CN1331286C - 电压源变换器中的绝缘母线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压源变换器系统，包括平面平行的母线装置，其具有相对紧密的导体棒(4，5，6)以降低系统的感应电压。每个形成在相邻导体棒之间的间隙完全由聚合物绝缘体填充，该聚合物绝缘体形成以提供通向母线系统的裸露外侧的自由入口。本发明还涉及一种模制、单片聚合物绝缘体，其包括具有高度和厚度成连续函数的伸长肋部件(10)，和从肋部件的每个纵向周面倾斜延伸的伸长翼形部件(11，12)。

Description

电压源变换器中的绝缘母线装置
技术领域
本发明涉及一种电压源变换器系统，尤其是涉及一种平面平行的母线装置，其设计成允许系统中直流电压元件的高转换频率。本发明还涉及包含在母线装置中的绝缘导体棒，和使用该母线装置的电压源变换器。
背景技术
这里所说的“高转换频率”指频率达到接近1500Hz。
在具有高质量电源和稳定电网电压的发展过程中，电压源变换器(VSC)已经发展到控制三相AC电压的幅值，相位和频率。VSC有能力产生和吸收无功功率，减少负载变化所产生的电压波动，从而修复使电网中的电压和电流平衡。
电压源变换器的主要目的是向电网中的每个AC相注入补偿电流。为生成对开关设备的控制信号，对电网中的负载变化进行连续监视和处理。开关设备使得变换器直流侧电压三个电压电平(+U，0，-U)中的任一个的高频转换到各自的AC相中。如果转换频率足够高而且开关操作正确，则AC相中就可以得到近似的正弦电流。采用半导体开关如绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，简称IGBT)阀使之可以得到预期的转换频率。在变换器的直流侧，由于变换器的平均有功功率传输为零，因此采用小或最小能量存储容量的DC电容器是有效的。三电平变换器的典型设置由附图中图1的简化电路概略示出。
但是，变换器阀(高转换频率)中电流的快速流通需要，直流侧的感应系数降低并保持在最小值。为得到低感应系数，直流侧包括并排紧密隔开的导体棒。假设施加在棒之间的电压等级为大约10-20kV或更高，确保在导体棒之间形成的狭窄空隙中的足够绝缘性是一个问题。
传统的，导体棒具有通过环绕的绝缘材料如导体周围的绝缘材料层。当与辅助设备电连接时，该方法局限于有限的导体棒的接通度。该方法的另一个问题在于固定没有气孔的绝缘材料，当中逐步的部分放电导致绝缘材料遭到破坏。
聚合材料具有绝缘特性是公知的，在“Electric Field Reduction Due to ChargeAccumulation in a Dielectric-Covered Electrode System”，IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation，vol.7 No.3 June 2000，H.J.M.Blennow et al.中论述了包覆硅橡胶的电极系统的绝缘表面的充电形式。
发明内容
鉴于上面提到的问题，本发明的目的在于提供一种用于电压源变换器系统的母线装置，其中母线由绝缘体覆盖，为了在变换器的直流侧得到低感应系数，绝缘体形成为使得相邻导体棒之间的间隙最小。
另一个目的在于提供一种用于电压源变换器系统的母线装置，其中母线载有绝缘体，该绝缘体形成为基本上具有完全通向母线装置外侧的自由入口。
又一目的在于提供一种母线装置，其具有介于导体棒之间的绝缘材料并设计以避免发生离子放电。
这些和其它目的共存于母线装置和绝缘元件中。
简要地，本发明提出一种聚合物绝缘体，其形成并介于平面平行的母线装置中相邻导体之间的间隙中，这样该间隙完全由聚合物绝缘体填充。绝缘体元件形成以阻止导体棒周围的电流泄露，但留有用于接通并用于相关设备自由连接的母线系统开口的外侧。
优选地，聚合物绝缘体为同源(homogenous)、模制的具有槽形构造的单片元件，包括截面上的拉长肋部件，该拉长肋部件夹在导体棒之间，这样使得翼形部件从肋部件的纵向周面倾斜延伸，以接纳并封闭导体棒的三个侧面，留出第四个侧面完全向周围空间开口。
具体地，本发明提出一种电压源变换器系统的绝缘母线装置，包括：导体棒，其紧密隔开以在装置中产生的感应电压最小，其中伸长的中心导体棒夹在在平面平行装置中两侧导体棒之间，每个形成在相邻导体棒之间的间隙完全由聚合物绝缘体填充，聚合物绝缘体分别与中心导体棒的平面侧和相邻侧导体棒的相对平面侧纵向接触以作支撑，所述聚合绝缘体形成以提供通向母线装置的裸露外侧的自由入口。
此外，单片聚合物绝缘体具有槽形构造，以沿每个侧导体棒的外围包覆绕过三个侧面，留出第四侧面开口作自由入口。
包括由硅橡胶成分挤压形成以限定具有槽形剖面的伸长部分的绝缘体。
单片聚合物绝缘体包括具有连续高度和厚度的伸长肋部件，和从肋部件的每个纵向周面倾斜延伸的伸长翼形部件。
伸长翼形部件相对于肋部件以直角延伸。
本发明也提出一种电压源变换器系统，包括：
直流电压源、转换器阀和用于通过变换器阀从直流电源提供直流电流的母线装置，所述的母线装置具有并排设置的紧密隔开的平面平行导体棒；和
绝缘体元件，其分别与母线装置的中心导体棒的平面侧和相邻侧导体棒的相对平面侧纵向接触以作支撑；
导体棒与绝缘体元件夹在一起以形成绝缘的，平面平行的母线装置，其中，每个绝缘体元件是模制的，单片的聚合物绝缘体具有槽形构造，以沿每个侧导体棒的外围包覆绕过三个侧面，留出第四侧面开口作自由入口并与相关设备连接。
此外，每个形成在平面平行的母线装置的相邻导体棒之间的间隙由所述绝缘体元件的具有连续厚度的肋部件所填充，绝缘体元件具有从肋部件的每个纵向周面倾斜延伸的翼形部件，这样使得形成在所述侧面导体棒的纵向连接轨完全自由接通并与相关设备自由连接。
附图说明
下面进一步描述本发明，作为参考的附加的示意性附图，其中：
图1是本发明优选的包括电压源变换器系统的简化三电平电路；和
图2是根据本发明的母线装置的截面图。
具体实施方式
参考图1，电压源变换器系统(VSC)中示意性示出AC/DC变换器1。AC/DC变换器1中，控制开关2使DC侧三个电压电平(+U，0，-U)中的任一个转换为每一AC相(Ia，Ib，Ic)。相对于被测的负载电流控制并操作开关以向电网中的每相注入补偿电流。希望高转换频率以得到快速响应—执行IGBT变换器阀，其具有达到每秒开关频率达到接近3000次的开关特性。要在变换器阀中得到这样快速的电流流通，尤其重要的是保持变换器中直流侧的低感应系数。
变换器1的直流侧包括DC电容器组件3，通过变换器阀或开关2从该电容器组件3提供电流。为保持低感应系数，电流通过平面平行的母线装置中的导体棒4、5、6提供，该母线装置中导体棒以相邻的导体棒之间的间隙距离为10mm紧密设置，考虑到施加在棒之间的大约几十kV的直流电压，与直流电压相结合的小距离需要在间隙中插入绝缘材料。
现在参考图2，其示出了根据本发明的平面平行的母线装置4-6的截面图。中心导体棒5夹在侧导体棒4和6之间。导体棒4-6通过多个夹子7夹在一起，沿母线装置的轴向分布。绝缘体元件8、9插入每个间隙中，间隙分别在相邻的导体棒4、5和5、6之间形成。绝缘体元件8、9这样形成并设计大小，即当绝缘体元件分别与中心导体棒5的每个平面，以及纵向接触导体棒4和6的每个相邻侧的相对平面侧纵向接触以作支撑时，间隙完全被绝缘体元件填充。
绝缘体元件8、9由同源材料如聚合物材料形成。为降低离子放电的危险或避免离子放电，希望避免在绝缘材料中以及绝缘体与导体棒之间形成气孔。由于硅橡胶固有的弹性并能够适应导体棒的表面，以及由于减少气孔的最终形成的硅橡胶表面的充电积聚特性，并因此使得可能的离子放电行为衰减，因此，硅橡胶被认为是用于绝缘元件8和9的最合适的材料。
绝缘体元件8、9与具有连续高度和厚度的拉长肋部件10同时形成，拉长翼形部件11、12从肋部件10的每个纵向外围倾斜延伸。截面中，绝缘体元件8，9因此具有槽形构造以基本上环绕每侧导体棒4、6的三个侧面覆盖，从而留一第四侧面作为自由入口的完全开口。这样，母线装置4-6具有用以选择性地与相关设备连接的完全裸露的外侧。
翼形部件11、12可以从肋部件10基本上呈直角延伸，并具有宽度，该宽度设置为与电流漏泄路径相对应的尺寸，可以预料该电流漏泄路径与相应电压有关。为进一步避免导体棒和绝缘体元件之间的离子放电，绝缘体元件侧面的拐角和导体棒的外周角都可以是圆形的。
绝缘体元件8、9最好为模制的，而且为了生产成同源单片绝缘体元件，优选是通过硅橡胶成分挤压形成。
母线装置4-6中，导体棒设想并设计为通过电容器3为变换器阀/开关2供电最好没有任何电压失真。优选实施例中，为降低感应系数母线装置包括具有高的宽厚比的扁平铝棒4-6。如图2所示，中心导体棒5突出在其上侧或下侧的装置之外用作自由入口并连接到相关设备，如变换器阀和电容器。侧面导体棒4和6的截面最好为T型，以提供用作自由入口并连接到相关设备的纵向连接轨或侧轨。
如这里公开的，本发明的母线装置和绝缘体元件可操作用于为电压源变换器系统中的转换器阀提供DC电压。但是，请求保护的本发明所得到的优点可以用于需要得到不畸变的电压的任何公共设施或本地网络设备。

Claims (7)

1.一种电压源变换器系统的绝缘母线装置，包括：导体棒(4，5，6)，其紧密隔开以在装置中产生的感应电压最小，其中伸长的中心导体棒(5)夹在在平面平行装置中两侧导体棒(4；6)之间，每个形成在相邻导体棒之间的间隙完全由聚合物绝缘体(8，9)填充，聚合物绝缘体分别与中心导体棒的平面侧和相邻侧导体棒的相对平面侧纵向接触以作支撑，所述聚合绝缘体形成以提供通向母线装置的裸露外侧的自由入口。
2.根据权利要求1的母线装置，其中所述聚合物绝缘体是模制的，单片聚合物绝缘体具有槽形构造，以沿每个侧导体棒(4；6)的外围包覆绕过三个侧面，留出第四侧面开口作自由入口。
3.根据权利要求2的母线装置，包括由硅橡胶成分挤压形成以限定具有槽形剖面的伸长部分的绝缘体。
4.根据权利要求2的母线装置，其中单片聚合物绝缘体(8；9)包括具有连续高度和厚度的伸长肋部件(10)，和从肋部件的每个纵向周面倾斜延伸的伸长翼形部件(11；12)。
5.根据权利要求4的母线装置，其中伸长翼形部件(11；12)相对于肋部件(10)以直角延伸。
6.一种电压源变换器系统，包括：
直流电压源(3)、转换器阀(2)和用于通过变换器阀从直流电源提供直流电流的母线装置(4，5，6)；
所述的母线装置具有并排设置的紧密隔开的平面平行导体棒，和绝缘体元件(8；9)，其分别与母线装置的中心导体棒的平面侧和相邻侧导体棒的相对平面侧纵向接触以作支撑；
导体棒与绝缘体元件夹(7)在一起以形成绝缘的，平面平行的母线装置，其中，
每个绝缘体元件(8；9)是模制的，单片的聚合物绝缘体具有槽形构造，以沿每个侧导体棒(4；6)的外围包覆绕过三个侧面，留出第四侧面开口作自由入口并与相关设备连接。
7.根据权利要求6的电压源变换器系统，其中每个形成在平面平行的母线装置的相邻导体棒之间的间隙是由所述绝缘体元件(8；9)的具有连续厚度的肋部件(10)所填充，绝缘体元件具有从肋部件的每个纵向周面倾斜延伸的翼形部件(11；12)，这样使得形成在所述侧面导体棒的纵向连接轨完全自由接通并与相关设备自由连接。
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