[發明專利]電路中斷設備

在審

• 申請號: 201380075624.3
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN105122408A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: C·C·戴維森;羅伯特·懷特豪斯
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: H01H9/54
• 分類號: H01H9/54;H01H33/59;H02H1/06;H02H3/08
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李靜;張浴月

技術領域

本發明涉及電路中斷設備及電路中斷設備組件。

背景技術

在輸電網絡中，交流(AC)電力通常被轉換成直流(DC)電力用于經由架空線路和/或海底電纜傳輸。此轉換不需要補償由傳輸線路或電纜所施加的AC電容性負載的影響，由此減少了線路和/或電纜的每公里成本。從而當需要長距離傳輸電力時，從AC到DC的轉換變得具有成本效益。

從AC到DC的電力轉換還用于有必要互連運行于不同頻率的AC網絡的輸電網絡中。在任何這樣的輸電網絡中，在AC和DC電力的每個交接處均需要轉換器來實現所需的轉換。

HVDC轉換器容易受到DC側故障或能夠呈現在DC輸電線路或電纜兩端具有低阻抗的短路的其他異常運行狀況的影響。這樣的故障可能是由于絕緣的損壞或擊穿、雷擊、導體的移動或由外物導致的導體之間的其他意外橋接而發生。

在DC輸電線路或電纜兩端存在低阻抗可能不利于HVDC轉換器。有時轉換器的固有設計意味著其在這樣的條件下不能限制電流，導致發展成超過HVDC轉換器的額定電流的高故障電流。這樣的高故障電流不僅損壞HVDC轉換器的部件，還導致HVDC轉換器離線一段時間。這導致維修和維護受損電氣設備硬件的成本增加，并給依靠電氣裝置工作的終端用戶帶來不便。因此，能夠在檢測出高故障電流時立即中斷高故障電流很重要。

在轉換器控制不能用任何其他手段限制故障電流的情況下，保護HVDC轉換器免受來自DC側故障影響的傳統手段是使AC側斷路器跳閘，從而去除通過HVDC轉換器將故障饋送到DC側的電流供應。這是因為目前還沒有可商購的HVDC斷路器設計。此外，目前幾乎所有的HVDC方案都是具有連接到DC側的兩個HVDC轉換器的點對點方案，其中一個HVDC轉換器用作具有電力整流能力的電源，而另一個HVDC轉換器用作具有電力逆變能力的電力負載。因此，由于在點對點方案中存在故障需要中斷電力流動以允許清除故障，所以使AC側斷路器跳閘是可以接受的。

一類新的HVDC輸電網絡正被考慮用于長距離移動大量電力，以滿足地理上分散的可再生形式的發電的要求，并且用能夠支持現代電力交易需求的智能電網的智能和特征對AC輸電網絡的現有能力進行增強。

這樣的HVDC輸電網絡需要HVDC轉換器的多端子互連，從而可以使用并聯工作的三個或更多個HVDC轉換器在DC側交換電力。每個HVDC轉換器用作源或蓄能庫(sink)，以維持網絡的整體輸入-輸出電力平衡，同時根據需要交換電力。HVDC輸電網絡中的故障必須迅速與網絡的其余部分隔離和分離，以便使得網絡能夠盡快恢復正常電力輸送。

傳統的AC斷路器的電流中斷是在電流達到電流零點時實施的，從而大大降低了中斷任務的難度。因此，在傳統的斷路器中，如果在用于中斷電流的限定時間段內未出現電流零點，則存在損壞電流中斷設備的風險。因此，由于不像AC電流會自然發生電流零點，DC電流不能自然達到電流零點，所以本質上難以實施DC電流中斷。

出于相同的理由，由于傳統的AC斷路器需要等到故障電流達到電流零點(此時故障電流能夠被安全中斷)，而電流零點在故障電流到達峰值且隨后降落到零點之后發生，所以在故障電流的第一個半周期內執行AC中斷存在固有的困難。此外，機械的AC斷路器相對較慢并且占用若干周期(通常多達50-100ms)來清除故障電流，如圖1中所示。這不僅會使得由于高故障交流電流產生的損壞增加，而且導致傳統AC斷路器固有的最短運行時間。

EP0867998B1公開了一種固態的DC斷路器，包括串聯連接的IGBT的層疊結構，其并聯有金屬氧化物電涌吸收器(surgearrester)。該方案實現了幾毫秒范圍內的響應時間，但具有高穩態電力損耗的缺點。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種電路中斷設備，包括：

主支路；

輔支路，具有高于所述主支路的導通電阻的導通電阻；以及

第一端子和第二端子，用于在使用中連接到電網絡，所述主支路和輔支路在所述第一端子和所述第二端子之間延伸；

其中所述主支路包括開關裝置，其可被切換為在正常運行模式中選擇性允許電流在所述主支路中流動，或在故障運行模式中使電流從所述主支路換向到所述輔支路，并且所述輔支路包括至少一個開關設備，所述或每個開關設備包括至少一個常通開關元件，所述輔支路進一步包括與所述或每個常通開關元件通信的控制單元，所述輔支路進一步包括與所述控制單元電耦接的電力抽取電路；