闭合时断开接触件。断开和闭合接触件的触发信号42a、42b被提供给相应隔离开关接触件系统4a、4b。命令信号44被提供给缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn的门极驱动单元，以及命令信号46被提供给预充电串18中的晶闸管T1…Tn的门极驱动单元。将状态信号48发送给操作员界面(未示出)。

故障中断开关接触件系统2的内部构造和绝缘能够根据可采取液相、汽相或气相或者这些相的混合的快速流动介电工作流体来指定。开关接触件系统2的一般布置可设计成按照与常规HVAC开关相同的方式来构成并且外部绝缘。实际上，这种常规HVAC开关可设计成对户外或转换器霍耳标准来外部空气绝缘，或者处于密封气体绝缘或液体绝缘环境中。相同的情况适用于隔离开关接触件系统4a和4b、电涌放电器20、26a和26b以及开关辅助网络12的组件。由于现在所述的原因，完整断路器1的一般布置必须是使得将故障中断开关接触件系统2、开关辅助网络12的组件和相应互连导体之间的物理环路面积和互连电感减小到最小实际值。这个互连电感定义混合断路器的换向电感Lc，以及在故障中断开关接触件系统的接触件之间的电弧中耗散的最小预期能量大致为Lc.Idc²/2，其中Idc是待中断的dc线路电流。在电弧中耗散的实际能量随着换向电感增加而相对于最小预期电平增加，因为起弧时间和热电离程度也增加。为了保证电弧等离子体成分的复合以及随后的灭弧，换向电感的任何增加将与必须提供附加流体质量流率和所传输的总质量的损失关联，以便抵制热电离过程。给定这种换向电感相关断路器性能相关性，将会理解，设备小型化是合乎需要的，因为这对换向电感具有直接意义。相应地，优先于空气绝缘类型来使用液体介电滑入和气体绝缘(SF₆)成分。根据定义，混合故障中断开关接触件系统2和开关辅助网络12将并存。

在断开故障中断开关接触件系统2之前，缓冲器串14中的电容器C1两端的电压大致为零。当开关接触件系统断开并且电弧电压形成时，缓冲器串14的晶闸管T1…Tn通过门极控制来接通，并且这个电弧电压使电流在缓冲器串中流动，这个电流增加的速率与电流在开关接触件系统2中下降的速率大致对应，dc线路电流的变化引起开关接触件系统和缓冲器串中的电流的对应变化率的小差异。电弧电压的幅值以及开关辅助网络12的互连环路电感和功率电子装置电压降定义从开关接触件系统2到开关辅助网络的初始换向速率，缓冲器串14中的电容两端的电压随着电容器C1充电而呈现增加的重要性。电弧电压固有地较高，并且通过仔细设计使换向环路电感为最小，以及相应地，换向速率在整个开关操作中较高，只要采用充分的电容。实际上，充分高的换向速率被认为是必不可少的，以便使电弧无定向地表现。

很难指定具有极高热释放速率的系统中的电弧电压电流特性，特别是稳态特性。在某种程度上，所有电弧具有零星行为，并且具有可变几何结构的湍流冷却环境的存在几乎使表征稳态条件(若它们存在的话)的任何尝试是不可能的。具体来说，稳态特性的实验测量与MW级耗散、巨大连续流体流率和电极(开关接触件)腐蚀以及关于腐蚀结果的这种严重性的材料传输关联。因此，图3所示的特性仅用于示出在全开接触件系统之间形成的电弧的一般行为。双对数轴用于允许大动态范围的特性是可见的。电弧电压和电弧功率耗散与电弧电流的指示稳态特性以细虚线示出。指示瞬态特性对于变量的三种组合(如所示)示出，示为细实线。在电弧电压曲线旁表示了无定向区域。断路器在负载侧短路和额定负载条件下断开期间的电弧电压和电流与时间的轨迹示为粗虚线，其中具有指示时间推移的箭头。

现在将描述完整断路器换向过程。

当激活断路器时，将正向偏压时接通请求命令信号44发送给缓冲器串14的晶闸管T1…Tn的门极驱动器单元的每个，以及响应触发信号40而释放故障中断开关接触件系统致动。门极驱动器单元几乎立即(通常具有<1 μs的延迟)接收接通请求，并且等待晶闸管T1…Tn的门极控制接通的适当条件的出现。在短信号传输并且致动器释放传播延迟(通常<10 ms)之后，故障中断开关接触件系统2的接触件开始迅速断开，并且通常在接触件尖分开之后不到10 ms之内达到完全接触件分离。强制介电工作流体在接触件之间迅速流动，这种流动是上述适当断路器技术的固有特征。当多个串联连接故障中断开关接触件系统(或者串联连接开关接触件)用作形成充分高的电弧电压并且实现充分低的电弧能量密度以准许快速换向以及如上所述无定向行为的建立的部件，开关接触件系统的致动必须是基本上同时的，并且具有基本上相等的：(i)接触件断开速度，(ii)全开接触件位移，以及(iii)工作流体流动速度和质量流率，以便准许所有开关接触件系统基本上同样促成换向过程。紧接接触件尖分开之后，电弧电压比较低，但是随着接触件尖进一步分开而迅速增加。缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn各由于整流器串16a、16b的整流器动作而接收对应正向偏压(阳极相对于阴极为正)，以及响应正向偏压时接通的预先存在请求，门极驱动器单元各生成门极电流脉冲，并且对应晶闸管T1…Tn通过门极控制来接通。更具体来说，门极驱动器单元(未示出)各感测对应阳极－阴极电压，并且当阳极－阴极电压超过预定阈值(例如50 V)时以最小传播延迟(通常<200 ns)来发起门极电流脉冲的生成。在阳极电压的主流条件、即迅速增加的正向偏压dv/dt下，缓冲器串14的晶闸管T1…Tn在由门极驱动器单元发起门极接通电流脉冲之后的2 μs的典型延时之内开始在阳极与阴极之间传导电流。此外，晶闸管的固有性质是使得这个延时随dv/dt增加而减小，即，晶闸管接通速度适合故障中断开关接触件系统电弧电压的增加速率。此后，电弧电压足以使电流在晶闸管T1…Tn中流动。晶闸管电流迅速增加，以及在任何情况下，电流的这种变化率比dc线路6中可能发生的要大许多。相应地，电弧电流以与晶闸管电流的增加速率对应的速率减小。电弧电流的迅速减小几乎紧接开关接触件分开之后(通常<2 μs)变得显著，并且因此这个电弧电流的瞬态持续时间和幅度不足以使对电弧的热输入维持导电等离子体。因此，上述无定向行为发生。峰值电弧电压在接触件系统行程首先达到其最大程度的时间点时或者在其之前不久被遇到，然后当电弧电流减小的同时随对时间求积分时对电弧的热输入增加而逐渐减小。当电弧电流继续下降时，电弧行为进一步转变到无定向区域中，直到电弧的负电阻支配换向环路的动态阻抗，并且此后电弧电压急剧增加，同时电弧电流急剧下降到灭弧发生的点。在灭弧之后，断路器的dc线路6中的电流在继续充电的缓冲器电容器C1中流动，以及跨故障中断开关接触件系统的电压继续增加，直到电压超过从其中吸取故障电流的dc电源的电压。从这个时间点跨故障中断开关接触件系统2的电压继续增加，以及dc线路电流以随缓冲器电容器C1继续充电而相应增加的速率减小。最后，跨开关接触件系统2的电压足以使电涌放电器20的电阻减小。在该过程中，这使缓冲器电流按照与电弧电流换向到缓冲器中相似的方式换向到电涌放电器20中，但是这种情况下的电流的消失通过缓冲器串14的晶闸管T1…Tn的反向恢复来引起。在缓冲器电流换向之后，dc线路电流在电涌放电器20中流动，以及跨开关接触件系统2的电压是基本上恒定的，由此使dc线路电流以相应基本上恒定的速率减小，直到dc线路电流换向。此后，跨开关接触件系统的电压跌到与从其中吸取了故障电流的dc电源的电压相同的电平。在开关接触件系统2断开以及缓冲器串14的晶闸管T1…Tn的反向恢复之后，dc线路6中的电感存储能量的大多数在电涌放电器20中耗散。

在断路器1中断了故障电流之后，缓冲器电容器C1保持以从其中吸取了故障电流的dc电源的电压被充电。当可选隔离开关接触件系统4a用于引入dc线路8(即，dc电源与断路器1之间的HVDC传输线)上时，这可在中断了故障电流之后响应触发信号42a来断开。在断开隔离开关接触件系统4a之后，并联连接到缓冲器电容器C1的电阻器R2使其放电并且最终接近零伏特。在电流以相反极性流动并且其操作相当于先前对于隔离开关接触件系统4a所述的情况的情况下，可采用另一个可选隔离开关接触件系统4b和触发信号42b。实际上，可选隔离开关接触件系统4a、4b和触发信号42a、42b均可使用，使得断路器能够与任一方向流动的故障电流一起使用。电子控制器或处理器30的职责是通过参照来自电流换能器36的输入信号来确定dc线路6中流动的电流的极性，并且按照电流极性来控制适当的隔离开关接触件系统4a、4b。虽然仅在连接到故障电流源的断路器侧上断开隔离开关接触件系统是正常的，但是在例如简化总体操作是有益时基本上同时断开隔离开关接触件系统是可接受的。

如上所述，电涌放电器20连接于开关辅助网络12的dc输出端子24a、24b，以及与dc线路电流极性无关，这在流入负载侧短路故障的dc线路电流由断路器来中断时是有效的。由于对地的负载侧电压为最小，所以电涌放电器20的拐点电压选择为仅略大于正常工作dc线路电压，以及电涌放电器斜率电阻电压降比较低，在负载短路条件下断路器操作期间施加于dc线路的最大电压通过电涌放电器特性来设置。图4中示出断路器1中断负载侧短路故障的情况。负载连接在引出dc线路10与地参考28之间。电压V₁是引入dc线路电压。顺序电流通路在电路图上使用与如下简图所示电流波形中使用的线型对应的三种粗细度虚线来表示。短路故障电流是三个顺序电流之和。I₁是故障中断开关接触件系统2中的电流。I₂是缓冲器串14中的电流。I₃是电涌放电器20中的电流。精简时基的阶跃用于使技术人员理解与电流I₂和I₃关联的能量传递的相对幅值。电流I₂和I₃还在整流器串16a、16b中流动。开关辅助网络12的电涌放电器20耗散引入dc线路8中的电感能量的大多数，即，引入dc线路的泄漏电感和对应接地导体，如以下所定义。电涌放电器20限制施加在断路器接触件之间以及引入dc线路8与接地之间的瞬态电压。电涌放电器20必须吸收引入dc线路8及其源网络中的最大预期短路电感能量。在断开断路器之前，故障电流通过其电流在图4中表示为I₁以及在图3中表示为“电弧V与I对时间(短路)”的故障中断开关接触件系统2流入短路中。电流I₁的幅值随时间以通过从其中吸取了故障电流的dc电源的电压以及这个故障电流流经其中的聚合dc线路电阻和聚合dc线路电感来设置的速率增加。在典型多端HVDC网络中，多个电源馈入短路故障中，以及它们对总故障电流的相应份额按照已知网络和传输线理论来求和。在所示不对称单极断路器中，从电源流动的dc线路电流必须通过接地导体返回到电源。相应地，有效线路电感是包括小间距平行布线或者同轴导体对的传输线的泄漏电感，以及有效线路电阻是导体对的电阻之和。实际上，这类传输线系统的短路行为是电感主导的，以及为了便于本描述，系统的操作可由通过单一等效最坏情况互连电感和断路器1连接到短路的单个电压源来充分表示，接地导体采取地电位的理想等电位线路的形式。附图中没有描述或示出电源、传输线、断路器和负载电路中的共模效应，因为它们具有对本文所述断路器的方面的可忽略实际影响。

在通过任何便利手段(例如通过处理由电压和电流换能器所提供的输入信号)检测到增加的故障电流时，如前面所述激活断路器断开。在检测故障与接触件尖分离之间的延迟期间，电流I₁从图3所示的示范1×10⁴ A检测设置点增加到大约1.1×10⁴ A的峰值。当接触件尖分离时，电弧电压形成并且最初随接触件分离而增加，在接触件尖分离达到其最大时或者在其之前不久达到峰值。此后，电弧电压逐渐下降。电弧电压使电流I₂在缓冲器串14的晶闸管T1…Tn中流动。由于dc线路电流是电感主导的，并且这个电感还支配断路器中的换向电感，所以电弧电流I₁随缓冲器串电流I₂增加而以大致相等速率减小。虽然下降电弧电压在这个阶段不足以对短路故障电路具有重大意义，但是它足以使电弧电流I₁继续减小。电弧电流I₁的持续减小的效果是减小对电弧的热输入速率，以及使热电离速率显著减小。当热量继续进入电弧并且电弧电流减小时，电弧电压继续减小，但是始终保持为足以使电弧电流继续减小。当电弧电压转变到最小值时，电弧进入无定向行为的区域，以及电弧电压和电流的轨迹变成与稳态特性是渐近的。当电弧进一步转变到其无定向行为区域时，电弧电流突然换向。图3的对数标度防止这种换向是可见的，因为无定向区域向左延伸到图表的可见区域之外。相应地，对电弧电压和电流的轨迹给予标识实际延续的箭头。正向电压尖峰在突然换向时出现在图4中的引入dc线路电压V₁的轨迹上，以及这个电压尖峰的幅度通过开关辅助网络12的存在来调节。电压尖峰的幅度主要通过换向环路电感来确定，但是整个断路器中的寄生电容也是重要调节影响。此外，电弧等离子体复合的有限速率限制电压尖峰的正向dv/dt的上限。在电压尖峰已经减退之后，电弧电流的极小拖尾流动，并且这个拖尾与复合速率相当。拖尾电流很小而使得在图4的波形图表的标度上不可见。对应电流阶跃存在于图4的电流I₁和I₂的轨迹上。电压尖峰的正边沿与电流I₁中的阶跃的负向边沿以及电流I₂中的阶跃的正向边沿重合。在电弧电流的突然换向之后，短路故障电流继续在缓冲器电容器C1中流动，由此使其充电。电弧抵制再击穿的能力随复合继续进行而增加。当缓冲器电容器C1充电时，引入dc线路电压V₁增加，同时缓冲器串电流I₂继续增加，并且短路故障电流的增加速率减小。当电压V₁接近从其中吸取了故障电流的dc电源的电压的额定条件时，短路故障电流和缓冲器串电流I₂的增加速率减小为零，以及此后这些电流开始减小。

断路器1这时进入故障电流完全由电子部件来中断并且故障中断开关接触件系统2保持在开路状态时的阶段。以上已经概述了从缓冲器串14到电涌放电器20的换向，并且只需要补充，换向环路电感存在于缓冲器串和电涌放电器中，这个电感负责缓冲器串电流I₂的反向。缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn的反向恢复定义这个电流反向的程度，并且在短拖尾I₂之后，衰退到并且保持在零安培。短路故障电流这时继续仅在电涌放电器20中流动，以及在故障中断开关接触件系统2断开时存在于引入dc线路8中的电感能量的大多数保持为在电涌放电器20中耗散。电涌放电器20中的电流I₃以负di/dt下降，其比故障中断开关接触件系统2断开之前存在于引入dc线路8中的正di/dt明显要低。为了使完整断路器响应能够被示出，在缓冲器串电流I₂的换向之后不久精简图4中的时基。当电涌放电器电流I₃减小时，电涌放电器20的斜率电阻两端的电压降减小，以及引入dc线路电压V₁对应地减小。当电涌放电器电流I₃达到零时，电压V₁跌到与从其中吸取了故障电流的dc电源的电压相同的电平，并且为了方便起见，这在图4中表示为“额定Vdc”。

在负载侧短路的清除的以上描述中，忽略断路器与短路之间的线路电阻和电感，并且引入dc线路电压V₁相当于跨故障中断开关接触件系统2的电压。就多端HVDC网络中的其它位置的dc传输线来说，负载侧电路实际上是电感主导的。当负载侧电感增加时，断路器与短路之间的电感电压降增加，以及电压V₁在线路电流中断之前对应地增加而在线路电流中断期间对应地减小。但是，对于给定总短路故障限流电感，这个电感分布于引入与引出dc线路之间，以及断路器中的行为和所产生电流波形保持不受影响。引出dc线路的绝缘系统必须能够适应这种形式的瞬态电压反向。按照引出dc线路电压降影响引入dc线路电压V₁的相同方式，其它负载侧电压情况则可影响电压V₁，以及现在描述故障不存在时断开断路器的情况。

如果要求断路器中断正常负载电流，则dc线路电压为电涌放电器拐点电压和斜率电阻电压降与负载电压之和。引入dc线路电压V₁在这些情况下可能过量，以及附加电涌放电器26a可以可选地连接在引入dc线路8与地参考28之间，以便更有效地限制dc线路电压。在这种情况下，附加电涌放电器26a的拐点电压选择为仅略大于正常工作dc线路电压，以及附加电涌放电器斜率电阻电压降比较低。在负载中断条件下的断路器操作期间施加于dc线路6的最大电压通过附加电涌放电器特性来设置。附加电涌放电器26a连接到引入dc线路8(即，提供负载电流来源的多端HVDC网络的dc传输线路)，并且仅当线路电流处于第一极性时才是有效的。另一附加电涌放电器26b可以可选地连接在引出dc线路10与地参考28之间，并且当dc线路电流处于第二极性时在限制引出dc线路电压中是有效的。当采用附加电涌放电器26a、26b并且中断负载侧短路故障电流时，电涌放电器20和附加电涌放电器有效地并联连接，因为其相应斜率电阻电压降充分大于互连电感中的电压降和整流器串二极管电压降，以及相应电涌放电器的电涌能量额定值可基于其总耗散被共享来选择。与多少电涌放电器用作开关辅助网络的组成部分无关，电流从缓冲器串14到单个电涌放电器或者两个(或更多)电涌放电器的换向通过换向电感和电涌放电器的斜率电阻来确定，以及换向的结束通过缓冲器串14的晶闸管T1…Tn中的反向恢复的完成来引起。换向电感和斜率电阻在两个(或更多)电涌放电器共享耗散时均减小。

图3和图5中示出断路器中断正常负载故障的情况。如同图4中一样，电流通路在电路图上使用与如下简图所示电流波形中使用的线型对应的三种粗细度虚线来表示。在这种情况下，引入dc线路8与地参考28之间的可选电涌放电器26a限制施加在断路器接触件与引入dc线路之间的瞬态电压。如参照图3和图4另外广义地描述了断路器的操作，并且仅需要描述图4与图5的波形之间的差，以便获得对负载中断的必要了解。在断开故障中断开关接触件系统2之前，引入dc电压V₁在额定Vdc是恒定的，并且引入dc线路电流在图3所示的示范1×10³ A电平是恒定的。当接触件尖分开时，形成电弧，并且电弧电压立即足以引起负载电流的逐渐减小。由于电弧电流比短路故障中断的情况中要小许多，电弧中的热电离程度也要少许多，并且因此电弧电压更大，如图3中表示为“Arc V对I与时间”的轨迹中所示。电弧电压的出现立即引起引入dc线电压V₁增加超过额定条件，同时电弧电压显著小于额定Vdc。电弧电流I₁换向到缓冲器串电流I₂中的突然结束是明显的，但是由于连接在引入dc线路8与地导体28之间的可选电涌放电器26a的本征电容的出现所引起的瞬态电压的附加调节，对应引入dc线路电压V₁尖峰在图5中不如在图4中那么明显。负载电流远比短路情况中的电流要更迅速地减小，因为负载电阻和电弧电压均抵制负载电流的通过。负载电流的这种更迅速减小在图5的缓冲器串电流I₂的轨迹中是明显的，以及电涌放电器电流I₃的增加对应地减小，要注意，电流I₃这时在可选电涌放电器26a中流动，并且开关辅助网络12的电涌放电器20中的电流为最小。由于将要中断的负载电流小于短路故障电流，所以推断在可选电涌放电器26a中消耗的能量比短路故障条件期间在电涌放电器20中要小。

通篇使用健壮压力接触件双极电力电子装置，并且晶闸管T1…Tn获益于使导通期间的低功率损耗为最小的再生结构以及限制装置主体或晶圆中的瞬态结温度上升和热机械感应应力的极靴的存在。自然换向开关辅助网络12的使用是有益的，因为所述功率电子装置通过众所周知和健壮的反向恢复过程来关断，其中电流开/关以自然电流反向之后的低电流发生，并且因此获得低关断开关应力。晶闸管T1…Tn尽管具有低门极驱动功率要求但具有低接通开关应力，由此准许使用简单有效的门极驱动系统。这些压力接触件装置固有地具有工作在串联冗余模式的能力，其中可容许装置或门极驱动系统故障的一个或多个，而没有影响其相应串的功能性。

预充电序列以两个阶段发生。当引入dc线路以正常工作电压来激励时，断路器的故障中断开关接触件系统2断开，并且引出dc线路10将被激励，预充电功能的第一阶段通过经由门极控制接通预充电串18中的晶闸管T1…Tn来发起。电流将通过整流器串16a、16b和预充电串18从引入dc线路8流到引出dc线路10，电流的幅值通过预充电串中的电阻器R1以及引入与引出dc线路电压之间的差来设置。引出dc线路10以及连接到引出dc线路的负载是电容主导的，以及引出dc线路电压最初在电流以指数减小的同时以指数增加。实际上，负载阻抗可包括并联连接高电阻项，并且因而引出dc线路电压渐近线可比引入dc线路电压要小。预充电序列的第二阶段通过经由门极控制接通缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn来发起，情况是，缓冲器串中的电容器C1两端的电压在接通晶闸管之前基本上为零，以及此后阻尼谐振电容器充电电流在缓冲器串14和引出dc线路10中流动半个周期。由于缓冲器串14中的电容器C1然后有效地与预充电串18并联连接，所以预充电串18的晶闸管T1…Tn中的电流以比缓冲器串的晶闸管T1…Tn中的电流的增加速率明显要大的速率迅速地减小。预充电串18中的电流的减小速率通过预充电电阻器R1的电感－电阻时间常数(L/R)来确定，以及对于电阻器的寄生电感为最小并且其L/R时间常数为最小的优选情况示出了电流I₁的下跌。在这种优选情况下，预充电串18的晶闸管T1…Tn因其阳极电流减小到低于其保持电流而关断。它同样可适用于将预充电电阻器R1设计成具有充分大的L/R时间常数以使其电流缓慢衰退以及使预充电串中的晶闸管T1…Tn的反向恢复在阻尼谐振半周期结束时或者在其之后不久发生。这种缓慢衰退实际上具有对谐振电流的最小影响。这个半周期的结束通过缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn的反向恢复来引起。缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn的反向恢复的动作最初是使得引起H桥式整流器的dc输出端子24a、24b之间的电压反射，并且为此最终引起预充电串18的晶闸管T1…Tn中的电流瞬态反向，然后下降到零，以及由于其电流减小到低于其保持电流电平，使晶闸管因其反向恢复而关断－若它们尚未关断的话。在预充电周期的第二阶段结束时，使引出dc线路10保持为过充电到某个小程度，该程度通过选择预充电串18中的晶闸管T1…Tn被激发时的时间点以及还有预充电周期的第二阶段期间的阻尼因子来确定。预充电序列的第二阶段的阻尼谐振性质还引起整流器串16a、16b中的二极管D1…Dn通过反向恢复来换向。故障中断开关接触件系统2可在其上的电压充分低以使得限制后续涌流幅值时的适当时间闭合。实际上，接通预充电串18中的晶闸管T1…Tn并且闭合故障中断开关接触件系统2的接触件的相应时间点可优化成使开关接触件系统闭合之后的线路涌流为最小。故障中断开关接触件系统的闭合最终确保所有功率电子装置回复到其断态。

图6示出当对于缓冲器电容器C1在预充电事件之前完全放电的情况进行预充电时以及当第二阶段阻尼因子较低并且当缓冲器串18在充分早期接通以使引出dc线路电压V2超过额定Vdc时的电流波形。在接通预充电串18的晶闸管T1…Tn之前，这些装置经过正向偏压(阳极相对于阴极为正)，以及对应门极驱动器单元检测到一旦断路器控制器提供接通请求命令信号46则立即接通晶闸管是安全的。断路器控制器30从操作员界面(未示出)接收采取输入信号38形式的操作员命令，以便激励引出dc线路10，并且立即请求预充电串18中的晶闸管T1…Tn接通。晶闸管T1…Tn接通，并且电流I₁在晶闸管中迅速增加。预充电电阻器R1定义预充电电流，并且固有地包括对晶闸管T1…Tn的接通过程是有益的某个寄生电感。图6的时基不足以表明这个寄生电感对晶闸管di/dt的影响，并且这个轨迹表现为升高到通过预充电电阻器R1的电阻来定义的电平的垂直边沿。此后，随着由预充电电阻器R1以及引出dc线路10的电容和所连接负载电路所定义的时间常数，电流I₁减小并且电压V₂以指数增加。在负载侧电容的指数充电期间，连接于缓冲器串14的电容器C1的泄漏电阻器R2使这个电容两端的电压保持在基本上零电压，缓冲器串14的晶闸管T1…Tn在断态经过正向偏压(阳极相对于阴极为正)，以及对应门极驱动器单元检测到一旦控制器30提供接通请求命令信号44则立即接通晶闸管是安全的。通过感测引入dc线路电压V₁与引出dc线路电压V₂之间的差，控制器30能够监测指数预充电过程，其定义电压V₂在略小于定义为额定Vdc的预期最终电压的电压下变为渐近线。断路器控制器30确定缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn在dc引出线路电压V₂接近这个渐近线水平时将接通，然后将接通命令信号44提供给缓冲器串中的晶闸管的门极驱动器单元。缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn接通，以及形成谐振电路，其中包括：引入dc线路电力供应网络，整流器串16a、16b，缓冲器串14(由其电压保持在基本上为零的电容器C1所支配)，以及引出dc线路和负载网络。预充电功能在引出dc线路和负载网络由电容来支配时最为重要，因为如果故障中断开关接触件系统2在引出dc线路电压V₂处于比引入dc线路电压V₁充分低的电平的同时闭合，则大涌流会流动。相应地，图6示出这种情况，并且谐振电路的阻尼因子较低。如果引出dc线路和负载网络由电阻来支配，则在故障中断开关接触件系统2在引出dc线路电压V₂处于比引入dc线路电压V₁充分低的电平的同时闭合时，较小涌流会流动，并且谐振电路的阻尼因子较高。在电容主导负载网络的情况下，阻尼因子较低，并且因此图6示出接近半正弦的缓冲器串电流I2瞬变，同时dc输出线路电压V₂超过引入dc线路电压V₁(在额定Vdc)。这种过冲与引出dc线路电压V₂在缓冲器串14的晶闸管T1…Tn接通时小于引入dc线路电压V₁的程度紧密对应。缓冲器串14中的晶闸管T1…Tn的反向恢复防止谐振继续进行。此后，负载电路所呈现的固有泄漏电阻使引出dc线路电压衰退。通过感测引入dc线路电压V₁与引出dc线路电压V₂之间的差，断路器控制器30能够监测这种衰退，并且提供触发信号40以指示故障中断开关接触件系统2在电压V₂大致等于电压V₁时的点闭合，由此使最小涌流流动，以及更重要的是完全避免对开关接触件系统的接触件尖的预击穿损坏的风险。对接触件尖的预击穿损坏的危险程度无论怎样强调也是应该的，因为这种形式的损坏对电弧电极行为具有潜在的重大意义，其中电极表面缺陷能够导致金属蒸汽喷入电弧中，这是可支配热电离的通常主导机构的导电等离子体源，并且可潜在地使等离子体的复合在促进灭弧中是低效的。

如上所述，隔离开关接触件系统4a、4b可选地可插入断路器的dc线路6与引入和引出dc线路8、10中的一个或两者之间，以便提供高可靠性、高电阻、高电涌电压和稳态隔离功能。在最实际应用中，依靠开关辅助网络中的晶闸管的自然换向断态来提供引入与引出dc线路8、10之间的隔离被认为是不适当的。隔离开关接触件系统4a、4b的致动相对于故障中断开关接触件系统2和晶闸管的门极控制的致动来同步，使得隔离开关接触件系统闭合就在接通预充电晶闸管T1…Tn之前发生，以及隔离开关接触件系统断开紧接电涌放电器电流衰退到零并且引入dc线路电压在断路器断开操作之后稳定在正常工作电平时的时间点发生。当隔离开关接触件系统4a、4b在引入和引出dc线路8、10中插入时，它们可响应触发信号42a、42b而基本上同时断开和基本上同时闭合。隔离开关接触件系统4a、4b还可在任何预计时间响应本地或远程生成操作员命令来基本上同时或者单独地断开，只要先前由操作员执行以使引入和引出dc线路电流预先减小为零的动作。

提供安全接地开关50a、50b以使引入和引出dc线路8、10能够接地，以便允许执行维护和维修操作。

如以上简要说明，泄漏电阻器R2与缓冲器串电容器C1并联连接，以便在执行维护和维修操作之前对电容器安全地放电。还必不可少的是，这个电容器C1在断开断路器的故障中断开关接触件系统2之前基本上完全放电。优选的是，隔离开关接触件系统4a、4b不会比预充电操作之前绝对必要时更早地闭合，因为每当H桥式整流器的dc端电压存在时，少量泄漏电流经过缓冲器串14的晶闸管T1…Tn，并且这个泄漏电流引起缓冲器串中的电容器C1缓慢充电。预期并且可接受的是，使这种电容器充电按照可控方式进行，因为隔离开关接触件系统闭合之后以及引入与引出dc线路8、10之间的电压的后续指数衰退期间的周期中的泄漏电流的时间积分将会较小。

虽然在地参考或者不对称单极配置的上下文中描述了设计和操作，但是将易于理解，通过去除接地连接以及通过添加适当接地安全开关，相同的断路器能够适用于对称单极操作。为了方便起见，以上描述没有规定引入和引出dc线路8、10上的dc电压的极性，并且本发明的断路器同样可适用于两种极性。

断路器还能够适合于不对称和对称双极线路操作。参照图7，第二断路器100包括：第一dc线路106，通过可选隔离开关接触件系统104a、104b连接在第一引入dc线路108与第一引出dc线路110之间；以及第二dc线路106'，通过可选隔离开关接触件系统104a'、104b'连接在第二引入dc线路108'与第二引出dc线路110'之间。第一dc线路106包括第一故障中断开关接触件系统102，以及第二dc线路106'包括第二故障中断开关接触件系统102'。

第一开关辅助网络112具有连接到第一dc线路106的输入dc端子，以及第二开关辅助网络112'具有连接到第二dc线路106'的输入dc端子。开关辅助网络112、112'均与图2所示的开关辅助网络12相同，并且无需进一步描述。

附加电涌放电器126a、126b和126a'、126b'可以可选地连接在第一和第二dc线路与公共地参考128之间。

接地开关150a、150b连接到第一dc线路106，以及接地开关150a'、150b'连接到第二dc线路106'。

图7的断路器100在负载侧短路、正常负载中断下以及在引出dc线路的预充电期间按照与图2所示断路器1相同的方式进行操作。

第一和第二故障中断开关接触件系统102、102'能够单独地与单独控制器(未示出)一起操作，以及其中各断路器表现为好像它是在单独不对称单极系统中一样。但是，故障中断开关接触件系统102、102'能够可选地按照同步方式来操作。例如，对称双极网络可配置成使得作为对称单极正常操作，其中平衡电流在正和负侧线路中流动并且没有接地导体电流，不对称单极操作仅作为系统一侧的故障之后的恢复操作模式来发起。当对称操作时，优选的是同时断开故障中断开关接触件系统102、102'，以便均衡系统两侧的开关瞬变。在这个示例中，系统设计人员可简单地选择成通过采用两个这种基准模块来将现有基准模块化设计重新部署在两倍基准传输电压，在这样做时，设计人员自然希望提供恢复操作能力。在同步操作的情况下，虽然有可能采用具有两倍于上述控制器功能性(即，具有同时向故障中断开关接触件系统等提供触发信号的能力)并且具有附加同步功能的单个公共断路器控制器，但是通过具有两个接近独立控制器会最可靠地提供上述恢复操作模式，其中控制器的每个具有上述功能性，并且添加了可被禁用的可选择双向同步信号以便保证预期独立性。一般来说，优选的是不依靠单个控制器，因为那会构成单点故障模式。实际上，行业中通常是在HVDC传输系统的每侧复制控制设备，并且这也可在本发明的范围之内实现。

在另一个示例中，模块性的原理可通过串联连接至少两个断路器来扩展，其中断路器的每个具有基准额定电流和电压，以便提供具有1 pu额定电流和2 pu额定电压的单个断路器的功能性。在任何情况下，按照本发明的断路器可采用串联连接故障中断开关接触件系统以及开关辅助网络中的任何便利数量的功率电子装置(例如二极管、晶闸管等)，以便满足额定电压要求，本发明的固有特征是，特定功能中的所有串联连接功率电子装置实际上是相同的，并且按照准确同步方式来操作。模块性的原理还可通过至少两个断路器的并联连接来扩展。上述组件和系统的串联、并联和串并联衍生物被认为处于本发明的范围之内，并且服从相似功能的所有组件按照准确同步方式并且以平衡阻抗进行操作的首要要求，这个要求定义成使得均衡开关应力和其它操作条件。

Claims

1. 一种断路器(1；10)，包括：

第一开关辅助网络(12；112)，包括：

2. 如权利要求1所述的断路器(1；100)，还包括与所述第一开关辅助网络(12；112)的所述缓冲器串(14)的所述电容器(C1)并联连接的电阻器(R2)。

3. 如权利要求1或2所述的断路器(1；100)，其中，所述开关辅助网络(12)还包括连接在所述第一dc线路(6；106)与地参考(28；128)之间的至少一个附加电涌放电器(26a，26b；126a，126b)。

4. 如以上权利要求中的任一项所述的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6，106)的至少一个接地开关(50a，50b；150a，150b)。

5. 如以上权利要求中的任一项所述的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6；106)并且可电连接到所述第一引入dc线路(8；108)的第一隔离开关接触件系统(4a；104a)，所述第一隔离开关接触件系统(4a；104a)具有接触件。

6. 如权利要求5所述的断路器(1；100)，还包括连接到所述第一dc线路(6；106)并且可电连接到所述第一引出dc线路(10；110)的第二隔离开关接触件系统(4b；104b)，所述第二隔离开关接触件系统(4b；104b)具有接触件。

7. 如以上权利要求中的任一项所述的断路器(1)，还包括用于断开和闭合所述故障中断开关接触件系统(2)的接触件的控制器(30)。

8. 如权利要求5或6所述的断路器(1)，还包括用于断开和闭合所述第一隔离开关接触件系统(4a)和/或所述第二隔离开关接触件系统(4b)的控制器(30)。

9. 如以上权利要求中的任一项所述的断路器(100)，还包括：

第二开关辅助网络(112')，包括：

10. 如权利要求9所述的断路器(100)，还包括与所述第二开关辅助网络的所述缓冲器串的所述电容器并联连接的电阻器。