CN106663924A - 由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元 - Google Patents

由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元 Download PDF

Info

Publication number
CN106663924A
CN106663924A CN201480080633.6A CN201480080633A CN106663924A CN 106663924 A CN106663924 A CN 106663924A CN 201480080633 A CN201480080633 A CN 201480080633A CN 106663924 A CN106663924 A CN 106663924A
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve cell
capsule
lamination
valve
primitive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201480080633.6A
Other languages
English (en)
Inventor
明黎
E.佩斯森
陈楠
M.海特廷恩
C.特恩克维斯特
O.赫乔特斯塔姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of CN106663924A publication Critical patent/CN106663924A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14339—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for high voltage operation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/75—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/757—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/7575—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only for high voltage direct transmission link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本公开内容涉及一种阀单元(100)，其包括封壳(130)、多个基元(120)和高压(HV)防护组件(140)。封壳沿轴向方向(112)延伸，且包括固体绝缘材料。封壳至少部分地填充有绝缘气体(115)。多个基元在封壳内布置为叠层。叠层包括多个电容器防护元件(122)，其中叠层的两个相继的基元由电容器防护元件分开。HV防护组件设置在封壳与叠层之间。HV防护组件包括至少一个HV防护电极(142)，其至少部分地插入封壳中，且与电容器防护元件中的至少一个进行电接触。阀单元可形成高压直流转换器站点中的转换器的一部分。

Description

由固体材料和气体绝缘的HVDC功率转换器的阀单元
技术领域
本公开内容大体上涉及高压功率转换器领域，且关于此类高压功率转换器的阀单元中的电绝缘。本公开内容具体涉及阀单元，其中绝缘借助于气体和绝缘固体材料来获得。本公开内容的阀单元可适用于例如离岸平台。
背景技术
高压直流(HVDC)转换器站点是适于将高压直流(DC)转换成交流(AC)或反过来的一类站点。HVDC转换器站点可包括多个元件如转换器自身(或串联或并联连接的多个转换器)、交流开关装置、变压器、电容器、滤波器、直流开关装置和其它辅助元件。电子转换器可归类为例如使用晶闸管作为开关的线路整流转换器，或者使用晶体管如绝缘栅极双极晶体管(IGBT)作为开关(例如，切换装置)的电压源转换器。多个固态半导体装置如晶闸管或IGBT可由电容器包绕且连接在一起，例如，串联，以形成HVDC转化器的构造块或阀单元。
HVDC转换器站点的构造和设计中的挑战在于HVDC转换器站点的不同部分的电绝缘，因为HVDC转换器站点的各种部分之间的距离增大改善绝缘，但同时导致HVDC转换器站点具有较大的尺寸。这可引起例如关于特别是离岸应用的安装、运输和成本的许多困难。对于至少此类应用，大体上需要更紧凑的解决方案。
发明内容
本公开内容的至少一些实施例的目的完全或部分地克服了现有技术的系统的以上缺点，且提供了现有技术的更紧凑的备选方案。
该目的和其它目的借助于所附独立权利要求中限定的阀单元和方法来达成。其它实施例由从属权利要求限定。
根据第一总体方面，提供了一种包括封壳、多个基元和高压(HV)防护组件的阀单元。封壳沿轴向方向延伸，且包括固体绝缘材料。封壳至少部分地填充有绝缘气体。多个基元在封壳内布置为叠层。叠层包括多个电容器防护元件，其中叠层的两个相继的基元由电容器防护元件分开。HV防护组件设置在封壳与叠层之间。HV防护组件包括至少一个HV防护电极，其至少部分地插入封壳中，且与电容器防护元件中的至少一个进行电接触。
在上文限定的阀单元中，电绝缘借助于气体和固体绝缘材料来获得。基元组与地极(即，封壳(其可涂布有导电层或可为金属容器)的外表面)之间的绝缘通过封壳的固体绝缘材料获得，同时基元之间的绝缘经由封壳中包围的气体获得。
在阀单元的操作下，基元组的HV电容器防护件呈现出相对于地极的高电势。就上文所述的阀单元而言，HV电容器防护元件与插入绝缘封壳中的HV电极之间的接触防止气体中的局部放电，因为固体绝缘物经历HV电容器防护件对地极的高电压。封壳的绝缘固体材料可呈现出与气体相比的高绝缘强度，这是以上实施例中限定的阀单元的设计所利用的性质。
就上文限定的阀单元而言，提供了更紧凑的解决方案，因为阀单元中的绝缘至少部分依靠固体绝缘材料。在此阀单元中，基元与封壳之间的电压施加到绝缘固体材料上，绝缘固体材料可具有高于例如用于绝缘的空气或其它流体冷却介质的电击穿属性。因此，沿径向方向(即，沿横向于(如，垂直于)封壳的轴向方向的方向)的绝缘所需的距离减小。
将认识到的是，封壳可由固体绝缘材料制成，但也可在其外表面上涂布有导电层或插入金属容器内，以进行接地。
基元叠层可包括一定数目的基元和HV电容器防护件(或HV电晕防护件)。基元叠层沿轴向方向(封壳沿该轴向方向延伸)布置，使得沿轴向方向限定一定数目的位置，且基元布置在这些位置处。
根据实施例，HV防护组件可包括多个HV防护电极，各个电极均与叠层的电容器防护元件进行电接触。本实施例限定了第一构造，其中多个HV防护电极(或元件)沿轴向方向布置。例如，在基元布置在其中的圆柱形封壳的情况中，一系列碟形HV防护电极可沿圆柱的轴向方向布置，使得HV防护电极(或元件)接触叠层的HV电容器防护元件。在本实施例中，HV防护电极可具有环面形式。
根据实施例，HV防护组件可包括导电部件，其沿轴向方向延伸，且至少部分地插入封壳中。导电部件可与至少一个HV防护电极接触。本实施例限定了第二构造，其中替代多个HV防护电极，导电部件沿轴向方向布置。HV防护部件与一个HV电容器防护元件之间的接触可借助于HV防护件连接器建立。在该实施例中，就传导部件作为插入封壳的绝缘固体材料内的防护件的布置而言，HV防护电极的数目减少。在特定实施例中，HV防护部件可铸造在封壳的绝缘材料中。此外，HV防护部件可具有符合封壳的内壁形状的形状。在特定实例中，HV防护部件可具有圆柱形。
尽管导电部件可经由一定数目的HV防护电极与HV基元(或电容器防护元件)接触，但根据实施例，HV防护组件可包括设置在传导部件与一个HV电容器防护元件之间的单个HV防护件连接器。具体而言，单个HV防护件连接器可与位于叠层内的中心位置中的HV电容器防护元件接触。
此外，HV防护组件可包括导电部件和在其边缘(末梢)处的仅两个HV防护电极。以此方式，边缘附近的固体材料中的局部场增强可改善。换言之，传导部件可从位于叠层的一端处的第一防护元件(或电极)延伸至位于叠层的另一端(相对侧)处的第二防护元件(或电极)。封壳的厚度可甚至进一步改善，尤其是在两个相对地布置的电极之间的区域中。
根据实施例，至少一个HV防护电极可完全嵌入或插入封壳的绝缘材料中。具体而言，HV防护电极可铸造在固体绝缘材料中，其中接触区域在封壳的内表面(或内壁)上。HV防护电极也可称为HV插入电极。
根据实施例，封壳的固体材料可为聚合物。更具体而言，封壳的固体绝缘材料可包括环氧树脂或热塑性材料。
根据实施例，绝缘气体可为六氟化硫(SF6)、氮(N2)、空气和干空气。将认识到的是，气体可为不同气体的混合物，如，SF6和N2的混合物。此外，气体可在压力下，使得其可在下文中称为压缩气体。将认识到的是，本公开内容不限于此气体，且可构想出其它绝缘气体。
根据实例，封壳可由环氧树脂制成，且气体可为SF6。然而，将认识到的是，SF6和环氧树脂的组合仅为实例，且其它气体和其它固体材料也可用于绝缘。
根据实施例，叠层中的基元可包括电容器元件和至少一个半导体构件(例如，包括晶闸管或IGBT)。在更具体的实施例中，基元为碟型基元，具有半导体构件布置在其内的碟形电容器元件。
根据实施例，至少一个基元、一组基元或叠层可分离地布置，使得其可从封壳移除。就本实施例而言，有可能更换基元、一组基元或甚至基元的整个叠层来用于修理、更新或改变基元位置。
根据实施例，阀单元还可包括覆盖封壳的一端的至少一个盖。盖可包括沿封壳的外壁延伸的一部分。盖可包括绝缘材料。就本实施例而言，提出了封壳(也在线缆末端处)的端部处的(气体)空隙的要求，且有可能进一步减小阀单元的大小，特别是沿轴向方向。
根据实施例，阀单元还可包括封壳的一端处的插入线缆末端，用于汇流排的连接。在圆柱状封壳(或容器)的情况中，第一插入线缆末端可布置在圆柱状封壳的第一基部处，且第二插入线缆末端可布置在与第一基部相对的圆柱状封壳的第二基部处。
根据一些实施例，提供了高压直流(HVDC)转换器或HVDC转换器站点，其包括如前述实施例中任一项中限定的阀单元。具体而言，提供了包括至少两个如前述实施例中任一项限定的阀单元的HVDC转换器。阀单元的不同布置是可能的。
根据实施例，至少两个阀单元可同轴地布置。尽管HVDC转换器沿轴向方向延伸更多，该实施例提供了沿径向方向的更紧凑的解决方案。
根据实施例中，包括绝缘材料的间隔元件可布置在至少两个阀单元之间的接合部处。间隔元件包括沿横向于轴向方向的方向延伸的第一部分，以及沿第一阀单元的封壳的外壁和第二阀单元的封壳的外壁中的至少一个延伸的第二部分。
根据另一个实施例中，至少两个阀单元可并排布置，且至少两个阀单元中的第一个的线缆末端输出可连接到至少两个阀单元中的另一个上。
根据实施例，线缆可为嵌入绝缘材料中的汇流排或布置在两个阀单元外部的线缆中的任一个。
本公开内容适用于其中期望提供绝缘环境的具有各种电压水平的高压功率设备。本公开内容大体上有利于期望更紧凑的功率设备的应用，如，电功率设备的安装空间有限的应用和/或离岸风场应用。
将认识到的是，可构想出使用上述实施例中叙述的所有可能的特征组合的其它实施例。
附图说明
现在将参照以下附图来更详细描述示例性实施例：
图1示出了根据实施例的阀单元的示意图；
图2示出了根据另一个实施例的阀单元的示意图；
图3示出了根据实施例的基元的示意图；
图4示出了根据实施例的具有覆盖阀单元的封壳的一端的盖的阀单元的示意图；
图5示出了根据实施例的HVDC的阀单元的布置的示意图；
图6示出了根据实施例的HVDC的阀单元的布置的另一个示意图；
图7示出了根据实施例的HVDC的阀单元的布置的另一个示意图；以及
图8示出了根据实施例的HVDC的阀单元的布置的另一个示意图。
如附图中所示，元件、层和区域的尺寸可出于示范目的扩大，且因此提供来示出实施例的总体结构。相似的参考标号表示各处相似的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图来更完整地描述示例性实施例，附图中示出了当前优选的实施例。然而，本发明可体现为许多不同形式，且不应当解读为限于本文提出的实施例；相反，这些实施例针对彻底性和完整性提供，且将本发明的范围完整传达给技术人员。
参看图1，描述了根据实施例的阀单元100。
图1示出了阀单元100的截面视图，其包括封壳130和在封壳130内布置为叠层的多个基元120。基元120布置在彼此的顶部上，且串联连接来形成封壳130内的电气设备或系统。
封壳130主要沿轴向方向112延伸，且例如可具有从一个凸缘(或基部表面或区域)118延伸至另一个凸缘(或其它基部表面或区域)119的圆柱状形状。封壳130可由绝缘固体材料制成。在特定实施例中，封壳130为沿轴向方向112延伸的圆柱，且基元120沿轴向方向112布置在彼此顶部上，从而限定沿轴向方向112的一定数目的基元位置。封壳130可包括导电层110，或可插入金属容器110内。封壳130的导电外表面110可用于接地。
如参照图3更详细所述，基元可包括电容器元件和半导体构件。标为122的高压电容器防护组件在基元120之间，使得叠层中的两个相继的基元120由HV电容器防护件122分开。换言之，在阀单元100的叠层中，基元120夹在两个HV电容器防护件122之间(或布置在附近)。将认识到的是，HV电容器防护件也可称为基元的一部分，使得基元包括半导体构件、电容器元件和其电容器防护件，在此情况下，叠层包括设置在彼此顶部上的一系列基元。基元的电容器防护件然后将限定为布置在下一个基元附近。在本公开内容中，可考虑到基元120布置为在两个相继的基元120之间具有中间HV电容器防护件122的叠层。
封壳130的外表面110可由导电材料制成，如，金属，或可由导电材料覆盖，使得封壳130的外表面可接地。包括金属涂层或金属容器110的封壳130可由布置在封壳130的端部或基部表面处的一个或多个盖闭合或密封。
此外，对于基元120之间的电绝缘，封壳130至少部分地填充有绝缘气体115，其例如可为SF6、N2、干空气或这些气体的混合物。然而，将认识到的是，本公开内容不限于这些实例，且具有相似的绝缘性质的其它气体(特别是无SF6的气体)也可使用。此外，可使用具有大约几bar的压力的压缩气体。例如，封壳130可填充有处于2bar的压力下的SF6。
封壳130的绝缘材料可为聚合物，如，环氧树脂或热塑性聚合物。然而，将认识到的是，本公开内容不限于这些实例，且可构想出用于绝缘和制造目的的具有相似性质的其它绝缘固体材料。
阀单元100还包括设置在封壳130与基元120的叠层之间的HV防护组件140。大体上，HV防护组件140可包括至少部分地插入封壳130中且与电容器防护元件122中的至少一个进行电接触的至少一个HV防护电极142。
在图1中所示的构造中，HV防护组件140包括分别接触叠层的电容器防护元件122的多个HV防护电极或元件142。HV防护元件142可由导电材料如金属制成。
在图1中所示的特定实施例中，各个基元120或更具体地各个HV电容器防护件122与HV防护电极142连接。参看封壳130为圆柱或具有圆柱状形状的实施例，HV防护电极142可为环面形，以便符合封壳130的形状。图1也示出了特定构造，其中HV防护电极142可至少部分地嵌入或插入封壳130的绝缘材料中。此外，在图1中所示的构造中，多个HV防护电极沿轴向方向112分布在对应于基元120(或HV电容器防护件122)的安放点(位置)的位置处。
HV防护元件142和封壳130因此可在阀单元中形成单个机械块，且基元的叠层可与此机械块分离(或可移除)，这例如对于基元叠层、基元组或甚至整个叠层的修理或替换有利。参看图1，基元120的叠层可通过移除安装在圆柱状封壳130的端部处的凸缘118,119从而打开封壳130来插入或从封壳130移除。圆柱状叠层可在圆柱状封壳130内沿轴向方向112滑动。阀单元100然后可配备有紧固器件(或支座)来用于沿轴向方向112将基元叠层保持在HV防护元件142连接到HV电容器防护件122所处的位置。将认识到的是，尽管圆柱状形状提供了此类电气设备中引起的电场的均一性的一些优点，但本公开内容不限于封壳的此形状，且也可构想出其它几何形状。
图1还示出了阀单元100可包括两个插入式线缆末端(或线缆末端或线缆连接器)160，在封壳130的各端处有一个，以用于汇流排往返于阀单元100的连接。插入式线缆末端160可设计成防止绝缘气体从封壳130泄漏，即，插入式线缆末端可布置成密封封壳130。用于连接到另一个阀单元上或用于连接到电气系统上的外部汇流排可连接到(内部)导线上，或将基元120在封壳130内连接在一起的一些类型的线缆上。例如，阀单元100可为转换器，且可用于将到来的AC信号转换成输出的DC信号。
阀单元100的构件或元件，例如，如，各个基元、一组基元、基元叠层、一个或多个插入式线缆末端和凸缘，可移除或模块化，以便于其替换而不影响其它元件。更具体参看HVDC应用，如参照图1所述的具有一定数目的基元位置的圆柱型HVDC转换器优于传统离岸转换器站点，因为其避免或至少减少人工接近阀单元的元件的空隙的需要。
因此，图1绘出了第一构造，其中电容器之间的绝缘由基元/电容器之间的绝缘气体和绝缘物提供，且地极由固体绝缘材料提供。在特定实施例中，可使用作为固体绝缘材料的环氧树脂和作为压缩气体的SF6的组合。
在该构造中，基元120的电容器(或HV电容器防护件122)与地极之间的电压暴露于封壳130的绝缘固体材料，例如，环氧树脂本体。沿径向方向(即，横向于轴向方向112)的绝缘距离取决于制造封壳或本体130的固体绝缘材料的介电性质。就固体绝缘材料而言，例如，如，环氧树脂，封壳130的厚度可制造成小于其它绝缘手段，如油。
此外，基元120的电容器之间的电压(其可为大约几kV)将暴露于包围在封壳130内的压缩气体。
此外，将认识到的是，适合的绝缘距离设在封壳130的端部中的各个处，以便插入式线缆末端160与气体之间的界面和封壳130的内表面与气体之间的界面可经得与地极的DC电压。
参看图2，描述了根据另一个实施例的阀单元200。
图2示出了阀单元200的截面视图，其包括带金属外表面210的封壳230，以及在封壳230内布置为叠层的多个基元120。基元220布置在彼此的顶部上，其中电容器防护件122布置在两个相继的基元120之间(或为基元120的一部分)。
图2中所示的阀单元200等同于参照图1所述的阀单元100，只是使用了另一类型的HV防护组件240。具体而言，HV防护组件240包括导电部件244、HV防护件连接器242和至少两个HV防护元件或电极246,248。
导电部件244可沿轴向方向212(封壳230沿其延伸)延伸，且可至少部分地插入封壳230中。导电部件与HV防护电极246,248和HV防护件连接器242接触。在图2中绘出的特定实施例中，导电部件244完全铸造或插入在封壳230的绝缘材料中。导电部件244可形成在封壳230的内表面处，以便其符合封壳230的形状。因此，在一些实施例中，导电部件244也可具有圆柱形。
此外，导电部件244借助于HV防护件连接器242与基元120的HV电容器防护件122接触。尽管阀单元原则上可配备有一个以上的HV防护件连接器242(分别连接HV电容器防护件)，但图2中所示的构造在导电部件244与一个基元120之间包括单个HV防护件连接器242。在该特定实施例中，单个HV防护件连接器242与位于叠层内的中心位置的基元120'的HV电容器防护件122'接触。因此，导电部件244具有与中间电容器或HV电容器防护件122'相同的电势。将HV防护件连接器242置于中间阀基元位置电容器处减小了HV电容器防护件122与布置在封壳230中的导电部件244之间的最大电压。
导电部件244可在布置于其末端处的至少两个HV防护元件之间延伸，即，布置成与基元叠层(即，叠层的第一基元处)的一端处的导电部件244接触的第一HV防护元件246，以及布置成与基元叠层的相对端处(即，叠层的至少一个基元处)的导电部件244接触的第二HV防护元件248。HV防护电极246,248可至少部分地，且甚至在一些实施例中完全地嵌入(插入)封壳230的绝缘固体材料中。将认识到的是，HV防护电极246,248可布置在导电部件244的边缘处，以便边缘附近的固体材料中的局部场增强可改善。为了进一步加强阀单元的紧凑性，HV防护电极246,248可沿轴向方向212布置在与叠层中的第一基元和最后的基元相同的位置处。根据实例，HV防护元件246,248可为环面形或环形。
由于该不同构造，故图2中所示的阀单元200的封壳230可至少在布置于导电部件244的末端处的电极246,248之间保持比参照图1描述的阀单元100的构造的封壳130更薄。然而，将认识到的是，封壳230的绝缘材料的厚度可沿轴向方向212变化，且特别是绝缘本体230可在HV防护元件246,248布置在该处的导电部件244的末端处较厚。换言之，在图2中所示的构造中，仅存在绝缘本体230中的仅一个圆柱状防护件(导电部件244)，且HV防护电极246,248仅需要布置在圆柱状防护件244的端部或末端处。因此，所得的阀单元200可制造成较轻。
参看图3，描述了根据实施例的基元120。图3示出了基元120包括电容器元件125和半导体构件127。在图3中所示的实施例中，电容器元件125包绕半导体构件127，且为碟形。电容器元件125包括中心孔，半导体构件127可置于中心孔中。因此，图3中所示的基元120特别适用于圆柱状封壳。半导体构件可取决于期望的电气设备(例如，转换器类型)而为一个或多个晶闸管或IGBT的组件。多个基元120可布置在彼此的顶部上，以结构上形成叠层(如，多个碟形基元叠加的情况中的圆柱)，且电连接在一起来形成期望的电气设备。
尽管在本公开内容中，HV电容器防护件122描述为不同于基元120的单独元件，但基元120也可限定进一步包括布置在电容器元件125的顶部上的这种HV电容器防护件。
图1和2示出了多层转换器的实例，其可包括诸如参照图3所述的基元。
将认识到的是，叠层中的两个相继的基元可与彼此相同或不同。
参看图4，描述了根据另一个实施例的阀单元400。
图4示出了阀单元400，其类似于参照图1所述的阀单元100，只是阀单元400包括覆盖封壳130的至少一个端部119a,119b的至少一个盖450。
图4示出了实施例，其中盖450安装在封壳130的端部119a,119B中的各个处。由于图4中所示的两个盖是相似的，故将仅参照布置在封壳130的端部119a处的盖450。然而，将认识到的是，阀单元400是对称的，且其同样适用于布置在封壳130的端部119b处的盖450。
图4示出了两个示意图，其中左手侧视图示出了从封壳130的端部119a,119b分离的盖450，而右手侧视图示出了安装在封壳130的端部119a,119b处的盖450。
盖或帽450可定形为匹配封壳130的一端119a的形状的帽子状物。盖450可为U形，且因此配合(封装)圆柱形封壳130的一端119a。封壳130可包括在其外壁处的凸起或环的形式的凸缘(或止挡件)113，使得盖450在将安装在封壳130的一端处时抵接在凸缘(或止挡件)113上。图4示出了布置在封壳130的一端119a附近的第一凸缘113，以及布置在封壳130的相对端119b附近的第二凸缘114。从第一凸缘113延伸至第二凸缘114的封壳130的外壁的区域可由导电材料(例如，金属)制成或涂布，且可针对阀单元的操作来接地。
盖或帽450可由固体绝缘材料如聚合物制成，例如，环氧树脂或热塑性材料，这由图4中标为454的本体表示，且可由导电材料如金属涂布在本体454的外表面处。盖450的部分(或U形盖的腿部)可沿封壳130的外壁延伸，其提供了用于飞弧事件的较长路径。盖450可在阀单元的操作期间接地。就盖450而言，叠层的基元与封壳130的末端(或端部)之间的空隙所需的大小减小，从而进一步提高了阀单元的紧凑性。
参看图5-8，描述了形成较大HVDC转换器的阀单元的不同可能布置。
图5示出了两个阀单元740,745同轴地布置在其中的组件700的第一备选方案。
图5示出了类似于参照图4所述的阀单元400的第一阀单元735，其中盖750安装在阀单元735的一端处，只是另一个阀单元745连接在阀单元735的相对端处，替代了具有另一个盖(相比于图4的阀单元400)。因此，组件700还包括第二阀单元745，其可类似于上文参照图1-4所述的阀单元中的任一个。第二阀单元745为组件700中的中间阀，且并不包括任何盖。
阀单元735和745沿轴向方向112布置，且包括绝缘材料如环氧树脂的特殊设计的间隔元件(或间隔件)770布置在第一阀单元735与第二阀单元745之间的接合部处。间隔件770降低了两个阀单元之间的空隙的需要，从而提供了更紧凑的布置。
间隔件700可包括沿横向于轴向方向112的方向延伸的第一部分776，以将阀单元735与第二阀单元745分开。间隔件(或接头)770还可包括沿第一阀单元735和第二阀单元745的封壳的外壁延伸的第二位置774。在图5中所示的特定实施例中，第二部分774从第一阀单元735的第二凸缘114延伸至第二阀单元745的第一凸缘113。因此，凸缘113,114可用于连接两个阀单元。
图6示出了组件800的另一个实施例，其中三个阀单元100并排布置。阀单元中的各个可类似于前述实施例中参照图1-4描述的任何一个阀单元。然而，图6绘出了很类似参照图1所述的阀单元的阀单元。
在图6中所示的组件800中，阀单元中的第一个的线缆末端输出经由线缆805连接到阀单元中的另一个上。例如，阀单元100可由绝缘线缆805(如，交联的聚乙烯、XLPE、线缆)经由插入式线缆末端160连接到其它阀单元上。
图7示出了包括六个阀单元990-995的组件900的另一个实施例。阀单元中的各个可等同于前述实施例中参照图1-4描述的任何一个阀单元。然而，图7绘出了一个组件，其中第一阀单元990布置在两个阀单元的组件的侧部上，即，第二阀单元991和第三阀单元992同轴地布置，如，例如图5中所述，即，借助于布置在第二阀单元991与第三阀单元992之间的接合部处的间隔件926。
在图7中所示的组件900中，第一阀单元990的输出借助于固体绝缘汇流排908连接到第二阀单元991的输入上，即，无露天的任何线缆或汇流排。
更具体而言，图7示出了一个实施例，其中使第一阀单元990与第二阀单元991连接的固体绝缘汇流排908填充有类似于设置在阀单元990,991的封壳的内侧壁处的层的绝缘材料(例如，环氧树脂)的固体绝缘材料。在图7中所示的组件900中，第一阀单元990布置在第二阀单元991和第三阀单元992形成的同轴组件的一侧上，且包括导体906和固体绝缘材料的弯曲的固体绝缘条用于使第一阀单元990与第二阀单元991连接。
类似地，第三阀单元992借助于包括导体906的固体绝缘汇流排908连接到第四阀单元993上。图7中所示的组件是对称的，使得第五阀单元993和第五阀单元992以与第二阀单元991和第三阀单元992相似的方式连接和布置。第六阀单元995以与第一阀单元990连接到第二阀单元991上相似的方式连接到第五阀单元994上。在该组件中，第一阀单元990和第六阀单元991中的各个配备有一个插入式线缆末端160来连接到电气系统(或外部汇流排)上。
图8示出了包括三个阀单元1110-1130的组件1000的另一个实施例。阀单元1110-1130中的各个均可类似于参照图1-4的前述实施例中所述的任何一个阀单元。
图8绘出了一个组件，其中第一阀单元1110可与第二阀单元1120同轴地布置，如，例如图5中所述，即，借助于布置在第一阀单元1110与第二阀单元1120之间的接合部处的间隔件1126。
在图8中所示的组件1000中，第二阀单元1120借助于气体绝缘节点元件1050(诸如用于气体绝缘站点中的)来连接到第三阀单元1130上。对于参照图7所述的固体绝缘汇流排908，气体绝缘节点元件1050并未涉及露天的任何线缆或汇流排，这在离岸应用中是有利的。
更具体而言，图8示出了L形节点元件1050，其提供阀单元的组件中的90度的转向。第一阀单元1110和第二阀单元1120的封壳延伸所沿的轴向方向垂直于第三阀单元1130延伸所沿的轴向方向。
L形节点元件1050借助于间隔件1127与第二阀单元1120(如参照图5所述)分开，且借助于间隔件1128与第三阀单元1130分开。L形节点元件1050可为填充有绝缘气体(例如，如，SF6、N2、干空气或这些气体的混合物)的L形管，且还包括用于第二阀单元1120的最后的基元与第三阀单元1130的第一基元的连接的H形导体1056。
在图8中所示的该组件中，第一阀单元1110和第三阀单元1130中的各个配备有一个插入式线缆末端160来连接到电气系统(或外部汇流排)上。
尽管上文以特定组合描述了特征和元件，但各个特征或元件可在无其它特征和元件的情况下单独使用，或在具有或没有其它特征和元件的各种组合中使用。
此外，公开实施例的其它变型可由技术人员在通过研究附图、公开内容和所附权利要求而实施提出的本发明中理解和实现。在权利要求中，词语"包括"并未排除其它元件，且不定冠词"一"或"一种"并未排除多个。某些特征在相互不同的从属权利要求中叙述的事实并不表示这些特征的组合不可有利使用。

Claims (18)

1.一种阀单元(100,200)，包括：
沿轴向方向(112,212)延伸的封壳(130,230)，其中所述封壳包括固体绝缘材料，且至少部分地填充有绝缘气体(115)；
在所述封壳内布置为叠层的多个基元(120)，其中所述叠层包括多个电容器防护元件(122)，所述叠层中的两个相继的基元由电容器防护元件分开；以及
设置在所述封壳与所述叠层之间的高压(HV)防护组件(140,240)，其中所述HV防护组件包括至少部分地插入所述封壳中且与所述电容器防护元件中的至少一个进行电接触的至少一个HV防护电极(142,248)。
2.根据权利要求1所述的阀单元，其特征在于，所述HV防护组件包括多个HV防护电极，各个电极均与所述叠层的电容器防护元件进行电接触。
3.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述HV防护组件包括沿所述轴向方向延伸且至少部分地插入所述封壳中的导电部件(244)，所述导电部件与所述至少一个HV防护电极(248,246)接触。
4.根据权利要求3所述的阀单元，其特征在于，所述HV防护组件包括设置在所述导电部件与所述叠层的一个电容器防护元件之间的单个HV防护件连接器(242)。
5.根据权利要求4所述的阀单元，其特征在于，所述单个HV防护件连接器与位于所述叠层内的中心位置中的电容器防护元件(122')接触。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述至少一个HV防护电极完全嵌入所述封壳的绝缘材料中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述封壳的固体材料为聚合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述绝缘气体为六氟化硫(SF6)、氮(N2)、空气和干空气中的至少一个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述叠层的基元包括电容器元件(125)和至少一个半导体构件(127)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，至少一个所述基元、一组基元或所述叠层可分离地布置成使得其可从所述封壳移除。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述阀单元还包括覆盖所述封壳的端部(119a, 119b)的至少一个盖(450)，其中所述盖包括沿所述封壳的外壁延伸的一部分，且包括绝缘材料。
12.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述阀单元还包括所述封壳的一端处的插入式线缆末端(160)以用于汇流排的连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的阀单元，其特征在于，所述封壳的外表面包括导电材料。
14.一种高压直流(HVDC)转换器，包括至少两个根据前述权利要求中任一项限定的阀单元。
15.根据权利要求14所述的HVDC转换器，其特征在于，至少两个所述阀单元同轴地布置。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的HVDC转换器，其特征在于，包括绝缘材料的间隔元件布置在所述至少两个阀单元之间的接合部处，所述间隔元件包括沿横向于所述轴向方向的方向延伸的第一部分，以及沿所述第一阀单元的封壳的外壁和所述第二阀单元的封壳的外壁中的至少一个延伸的第二部分。
17.根据权利要求14至权利要求16中任一项所述的HVDC转换器，其特征在于，所述至少两个阀单元中的两个并排布置，且所述至少两个阀单元中的第一个阀单元的线缆末端输出连接到所述至少两个阀单元中的另一个阀单元上。
18.根据权利要求17所述的HVDC转换器，其特征在于，所述线缆为嵌入绝缘材料中的汇流排或布置在所述两个阀单元外的线缆中的任一个。
CN201480080633.6A 2014-07-16 2014-07-16 由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元 Pending CN106663924A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2014/065250 WO2016008518A1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Valve unit for hvdc power converter insulated by solid material and gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106663924A true CN106663924A (zh) 2017-05-10

Family

ID=51220556

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480080633.6A Pending CN106663924A (zh) 2014-07-16 2014-07-16 由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元
CN201580041940.8A Active CN106575651B (zh) 2014-07-16 2015-01-19 用于hvdc功率转换器的阀装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580041940.8A Active CN106575651B (zh) 2014-07-16 2015-01-19 用于hvdc功率转换器的阀装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3170233A1 (zh)
CN (2) CN106663924A (zh)
GB (1) GB2543982B (zh)
WO (2) WO2016008518A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU93028B1 (en) * 2016-04-14 2017-11-30 Abb Technology Ag High voltage DC system
CN110283465B (zh) * 2018-03-19 2022-10-14 日立能源瑞士股份公司 具有显示热可逆性油至凝胶转变的绝缘组合物的电容器
EP4106504A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-21 Hitachi Energy Switzerland AG Encapsulated converter cell module

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101425758A (zh) * 2008-11-20 2009-05-06 青海电力科学试验研究院 1600kV/50mA户外移动式直流电压发生器
CN101523682A (zh) * 2006-09-28 2009-09-02 西门子公司 高压直流输电设备的晶闸管阀
CN201345617Y (zh) * 2008-12-31 2009-11-11 吕晓琳 同轴下井式高压直流电源
CN101978494A (zh) * 2008-03-20 2011-02-16 Abb技术有限公司 电压源转换器
WO2013063806A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 General Electric Company Power stack structure and method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3805140A (en) * 1973-04-02 1974-04-16 Hitachi Ltd Oil-filled ac-dc thyristor convertor
DE2609512C2 (de) * 1976-03-08 1982-11-25 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Gasisolierte Thyristoranordnung
JPS6088450A (ja) * 1983-10-20 1985-05-18 Kansai Electric Power Co Inc:The 高電圧サイリスタバルブ
JPS619107A (ja) * 1984-06-20 1986-01-16 三菱電機株式会社 密閉形直流変換所
JPS62141972A (ja) * 1985-12-13 1987-06-25 Toshiba Corp 交直変換器
WO2008034271A2 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 Reinhard Joho Encapsulated electrical valve module
DE102011006987A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Modulares Stromrichterschranksystem
CN204290748U (zh) * 2011-06-29 2015-04-22 Abb技术有限公司 模块化电压源换流器机架以及绝缘设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101523682A (zh) * 2006-09-28 2009-09-02 西门子公司 高压直流输电设备的晶闸管阀
CN101978494A (zh) * 2008-03-20 2011-02-16 Abb技术有限公司 电压源转换器
CN101425758A (zh) * 2008-11-20 2009-05-06 青海电力科学试验研究院 1600kV/50mA户外移动式直流电压发生器
CN201345617Y (zh) * 2008-12-31 2009-11-11 吕晓琳 同轴下井式高压直流电源
WO2013063806A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 General Electric Company Power stack structure and method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016008598A1 (en) 2016-01-21
CN106575651A (zh) 2017-04-19
CN106575651B (zh) 2019-04-23
GB2543982A (en) 2017-05-03
EP3170233A1 (en) 2017-05-24
GB2543982B (en) 2020-02-12
GB201700980D0 (en) 2017-03-08
WO2016008518A1 (en) 2016-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10818455B2 (en) Series vacuum interrupters with grading capacitors integrated in a molded switch housing
CN102906955B (zh) 高压直流电缆终端装置
CN103308736B (zh) 小型一体化陡前沿脉冲发生装置
CN1912638B (zh) 罐式电容式电压互感器
CN106663924A (zh) 由固体材料和气体绝缘的hvdc功率转换器的阀单元
CN102570123A (zh) 用于固体绝缘式负载断路开关装置的外部连接器
CN112018651B (zh) 提高环保型充气柜用绝缘件绝缘强度的方法及绝缘件
CN106469594B (zh) 变压器套管
KR20070048618A (ko) 가스절연개폐장치와 유입변압기의 접속구조
Fabio et al. Effects of Notches in GIS Spacer Design to Hold Conductor Rods on Electric Field Distribution
CN102714078B (zh) 避雷器
JP2010029005A (ja) 電気機器のガス−油直結三相一括型絶縁区分装置
US9859701B2 (en) Connection of at least four electric conductors
JPS6369409A (ja) 避雷装置
CN106997798A (zh) 免填充的电容式绝缘高压电气设备
JP5973111B2 (ja) 電力コンバータ
KR20200127421A (ko) 전력 케이블의 시험용 단말장치
CN103559987A (zh) 一种特高压变压器用出线装置
CN104332258B (zh) 改进的高压穿墙套管
CN207009266U (zh) 一种干式变电器静电屏蔽装置
SE531321C2 (sv) Högspänningskabelanslutning
JPH0715813A (ja) ガス絶縁開閉装置
JP2020038926A (ja) 乾式変圧器
JPS6027132B2 (ja) ブツシング
JPH11252726A (ja) ガス絶縁スイッチギヤ、モールド絶縁機器および絶縁スペーサ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20181019