真空切換組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空切換組件和電力切換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多端子高壓直流(high voltage direct current，HVDC)輸電和配電網(wǎng)絡(luò)的操作涉及負(fù)荷和故障/短路電流切換操作。切換組件執(zhí)行這種切換的可用性允許規(guī)劃和設(shè)計HVDC應(yīng)用(諸如，具有抽頭線的平行HVDC線或閉環(huán)電路)時的靈活性。
[0003]負(fù)載和故障/短路電流切換的已知解決方案是使用基于半導(dǎo)體的開關(guān)，其中基于半導(dǎo)體的開關(guān)通常被用在點對點的高功率HVDC傳輸中。使用基于半導(dǎo)體的開關(guān)的結(jié)果是更快速的切換和更小的允通故障電流值。然而，使用這種開關(guān)的缺點包括高轉(zhuǎn)發(fā)損耗、對瞬態(tài)敏感和當(dāng)裝置處于其斷開狀態(tài)時缺乏有形隔離。
[0004]負(fù)載和故障/短路電流切換的另一種已知解決方案是真空斷路器。真空斷路器的操作依賴于導(dǎo)電電極的機(jī)械分離來斷開相關(guān)聯(lián)的電路。這種真空斷路器能夠允許高幅值的連續(xù)AC電流具有高的短路電流中斷能力。
[0005]然而，常規(guī)真空斷路器由于不存在電流零而在中斷DC電流方面展現(xiàn)差的性能。盡管使用傳統(tǒng)的真空斷路器來中斷低至幾百安培的DC電流是可行的，但是由于低電流下電弧的不穩(wěn)定性，這種方法不僅是不可靠的，也與HVDC應(yīng)用中通常發(fā)現(xiàn)的電流發(fā)水平不兼容。
[0006]通過施加強(qiáng)制電流零或者人工地創(chuàng)建電流零，使用常規(guī)真空斷路器能夠?qū)嵤〥C電流中斷。DC電流中斷的方法包括在常規(guī)真空斷路器兩端并連輔助電路，該輔助電路包括電容器、電容器和電感器的組合或任何其他振蕩電路。在真空斷路器的正常操作期間，輔助電路保持有火花間隙隔離。
[0007]當(dāng)真空斷路器的電極開始分離時，火花點火間隙被導(dǎo)通以在真空斷路器兩端引入足夠大的振蕩電流，并且從而迫使斷路器兩端的電流穿過電流零。這允許真空斷路器成功地中斷DC電流。然而，由于這種布置需要整合輔助電路的附加部件，所以是復(fù)雜的、昂貴的、并且是占用空間的。
[0008]此外，需要使真空斷路器的電極分隔開預(yù)定的間隙，以使得真空斷路器成功地中斷DC電流。這意味著，在形成電極之間的預(yù)定間隙過程中，真空斷路器的響應(yīng)能力受一個或每個電極的移動速度的限制。
[0009]此外，電極的隔離導(dǎo)致產(chǎn)生能夠改變或損壞電極表面的金屬蒸氣電弧。這進(jìn)而可以引起在真空斷路器的壽命期間真空斷路器的介電行為波動，從而導(dǎo)致不可靠的真空斷路器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于切換AC或DC電流的真空切換組件，所述真空切換組件包括真空開關(guān)，所述真空開關(guān)包括:
[0011]第一電極和第二電極，位于真空氣密外殼中，所述真空氣密外殼包含氣體或氣體混合物，所述第一電極和第二電極限定由間隙隔開的相對電極，所述第一電極和第二電極中的每個能夠被連接至攜帶AC或DC電壓的相應(yīng)電路；以及
[0012]壓力控制器，被配置為控制所述真空氣密外殼的內(nèi)部壓力，其中所述壓力控制器被配置為在第一真空水平與第二真空水平之間選擇性地切換所述真空氣密外殼的所述內(nèi)部壓力:
[0013]所述第一真空水平允許在所述真空氣密外殼中形成和維持輝光放電，以允許電流經(jīng)由所述輝光放電在所述第一電極與第二電極之間流動，以便導(dǎo)通所述真空開關(guān)；以及
[0014]所述第二真空水平抑制在所述真空氣密外殼中形成和維持輝光放電，以防止電流經(jīng)由所述輝光放電在所述第一電極與第二電極之間流動，以便斷開所述真空開關(guān)。
[0015]真空氣密外殼中的氣體可以是，但不限于氫、氮、氬、氦、氖、氙、其化合物或SF6。類似地，真空氣密外殼中的氣體混合物可以包括，但不限于氫、氮、氬、氦、氖、氙、其化合物和/或 SF6。
[0016]所述第二真空水平可以具有比所述第一真空水平低或高的壓力值。
[0017]壓力控制器的配置可以變化，以使得能夠控制真空氣密外殼的內(nèi)部壓力。例如，壓力控制器可以包括:栗送裝置，被配置為從所述真空氣密外殼選擇性地去除至少部分氣體或氣體混合物;和/或排氣裝置或質(zhì)量流量控制器，被配置為將氣體或氣體混合物選擇性地引入所述真空氣密外殼。
[0018]在使用中，第一和第二電極中的每個被連接到攜帶AC或DC電壓的相應(yīng)電路。因此，當(dāng)真空開關(guān)被斷開時，在第一電極與第二電極之間出現(xiàn)差分電壓，并且當(dāng)真空開關(guān)被導(dǎo)通時，電流在第一電極與第二電極之間流動。
[0019]為了導(dǎo)通真空開關(guān)，壓力控制器將真空氣密外殼的內(nèi)部壓力從第二真空水平切換到第一真空水平，其中第一真空水平具有比第二真空水平更高或更低的壓力值。這將真空氣密外殼中氣體或氣體混合物的密度增大或減小到允許在真空氣密外殼中形成輝光放電的水平。
[0020]然后通過使電流穿過氣體或氣體混合物以便電離氣體或氣體混合物而形成輝光放電。為了能夠在真空氣密外殼中形成輝光放電，真空開關(guān)可以被如下配置。
[0021]在本發(fā)明的實施例中，所述真空開關(guān)還可以包括與所述第一電極間隔開的第一觸發(fā)電極和/或與所述第二電極間隔開的第二觸發(fā)電極，并且所述真空開關(guān)還可以包括第一電壓控制器，被配置為控制所述觸發(fā)電極或每個觸發(fā)電極的所述電壓，所述第一電壓控制器被配置為在所述觸發(fā)電極或每個觸發(fā)電極與所述第一電極和第二電極中對應(yīng)一個之間選擇性地產(chǎn)生差分電壓，以便電離所述氣體或氣體混合物并且從而在所述真空氣密外殼中形成所述輝光放電。
[0022]在將真空氣密外殼的內(nèi)部壓力從第二真空水平切換到第一真空水平的過程中，在第一電極與第二電極之間可能會發(fā)生電擊穿，從而導(dǎo)致形成電誘導(dǎo)擊穿弧放電，這可以損壞或改變電極的表面。
[0023]所述第一電壓控制器還可以被配置為當(dāng)所述真空氣密外殼的所述內(nèi)部壓力從所述第二真空水平切換至所述第一真空水平時，在所述真空氣密外殼的所述內(nèi)部壓力達(dá)到允許形成電誘導(dǎo)擊穿弧放電的真空水平之前，在所述觸發(fā)電極或每個觸發(fā)電極與所述第一電極和第二電極中對應(yīng)一個之間選擇性地產(chǎn)生差分電壓，以便電離所述氣體或氣體混合物并且從而在所述真空氣密外殼中形成所述輝光放電。這確保真空氣密外殼的所述內(nèi)部壓力從所述第二真空水平到所述第一真空水平的切換沒有導(dǎo)致形成電誘導(dǎo)擊穿弧放電。
[0024]在本發(fā)明的其他實施例中，所述真空開關(guān)還可以包括第二電壓控制器，被配置為在所述第一電極與第二電極之間選擇性地產(chǎn)生差分電壓，以便電離所述氣體或氣體混合物并且從而在所述真空氣密外殼中形成所述輝光放電。
[0025]隨著在真空氣密外殼中形成輝光放電，輝光放電提供電流在第一電極與第二電極之間流動的路徑。以這種方式，真空開關(guān)被導(dǎo)通。將真空氣密外殼的內(nèi)部壓力控制在第一真空水平處允許維持真空氣密外殼中的輝光放電并且從而能夠保持真空開關(guān)導(dǎo)通。
[0026]與金屬蒸氣電弧不同，輝光放電不改變或損壞電極的表面，從而使得真空開關(guān)能夠在真空開關(guān)的壽命期間提供一致的介電行為。
[0027]優(yōu)選地，所述第一真空水平為0.01托到0.1托的范圍。然而，可以理解地是，在本發(fā)明的其他實施例中，第一真空水平的壓力值可以變化，只要它允許且維持真空氣密外殼中的輝光放電，以允許電流經(jīng)由輝光放電在第一電極與第二電極之間流動。
[0028]可選地，所述第一真空水平可以對應(yīng)于所述氣體或氣體混合物的巴邢最小狀態(tài)。在氣體或氣體混合物的巴邢最小狀態(tài)下，第一電極與第二電極之間的介電強(qiáng)度處于其最小值。這使得在第一電極和第二電極兩端的電壓降被保持在最小值，并且從而當(dāng)真空開關(guān)被導(dǎo)通時最小化電極的表面之間的能量耗散。
[0029]在真空開關(guān)導(dǎo)通過程中，在第一和第二電極之間的電壓降隨著真空氣密外殼中氣體或氣體混合物的類型變化。因此，當(dāng)在所述真空氣密外殼的所述內(nèi)部壓力的所述第一真空水平處導(dǎo)通所述真空開關(guān)時，所述氣體或氣體混合物可以被選擇為最小化在所述第一電極和第二電極之間出現(xiàn)的電壓。
[0030]為了斷開真空開關(guān)，壓力控制器將真空氣密外殼的內(nèi)部壓力從第一真空水平切換到第二真空水平，其中所述第二真空水平具有比第一真空水平更低或更高的壓力值。這將真空氣密外殼中的氣體或氣體混合物的密度增大或減小到抑制在真空氣密外殼中維持輝光放電的水平。因此，輝光放電熄滅，從而移除電流在第一電極與第二電極之間流動的路徑。以這種方式，真空開關(guān)被斷開。將真空氣密外殼的內(nèi)部壓力控制在第二真空水平處抑制了在真空氣密外殼中形成新的輝光放電，由此使得真空開關(guān)保持?jǐn)嚅_。
[0031]因此，在真空開關(guān)中包括壓力控制器得到能夠切換AC和DC電流的真空切換組件，而無需使用移動電極并且無需電極之間的金屬蒸氣電弧，從而消除了在切換常規(guī)真空斷路器期間與電極的分離相關(guān)的前述問題。根據(jù)本發(fā)明的真空切換組件可以形成電