一種高壓直流斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓直流斷路器，包括多個用于依次串聯(lián)的斷路器功率組件，多個斷路器功率組件沿上下方向間隔分層布置，任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間設(shè)置層間支撐絕緣子以形成閥塔主體，高壓直流斷路器還包括對應(yīng)布置在所述閥塔主體的旁側(cè)的避雷器組件。本發(fā)明所提供的高壓直流斷路器中，多個斷路器功率組件沿上下方向間隔分層布置，且任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間布置有層間支撐絕緣子以形成閥塔主體，多個斷路器功率組件沿上下方向分層布置，布置相對緊湊，水平占地面積相對較小。
【專利說明】
一種高壓直流斷路器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高壓直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]基于柔性直流的多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決新能源并網(wǎng)和消納問題的有效技術(shù)手段之一，而高壓斷路器是構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，對直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運行有著極其重要的作用。一直以來，在高電壓、大電流條件下，如何解決直流電流無自然過零點而難以開斷，及直流短路電流上升速度快要求其數(shù)毫秒內(nèi)開斷的問題，困擾著國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界，因此被譽為電力技術(shù)領(lǐng)域的百年難題。
[0003]申請公布號為CN103647248A的高壓直流快速斷路器包括機(jī)械隔離開關(guān)、高壓電子開關(guān)和中低壓直流斷路器，機(jī)械隔離開關(guān)與中低壓直流斷路器串聯(lián)以形成一個支路，高壓電子開關(guān)與所述支路并聯(lián)，此處的高壓電子開關(guān)由多個閥段串聯(lián)構(gòu)成，每個閥段由一個避雷器與至少一組串聯(lián)的可關(guān)斷大功率電子元件并聯(lián)形成。正常狀態(tài)下，機(jī)械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器的串聯(lián)支路導(dǎo)通，高壓電子開關(guān)回路中沒有電流通過。而當(dāng)高壓直流線路短路故障時，中低壓直流斷路器首先動作，由于中低壓直流斷路器具有直流消弧能力，直流電流在中低壓直流斷路器兩端產(chǎn)生電弧壓降，此時，立即觸發(fā)與其并聯(lián)的高壓電子開關(guān)，高壓電子開關(guān)導(dǎo)通后，由于其導(dǎo)通阻抗低，直流電流被迅速轉(zhuǎn)移至高壓電子開關(guān)回路，相應(yīng)的中低壓直流斷路器及機(jī)械隔離開關(guān)回路中的直流電流迅速降低，端電壓也迅速降低，機(jī)械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器具備了消弧條件，并斷開熄弧，使機(jī)械隔離開關(guān)具備了阻斷額定直流電壓的能力，然后，高壓電子開關(guān)停止導(dǎo)通，呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷開回路中的直流電流回路。目前，國內(nèi)外的高壓直流斷路器均處于研發(fā)階段，尚無成熟的產(chǎn)品。整個直流斷路器的零部件較多，需要選擇合適的安裝結(jié)構(gòu)來組裝直流斷路器，其中，如何較為緊湊、經(jīng)濟(jì)的布置數(shù)目較多的功率組件成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種功率組件緊湊布局的高壓直流斷路器。
[0005]本發(fā)明所提供的高壓直流斷路器的技術(shù)方案是:一種高壓直流斷路器，包括多個用于依次串聯(lián)的斷路器功率組件，多個斷路器功率組件沿上下方向間隔分層布置，任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間設(shè)置層間支撐絕緣子以形成閥塔主體，高壓直流斷路器還包括對應(yīng)布置在所述閥塔主體的旁側(cè)的避雷器組件。
[0006]所述的閥塔主體在水平橫向上間隔布置有至少兩列。
[0007]任意相鄰的兩列閥塔主體之間設(shè)有維修平臺。
[0008]所述的避雷器組件包括沿上下方向布置的多個避雷器;高壓直流斷路器還包括用于向所述斷路器功率組件供電的送能單元，送能單元與所述避雷器組件對應(yīng)布置在所述閥塔主體的相對兩側(cè)。
[0009]所述的閥塔主體支撐設(shè)置在底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)上，所述的避雷器組件和送能單元分別支撐設(shè)置在旁側(cè)支撐絕緣子上，底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)包括豎向布置的多個主支撐絕緣子和對應(yīng)布置在主支撐絕緣子之間的斜拉絕緣子。
[0010]所述的斷路器功率組件包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個功率器件，所述的子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。
[0011]所述的每個閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個功率器件相鄰，每個閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個功率器件與布置在后列壓裝單元中的兩個功率器件在前后方向?qū)?yīng)。
[0012]所述的功率器件為IGBT，每列壓裝單元包括依次間隔布置的多個水冷散熱器和所述的IGBT，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂的IGBT和兩個下橋臂的IGBT分別通過夾設(shè)在對應(yīng)兩IGBT之間的水冷散熱器導(dǎo)電連接，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂與兩個下橋臂通過橋接在該閥段子模塊的四個IGBT外側(cè)的相應(yīng)水冷散熱器之間的橋接片導(dǎo)電連接。
[0013]所述的組裝框架上對應(yīng)每個閥段子模塊分別設(shè)有一個旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)與對應(yīng)的閥段子模塊并聯(lián)布置，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。
[0014]每個閥段子模塊均包括阻尼電容和/或阻尼電阻，每個閥段子模塊的阻尼電容和/或阻尼電阻分別布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提供的高壓直流斷路器中，多個斷路器功率組件沿上下方向間隔分層布置，且任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間布置有層間支撐絕緣子以形成閥塔主體，多個斷路器功率組件沿上下方向分層布置，布置相對緊湊，水平占地面積相對較小。
[0016]進(jìn)一步地，閥塔主體在水平橫向上間隔布置有至少兩列，這樣可以根據(jù)實際需要布置多個斷路器功率組件的位置。
[0017]進(jìn)一步地，在相鄰的兩列閥塔主體之間設(shè)有維修平臺，便于人員操作及設(shè)備維修。
[0018]進(jìn)一步地，送能單元和避雷器組件分置于閥塔主體的兩側(cè)，接線相對簡單，結(jié)構(gòu)也較為緊湊。進(jìn)一步地，閥塔主體通過底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)支撐，并且，在豎向布置的主支撐絕緣子之間設(shè)置斜拉絕緣子，可以提高底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度及穩(wěn)定性，提升閥塔主體的整個抗震性能，也便于疊放更多的斷路器功率組件。
[0019]進(jìn)一步地，斷路器功率組件中，子模塊單元的閥段子模塊的上橋臂的兩個功率器件布置在前列壓裝單元中，下橋臂的兩個功率器件則布置在后列壓裝單元上，這樣可以根據(jù)實際需要沿左右方向布置有多個閥段子模塊，多個閥段子模塊的所有上橋臂的功率器件位于前列壓接單元中，而所有下橋臂的功率器件則位于后列壓接單元中，不需要為每個閥段子模塊分別配置壓裝結(jié)構(gòu)件，進(jìn)而可有效簡化功率組件的整體結(jié)構(gòu)。
[0020]進(jìn)一步地，每個閥段子模塊并聯(lián)一個旁路開關(guān)，這樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)移支路的冗余設(shè)計，在任何一個閥段子模塊出現(xiàn)故障時，旁路開關(guān)可以將其短接，不影響其他閥段子模塊的正常工作。
[0021]進(jìn)一步地，閥段子模塊的阻尼電容和阻尼電阻對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)，這樣可以方便實現(xiàn)阻尼電容和阻尼電阻與各閥段子模塊的功率器件的對應(yīng)連接。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明所提供的高壓直流斷路器的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1所示斷路器的左側(cè)示意圖；
圖3是圖1所示斷路器的俯視圖；
圖4為圖1中斷路器功率組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖4所示功率組件的主視圖；
圖6為圖4所示功率組件的電氣原理圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1至圖6所示，一種高壓直流斷路器的實施例，該實施例中的高壓直流斷路器包括多個用于依次串聯(lián)的斷路器功率組件5，多個斷路器功率組件5沿上下方向間隔分層布置，且任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間設(shè)置層間支撐絕緣子以形成閥塔主體100，每個閥塔主體分別具有5個斷路器功率組件，本實施例中，此處的閥塔主體100在水平橫向上間隔布置有兩列，且在相鄰的兩列閥塔主體之間設(shè)有維修平臺4。
[0024]每層斷路器功率組件5上分別設(shè)有層間分體屏蔽，即每個斷路器功率組件外側(cè)分別設(shè)有繞斷路器功率組件布置的周向屏蔽結(jié)構(gòu)，并且，在每列閥體主體100的上方支撐設(shè)置有頂部屏蔽罩8，每列閥體主體100的下方分別設(shè)有底部屏蔽罩5。在閥塔主體的上下對應(yīng)設(shè)置頂部屏蔽罩及底部屏蔽罩，起到屏蔽兼防塵的租用，不僅美觀，而且，結(jié)構(gòu)輕便，安裝簡易O
[0025]兩列閥塔主體100對應(yīng)的支撐設(shè)置在底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)400上，底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)400包括豎向布置的多個主支撐絕緣子2和對應(yīng)布置在主支撐絕緣子之間的斜拉絕緣子I。
[0026]本實施例中，在兩列閥塔主體100的兩側(cè)分別設(shè)有避雷器組件200和送能單元300。此處的避雷器組件200包括多個沿上下方向分層布置的避雷器9，對應(yīng)每個斷路器功率組件分別并聯(lián)的布置有一個上述的避雷器9。送能單元300包括多個沿上下方向分層布置的送能變壓器7。本實施例中，避雷器組件200和送能單元300分別由布置在底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)400旁側(cè)的旁側(cè)支撐絕緣子10支撐。
[0027]裝配時，可先在室內(nèi)地面安裝用于支撐閥塔主體的底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)400，具體可先安裝主支撐絕緣子2，在主支撐絕緣子2之間安裝斜拉絕緣子I。
[0028]然后，在底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)上依次自下而上安裝底部屏蔽罩及第一層斷路器功率組件，在第一層斷路器功率組件安裝完畢后，安裝層間支撐絕緣子，然后放置第二層斷路器功率組件，按此順序，依次自下而上完成所有組件的疊層放置。
[0029]在兩列閥塔主體之間設(shè)置維修平臺。并在頂部安裝頂部屏蔽罩。最后，在兩列閥塔主體的兩側(cè)分別安裝避雷器組件和送能單元。
[0030]另外，需要說明的是，該實施例中的功率組件包括組件框架400，組件框架400上布置有左右兩個子模塊單元500，每個子模塊單元500分別包括8個閥段子模塊，每個閥段子模塊600分別具有對應(yīng)連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個功率器件，此處的功率器件為IGBT613，兩個子模塊單元500的閥段子模塊600依次串聯(lián)。
[0031]實際上，本實施例中，每個子模塊單元分別具有沿沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元610和后列壓裝單元611，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個IGBT613和水冷散熱器614以及相應(yīng)的壓裝結(jié)構(gòu)，壓裝結(jié)構(gòu)包括位于兩端的兩壓裝板和設(shè)置于兩壓裝板之間的絕緣拉桿。
[0032]每個閥段子模塊中的兩個上橋臂的IGBT布置在前列壓裝單元610中、兩個下橋臂的IGBT布置在后列壓裝單元611中。而且，同一閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個IGBT相鄰，每個閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個IGBT與布置在后列壓裝單元中的兩個IGBT在前后方向一一對應(yīng)。
[0033]每個閥段子模塊均包括四個IGBT和與四個IGBT對應(yīng)間隔布置的六個水冷散熱器，四個IGBT包括布置在前列壓裝單元10中的兩個前列IGBT和布置在后列壓裝單元中的兩個后列IGBT，六個水冷散熱器則包括布置在前列壓裝單元中的三個前列散熱器和布置在后列壓裝單元中的三個后列散熱器。本實施例中，相鄰的兩個閥段子模塊共用兩個位于外側(cè)的水冷散熱器。
[0034]實際上，每個閥段子模塊的兩上橋臂的前列IGBT通過位于兩前列IGBT之間的前列散熱器導(dǎo)電連接，兩下橋臂的后列IGBT通過位于兩后列IGBT之間的后列散熱器導(dǎo)電連接。
[0035]而且，每個閥段子模塊的位于兩前列IGBT兩外側(cè)的兩個前列IGBT與位于兩后列IGBT外側(cè)的兩個后列IGBT 對應(yīng)的通過橋接片612導(dǎo)電連接，以實現(xiàn)每個發(fā)段子模塊的兩個上橋臂與兩個下橋臂之間的導(dǎo)電連接。
[0036]此處的組件框架實際上包括兩絕緣支撐梁62和三個鋁支撐梁65，兩絕緣支撐梁62包括沿前后方向間隔布置并沿左右方向并行延伸的前絕緣支撐梁和后絕緣支撐梁，兩絕緣支撐梁包括沿前后方向間隔布置并沿左右方向并行延伸的前絕緣支撐梁和后絕緣支撐梁，兩絕緣支撐梁均為U形，三個鋁支撐梁5為沿左右方向間隔布置并沿前后方形并行延伸的左支撐梁、中部支撐梁和右支撐梁，兩個子模塊單元的其中一個子模塊單元的兩列壓裝單元固定安裝在左支撐梁和中部支撐梁之間，另一個子模塊單元的兩列壓裝單元固定安裝在中部支撐梁和右支撐梁之間。
[0037]實際上，在組裝框架上對應(yīng)每個閥段子模塊分別設(shè)有一個旁路開關(guān)63，該旁路開關(guān)63于對應(yīng)的閥段子模塊600并聯(lián)布置，本實施例的組裝框架上共設(shè)有16個旁路開關(guān)63以與兩個子模塊單兀中的16個閥段子模塊相應(yīng)，16個芳路開關(guān)對應(yīng)的布置在子模塊單兀的前后兩側(cè)。
[0038]而且，實際上，每個閥段子模塊均包括阻尼電容67和阻尼電阻66，每個閥段子模塊的阻尼電容和阻尼電阻分別布置在子模塊單元的前側(cè)。
[0039]另外，組件框架上于子模塊單元的后側(cè)設(shè)有向閥段子模塊中的IGBT供電的取能電源69，取能電源69對應(yīng)與閥段子模塊中的IGBT驅(qū)動68導(dǎo)電連接以實現(xiàn)對相應(yīng)IGBT的驅(qū)動。
[0040]另外，在組件框架400的外側(cè)設(shè)置屏蔽罩61，屏蔽罩61沿組件框架的周向間隔均布有多個。
[0041]本實施例所提供的功率組件中，每個子模塊單元分別具有兩列壓裝單元，以形成多個閥段子模塊，前后列壓裝單元中的IGBT對應(yīng)導(dǎo)電連接以構(gòu)成H橋，而且，旁路開關(guān)、阻尼電容和阻尼電阻對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，不影響沿左右方向延伸的壓接單元的布置。整個功率組件結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，同時，也方便實現(xiàn)功率組件內(nèi)部器件的對應(yīng)導(dǎo)電接線。
[0042]本實施例中，功率器件采用IGBT，在其他實施例中，也可采用IGCT。
[0043]本實施例中，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，在其他實施例中，也可僅子模塊單元的前側(cè)或后側(cè)。
[0044]本實施例中，各閥段子模塊的阻尼電阻和阻尼電容布置在子模塊單元的前側(cè)，在其他實施例中，也可以布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，或者是直接布置在后側(cè)，可使得阻尼電阻和阻尼電容沿左右方向排布布置。
[0045]本實施例中，組件框架上設(shè)有兩個子模塊單元，在其他實施例中，可設(shè)置一個子模塊單元或者兩個以上的子模塊單元。
[0046]本實施例中，壓接單元中壓裝結(jié)構(gòu)可采用申請公布號為CN104701096A中壓接單元的壓裝結(jié)構(gòu)，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的閥段壓接結(jié)構(gòu)。
[0047]本實施例中，斷路器功率組件可采用申請公布號為CN103647248A的發(fā)明專利申請中的高壓電子開關(guān)中的大功率電子元件。
[0048]本實施例中，送能單元可采用申請公布號為CN103647537A發(fā)明專利申請中的取能送能裝置。
[0049]本實施例中，設(shè)置有兩列閥塔主體，在其他實施例中，可根據(jù)實際需要設(shè)置單列閥塔主體或中三列以上的閥塔主體。
[0050]本實施例中，底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)的主支撐絕緣子之間設(shè)有斜拉絕緣子，可提升整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性，提升閥塔主體的抗震性能。
【主權(quán)項】
1.一種高壓直流斷路器，包括多個用于依次串聯(lián)的斷路器功率組件，其特征在于:多個斷路器功率組件沿上下方向間隔分層布置，任意相鄰的兩層斷路器功率組件之間設(shè)置層間支撐絕緣子以形成閥塔主體，高壓直流斷路器還包括對應(yīng)布置在所述閥塔主體的旁側(cè)的避雷器組件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的閥塔主體在水平橫向上間隔布置有至少兩列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流斷路器，其特征在于:任意相鄰的兩列閥塔主體之間設(shè)有維修平臺。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的避雷器組件包括沿上下方向布置的多個避雷器;高壓直流斷路器還包括用于向所述斷路器功率組件供電的送能單元，送能單元與所述避雷器組件對應(yīng)布置在所述閥塔主體的相對兩側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的閥塔主體支撐設(shè)置在底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)上，所述的避雷器組件和送能單元分別支撐設(shè)置在旁側(cè)支撐絕緣子上，底部支撐絕緣子結(jié)構(gòu)包括豎向布置的多個主支撐絕緣子和對應(yīng)布置在主支撐絕緣子之間的斜拉絕緣子。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的斷路器功率組件包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個功率器件，所述的子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的每個閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個功率器件相鄰，每個閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個功率器件與布置在后列壓裝單元中的兩個功率器件在前后方向一一對應(yīng)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的功率器件為IGBT，每列壓裝單元包括依次間隔布置的多個水冷散熱器和所述的IGBT，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂的IGBT和兩個下橋臂的IGBT分別通過夾設(shè)在對應(yīng)兩IGBT之間的水冷散熱器導(dǎo)電連接，每個閥段子模塊中的兩個上橋臂與兩個下橋臂通過橋接在該閥段子模塊的四個IGBT外側(cè)的相應(yīng)水冷散熱器之間的橋接片導(dǎo)電連接。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流斷路器，其特征在于:所述的組裝框架上對應(yīng)每個閥段子模塊分別設(shè)有一個旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)與對應(yīng)的閥段子模塊并聯(lián)布置，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流斷路器，其特征在于:每個閥段子模塊均包括阻尼電容和/或阻尼電阻，每個閥段子模塊的阻尼電容和/或阻尼電阻分別布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。
【文檔編號】H01H71/10GK105931923SQ201610357828
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】姚志國, 王艷, 任成才, 張承, 李申, 李華君, 毛志云, 謝云龍
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司, 國家電網(wǎng)公司