CN108431907B

CN108431907B - 支撑结构以及hvdc隔离开关的布局

Info

Publication number: CN108431907B
Application number: CN201580085519.7A
Authority: CN
Inventors: M.诺西拉蒂; V.吉尔兰多; E.佐佐洛托
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN108431907A; BR112018012932B1; US20190237222A1; BR112018012932A2; WO2017108141A1; US10984926B2; EP3394863A1

Abstract

公开了一种用于HVDC隔离开关(50)的支撑结构(10)。所述支撑结构包括：支撑绝缘件(12)，其具有围绕室(14)的主体(22)；绝缘气体，其提供于所述室中；以及第一凸缘(16)和第二凸缘(18)，其定位在所述支撑绝缘件的相对端处。旋转绝缘件可以定位在所述室中。

Description

支撑结构以及HVDC隔离开关的布局

技术领域

本公开涉及高压直流(High Voltage Direct Current，HVDC)传输系统领域，特别地，涉及用于架空(overhead)或电缆传输线路和/或用于切换系统(switching system)的支撑结构(support structures)，但不仅仅限于HVDC，也可以用于HVAC系统。

背景技术

HVDC电力配送系统将直流用于传输电力。相比于长距离传输，HVDC传输系统可以较不昂贵并且可以经受较低的电力损耗。一般而言，HVDC传输系统包括架空或电缆传输线路以及终端站。HVDC隔离开关可以用于将传输线路与终端站连接和断开连接。

一般而言，HVDC隔离开关具有绝缘支撑结构。支撑绝缘子通常具有圆形横截面，然而，可以使用其它横截面。支撑绝缘件可以具有均匀的横截面或者还可以具有变化的横截面。

支撑结构可以包括串联和并联的两个或更多个支撑绝缘子。支撑绝缘子可以是瓷绝缘子。其它支撑绝缘件通常可以包括如聚合物材料等绝缘刚性材料的管，所述管由聚氨酯等绝缘材料的芯填充。这些支撑结构通常具有大量部件，所述大量部件影响了组装所需的时间量。

本公开至少部分地涉及改进或克服现有技术系统的一个或多个方面。

发明内容

在第一方面，本公开描述了一种用于HVDC隔离开关的支撑结构。所述支撑结构包括：支撑绝缘件(support insulator)，其具有围绕室的主体；绝缘气体，其提供于所述室中；以及第一凸缘和第二凸缘，其定位在所述支撑绝缘子的相对端处。

在第二方面，本公开描述了一种HVDC隔离开关，其包括第一支撑结构和第二支撑结构。所述第一支撑结构和第二支撑结构各自包括：支撑绝缘件，其具有围绕室的主体；绝缘气体，其提供于所述室中；第一凸缘和第二凸缘，其定位在所述支撑绝缘子的相对端处。

所述第一支撑结构进一步包括支撑于所述第一凸缘上的第一触点。所述第二支撑结构进一步包括支撑于所述第一凸缘上的第二触点。所述第一触件和所述第二触点被配置成可相互连接。

附图说明

当连同附图一起阅读以下对各个实施例的描述时，将更完整地理解本公开的前述及其它特征和优点。

图1是根据本发明的用于HVDC隔离开关的结构绝缘子的第一实施例的等距视图；

图2是根据本发明的用于HVDC隔离开关的结构绝缘子的第二实施例的等距视图；

图3是根据本发明的HVDC隔离开关的第一实施例的等距视图；并且

图4是根据本发明的HVDC隔离开关的第二实施例的等距视图。

具体实施方式

本公开总体上涉及一种用于HVDC隔离开关的支撑结构。图1示意性地展示了第一实施例中的支撑结构10。支撑结构10包括支撑绝缘件12、第一凸缘16以及第二凸缘18，所述第一凸缘和第二凸缘定位在支撑绝缘件12的相对端处。

支撑绝缘件12具有主体22，所述主体是空心的。主体22包围室14。主体22由围绕室14的壁组成。主体22可以具有第一端24和第二端26。第一端24和第二端26是密封的。

主体22具有细长结构。在实施例中，主体22具有圆形横截面。主体22在结构上是管状的。主体22环绕室14。室14在第一端24与第二端26之间纵向延伸。室14包围主体22的总体体积的相当大的一部分。室14的体积由主体22的内径和长度决定。

主体22可以具有纵轴21以及沿着纵轴总体上均匀的直径。在进一步实施例中，主体22的直径沿着纵轴变化以便具有变化的横截面。

主体22由复合材料形成。复合材料具有电绝缘性质并且能够提供机械支撑。复合材料可以是选自包括以下各项的组的材料：塑料复合物、玻璃纤维复合物以及环氧树脂复合物。复合材料可以是包括以下各项的混合物的材料：塑料复合物、玻璃纤维复合物和/或环氧树脂复合物。

棚的复合材料优选地是高温硫化(HTV)硅橡胶、低温硫化(LTV)硅橡胶和/或液态硅橡胶(LSR)。在实施例中，主体22可以由单个部分或串联或并联的两个或更多个部分组成。所述部分可以由相同复合材料组成，或者可以由复合材料的不同组合组成。

支撑结构10包括绝缘气体。绝缘气体提供于室14中。绝缘气体优选地是生态型气体。在实施例中，绝缘气体是氮气。在实施例中，可以使用替代性绝缘气体。包括氮气SF₆(六氟化硫)、CF₄(四氟甲烷)和SF₆的混合物。前述混合物可以进一步包括其它气体。在进一步实施例中，可以使用CO₂(二氧化碳)与七氟异丁腈的气体混合物。

绝缘气体包括在主体22中。绝缘气体密封在主体22中。主体22被配置成防止绝缘气体泄漏。在实施例中，主体22在第一端24和第二端26处密封，使得绝缘气体被包括在室14内。在实施例中，第一端24和第二端26设置有金属凸缘，所述金属凸缘使用或不使用确保在宽的温度范围内的气密性的垫片。

在实施例中，主体22设置有用于使绝缘气体通过的密封机构。密封机构使得能够将绝缘气体引入到室14中。密封机构使得能够将绝缘气体从室14中排出。在进一步实施例中，密封机构设置在第一端24或第二端26处。

绝缘气体可以在压力下包括在主体22内。绝缘气体可以在低压下被包括。在实施例中，绝缘气体可以在0.05Mpa到0.5MPa的范围内被包括。在进一步实施例中，绝缘气体可以在0.1Mpa到0.2MPa的范围内被包括。

第一凸缘16和第二凸缘18定位在支撑绝缘件12的相对端处。支撑绝缘件12将第一凸缘16与第二凸缘18隔离。第一凸缘16和第二凸缘18定位成位于主体22的两侧。第一凸缘16定位在主体22的第一端24处。第二凸缘18定位在主体22的第二端26处。第一凸缘16和第二凸缘18具有相应的大小和形式。在实施例中，第一凸缘16和第二凸缘18具有非相应的大小和形式。

第一凸缘16和第二凸缘18通过机械或化学方法固定地连结至主体22。在实施例中，第一凸缘16和第二凸缘18螺栓连接至主体22。在进一步实施例中，第一凸缘16和第二凸缘18胶合至主体22。

第一凸缘16和第二凸缘18以相互平行的方式连接至主体22。主体22基本上垂直于第一凸缘16和第二凸缘18。主体22被定位成邻近于第一凸缘16和第二凸缘18的边缘。在实施例中，主体22被中心地定位在第一凸缘16和第二凸缘18上。

在实施例中，用于使绝缘气体通过的密封机构设置在第一凸缘16或第二凸缘18上。在进一步实施例中，第一凸缘16和第二凸缘18以提供气密密封来封闭用于包括绝缘气体的室14的方式连结至主体22。垫片设置在第一凸缘16和第二凸缘18与主体22的对应端之间。

在实施例中，第一凸缘16和第二凸缘18具有板状结构。第一凸缘16和第二凸缘18形成为具有平面表面的板。第一凸缘16的平面表面平行于第二凸缘18的平面表面。主体22的纵轴与第一凸缘16和第二凸缘18的平面表面相交。

第一凸缘16和第二凸缘18是金属的。第一凸缘16由铝或铝合金形成。第二凸缘18由铝或铝合金形成。

第一凸缘16和第二凸缘18被配置成充当支撑结构。第一凸缘16是用于支撑HVDC隔离开关(disconnectors)的触点(contacts)的金属基架。第一凸缘16设置有用于电压传输的端子(terminal)。第二凸缘18充当用于对支撑绝缘子12进行支撑的金属基架。

第一凸缘16被配置成免受电晕放电影响。第一凸缘16可以具有圆形形状，所述圆形形状的曲率半径适合于防止起晕从而保护安装于其上的HVDC隔离开关的触点。

参照图2，在第二实施例中，支撑结构10进一步包括用于致动HVDC隔离开关的活动触点的可旋转绝缘件20。可旋转绝缘件20定位在室14中。可旋转绝缘件20被中心地定位在支撑绝缘件12的室14中。可旋转绝缘件20被定位成与支撑绝缘件12的纵轴21对齐。可旋转绝缘件20的中心轴与支撑绝缘件12的纵轴21对齐。在实施例中，可旋转绝缘件20的中心轴与支撑绝缘件12的纵轴21平行。在实施例中，可旋转绝缘件20具有棒状形状。在替代性实施例中，可旋转绝缘件20不被中心地定位在室14中。

可旋转绝缘件20定位在第一凸缘16与第二凸缘18之间。第一凸缘16和第二凸缘18定位在可旋转绝缘件20的相对端处。第一凸缘16和第二凸缘18定位成位于可旋转绝缘件20的两侧。

可旋转绝缘件20连接至第一凸缘16和第二凸缘18。第一凸缘16和第二凸缘18被配置成接纳可旋转绝缘件20的相对端。可旋转绝缘件20通过第一凸缘16和第二凸缘18处的连接被保持在位。可旋转绝缘件20的端可以在对应连接处延伸到第一凸缘16和第二凸缘18中。

在实施例中，可旋转绝缘件20的端延伸穿过第一凸缘16和第二凸缘18。可旋转绝缘件20的端与第一凸缘16和第二凸缘18之间的连接是气密的以防止绝缘气体泄露。可旋转绝缘件20的至少一端延伸穿过第一凸缘16以便可用于连接至HVDC隔离开关的触点。

可旋转绝缘件20由第一凸缘16和第二凸缘18可旋转地支撑。可旋转绝缘件20可绕其中心轴旋转。在实施例中，可旋转绝缘件20可绕主体22的纵轴21旋转。可旋转绝缘件20与第一凸缘16和第二凸缘18之间的可旋转连接是气密的以防止绝缘气体泄露。

在替代性实施例中，可旋转绝缘件20被定位成邻近于支撑绝缘件12。可旋转绝缘件20与支撑绝缘件12间隔开。在可旋转绝缘件20相对于支撑绝缘件12被外部定位的情况下，可旋转绝缘件20与第一凸缘16和第二凸缘18之间的连接不是气密的。

参照图3，展示了第一实施例中的HVDC隔离开关50。HVDC隔离开关50包括第一支撑结构52和第二支撑结构54。第一支撑结构52和第二支撑结构54包括支撑结构10的如下所述特征。

第一支撑结构52包括支撑绝缘件12，所述支撑绝缘件具有围绕室14的主体22。绝缘气体提供于室14中。第一凸缘16和第二凸缘18定位在支撑绝缘件12的相对端处。

第一支撑结构52的第一凸缘16支撑第一触点(first contact)56。第一触点56可以是用于HVDC隔离开关的任何已知触点。支撑绝缘件12将定位在第一凸缘16上的第一触点56保持在所需位置处。第一触点56定位在第一凸缘16的平面表面上。第一触点56可以在与平面的第一凸缘16基本上垂直的方向上延伸。第一触点56定位在第一凸缘16上、在与支撑绝缘件12相对的一侧处。在实施例中，第一触点56是固定触点。

第一支撑结构52的支撑绝缘件12定位在第二凸缘18上。第二凸缘18连接至支架62。支架62使第二凸缘18保持离地所需高度。支架62定位在第二凸缘18的平面表面上。支架62在与第二凸缘18的平面表面基本上垂直的方向上延伸。支架62定位在第二凸缘18上、在与支撑绝缘件12相对的一侧处。

第二支撑结构54包括支撑绝缘件12，所述支撑绝缘件具有围绕室14的主体22。绝缘气体提供于室14中。第一凸缘16和第二凸缘18定位在支撑绝缘件12的相对端处。

第二支撑结构54的第一凸缘16支撑第二触点58。第二触点58可以是用于HVDC隔离开关的公知触点。支撑绝缘件12将定位在第一凸缘16上的第二触点58保持在所需位置处。第二触点58定位在第一凸缘16的平面表面上。第二支架58在与第一凸缘16的平面表面基本上垂直的方向上延伸。第二触点58定位在第一凸缘16上、在与支架62相对的一侧处。第一触点56和第二触点58被配置成可相互连接。

在实施例中，第二触点58是活动触点(mobile contact)。活动触点58具有用于连接至固定触点56的可移动臂60。可移动臂60可以通过固定臂64连接至第一凸缘16。

固定臂64在与第一凸缘16的平面表面基本上垂直的方向上延伸。固定臂64被定位成与支撑绝缘件12对齐。固定臂64被定位成与支撑绝缘件12的主体22的纵轴对齐。活动触点58定位在第一凸缘16上、在与支撑绝缘件12相对的一侧处。

第二支撑结构54的支撑绝缘件12定位在第二凸缘18上。第二凸缘18连接至支架62。支架62使第二凸缘18保持离地所需高度。支架62定位在第二凸缘18的平面表面上。支架62在与平面的第二凸缘18基本上垂直的方向上延伸。支架62定位在第二凸缘18上、在与支撑绝缘件12相对的一侧处。

第一支撑结构52与第二支撑结构54间隔开。第一支撑结构52和第二支撑结构54的空间位置由支架62的对应位置决定。第一支撑结构52与第二支撑结构54的对应主体22的纵轴21是平行的。第一支撑结构52的第一凸缘16和第二凸缘18的平面表面平行于第二支撑结构54的第一凸缘16和第二凸缘18的对应平面表面。对应第一凸缘16被配置成免受电晕放电影响。

第二支撑结构54进一步包括用于致动可旋转臂60的可旋转绝缘件20。可旋转绝缘件20被定位成邻近于支撑绝缘件12。可旋转绝缘件20与支撑绝缘件12间隔开。

在进一步实施例中，第一触点56和第二触点58两者都可以是可移动触点。在又进一步实施例中，两个或更多个支撑结构52、54可以设置有活动触点和/或固定触点的组合。

参照图4，展示了第二实施例中的HVDC隔离开关50。在第二实施例中，第二支撑结构54进一步包括定位在室14中的可旋转绝缘件20。可旋转绝缘件20与活动触点58的固定臂64对齐。可旋转绝缘件20的中心轴与固定臂64的中心轴对齐。

可旋转绝缘子20通过第一凸缘16联接至可移动臂60。可旋转绝缘子20通过第一凸缘16联接至固定臂64。可旋转绝缘件20通过固定臂64联接至可移动臂60。

HVDC隔离开关50可以是膝型(knee-type)隔离开关。在实施例中，可旋转绝缘件20旋转以通过伞齿轮和曲轴连杆系统将移动传动至固定臂64。可移动臂60的移动可以由容纳在膝部66之内的齿条小齿轮系统控制。在进一步实施例中，HVDC隔离开关50可以属于双膝型或双断口或其他常见隔离开关类型。

技术人员将认识到可以修改或组合前述实施例以获得本公开的支撑结构10和HVDC隔离开关50。

工业实用性

本公开描述了用于HVDC隔离开关50、具体地说额定为800kV和更大的HVDC隔离开关50的支撑结构10。更具体地说用于膝型HVDC隔离开关50。支撑结构10可以使得能够将用于HVDC隔离开关50的支撑结构10限制于单个结构元件。在实施例中，支撑结构10可以用于HVAC系统。

支撑结构10包括支撑绝缘件12，所述支撑绝缘件具有空心的室14并且由复合材料形成。支撑绝缘件12使结构支撑能够相对于HVDC隔离开关50中的实心结构绝缘件具有相对较高的直径。

支撑绝缘件12减小了对于HVDC隔离开关50的给定负载而发生的变形的可能性。因此，支撑绝缘件12足以提供相当或更好的机械性能，由此允许减小支撑结构10的整体重量、部件数量和大小。支撑绝缘件12足以提供相当或更好的电气性能。使用所述支撑结构，代替三柱绝缘件(在实际三脚结构中使用)的单个柱减小了对地放电的可能性并且减少了HVDC隔离开关50的整体占用空间和组装时间。在实施例中，支撑结构10足以为HVDC隔离开关50提供所需机械和电气性能。

支撑结构10具有减小数量的部件，由此减小了组装和拆卸HVDC隔离开关50所需的时间量。在减小数量的部件的情况下，HVDC隔离开关50具有减少的占用空间。HVDC隔离开关50的阻碍减少允许将更大数量的隔离开关定位在给定区域中。

支撑绝缘件12提供了将可旋转绝缘件20定位在空心室14内的选项，由此进一步减少HVDC隔离开关50的整体占用空间。支撑结构10的第一凸缘16可以被配置成实现电晕屏蔽能力。在这种情况下，支撑结构10可以不供应有防电晕环，由此减少制作材料、部件和组装时间。

因此，在适用法律允许的情况下，本公开包括所附权利要求书中所述的主题的所有修改和等效物。此外，本公开涵盖本公开的所有可能变体中的上述元件的任何组合，除非本文中另外指明。

在任何权利要求中提及的技术特征之后有参考标记的情况下，对参考标记的包括仅仅是出于提高权利要求书的可理解性，并且因此，存在参考标记或不存在参考标记都对上述技术特征或任何权利要求元素的范围不具有任何限制性影响。

本领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开或其基本特征的情况下，本公开可以被具体化为其他特定形式。因此，前述实施例被视为在所有方面都是说明性的，而不是对本文所描述的本公开进行限制。因此，本发明的范围由所附权利要求书、而不是前述说明指明，并且在权利要求书的等效物的意义和范围内的所有改变都因此旨在被包含在其中。

Claims

1.一种用于HVDC隔离开关（50）的支撑结构（10），所述支撑结构（10）包括：

支撑绝缘件（12），其具有围绕室（14）的主体（22）；

绝缘气体，其提供于所述室（14）中；以及

第一凸缘（16）和第二凸缘（18），其定位在所述支撑绝缘件（12）的相对端处；

其中，所述支撑结构（10）还包括可旋转绝缘件（20），其定位在所述室（14）中或者定位成在所述支撑绝缘件（12）外部并邻近所述支撑绝缘件（12）。

2.根据权利要求1所述的支撑结构（10），其中，所述主体（22）由复合材料形成。

3.根据权利要求2所述的支撑结构（10），其中，所述复合材料选自由以下各项组成的组：高温硫化（HTV）硅橡胶、低温硫化（LTV）硅橡胶以及液态硅橡胶（LSR）。

4.根据权利要求1、2或3所述的支撑结构（10），其中，所述绝缘气体选自由以下各项组成的组：氮气；包括氮气SF₆、CF₄和SF₆的气体混合物；以及由CO₂和七氟异丁腈组成的气体混合物。

5.根据权利要求4所述的支撑结构（10），其中，所述绝缘气体是氮气。

6.根据权利要求1、2或3所述的支撑结构（10），其中，所述可旋转绝缘件（20）定位在所述第一凸缘（16）和所述第二凸缘（18）之间。

7.根据权利要求6所述的支撑结构（10），其中，所述可旋转绝缘件（20）可用于通过所述第一凸缘（16）进行连接。

8.根据权利要求1、2或3所述的支撑结构（10），其中，所述第一凸缘（16）被配置成免受电晕放电影响。

9.根据权利要求1、2或3所述的支撑结构（10），其中，所述第二凸缘（18）是用于支撑所述支撑绝缘件（12）的金属基架。

10.根据权利要求1、2或3所述的支撑结构（10），其中，所述主体（22）具有管状结构。

11.一种HVDC隔离开关（50），包括：

第一支撑结构（52），其包括：

支撑绝缘件（12），其具有围绕室（14）的主体（22）；

绝缘气体，其提供于所述室（14）中；

第一凸缘（16）和第二凸缘（18），其定位在所述支撑绝缘件（12）的相对端处，所述第一凸缘（16）支撑第一触点（56）；以及

第二支撑结构（54），其与所述第一支撑结构（52）间隔开，所述第二支撑结构（54）包括：

支撑绝缘件（12），其具有围绕室（14）的主体（22）；

绝缘气体，其提供于所述室（14）中；

第一凸缘（16）和第二凸缘（18），其定位在所述支撑绝缘件（12）的相对端处，所述第一凸缘（16）支撑第二触点（58），其中所述第一触点（56）与所述第二触点（58）被配置成能够相互连接；

其中，所述第一支撑结构（52）或所述第二支撑结构（54）还包括可旋转绝缘件（20），其定位在所述室（14）中或者定位成在所述支撑绝缘件（12）外部并邻近所述支撑绝缘件（12）。

12.根据权利要求11所述的HVDC隔离开关（50），其中，所述第一触点（56）是固定触点，并且所述第二触点（58）是活动触点，所述活动触点（58）具有用于连接至所述固定触点（56）的可移动臂（60），其中所述第二支撑结构（54）的可旋转绝缘件（20）用于致动所述可移动臂（60）。

13.根据权利要求12所述的HVDC隔离开关（50），其中，所述可旋转绝缘件（20）定位在所述室（14）中并且通过所述第一凸缘（16）连接至所述可移动臂（60）。

14.根据权利要求11、12或13所述的HVDC隔离开关（50），其中，所述第一凸缘（16）被配置成免受电晕放电影响。

15.根据权利要求11、12或13所述的HVDC隔离开关（50），其中，所述隔离开关是膝型隔离开关。