專利名稱：電力傳輸系統(tǒng)中的絕緣的制作方法
技術領域：
一般來說，本發(fā)明涉及電力傳輸系統(tǒng)。更具體來說，本發(fā)明涉及電力傳輸系統(tǒng)的變電站。
背景技術：
在電力傳輸系統(tǒng)中，并且因而特別是在高壓直流(HVDC)電力傳輸系統(tǒng)中，電力傳輸中使用的電壓變得越來越高。當今，在許多情況下使用800 kV。但是，現(xiàn)在考慮甚至更高的電平，例如1000 kV或者甚至1200 kV。這類高電平的使用引起各種類型的問題。Davidson和de Frtv:.+!:: e在“TheFuture of High Power Electronics in Transmission and Distribution Power Systems，， (13th European Conference on Power Electronics and Applications， EPE20009，2009年9月8-10日，第1-14頁)中論述了一些這類問題。一種特定類型的問題是絕緣。例如由U AsnroriK B Westman、V Lescale 和 GAsplund在“Power transmission with HVDC at voltages above 600 kV，， (InauguralIEEE PES 2005 Conference and Expositions in Africa,Durban,South Africa,2005 年7月11-15日，第44-50頁)中研究了這種情況。在這類系統(tǒng)中，還已知的是提供轉換器站的閥作為多個互連戶外轉換器閥元件。例如在EP 0754367和US5371651中描述了這類元件。如上所述，在設計將以極高電壓進行操作的系統(tǒng)時出現(xiàn)的一個問題是絕緣?？赡苄枰扇√貏e措施以便確保絕緣件能夠處理所需電壓電平，這使設備更笨重，與廣泛開發(fā)成本關聯(lián)，并且將導致套管和一般絕緣件的更復雜設計。因此，需要改進為電力傳輸系統(tǒng)設備提供能夠以極高電壓、例如在1000 kV或以上的電壓使用的絕緣件的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種變電站，其中提供了能夠以極高電壓使用的改進絕緣件。按照本發(fā)明，這個目的通過具有用于在AC與DC或者DC與AC之間進行轉換的轉換器的電力傳輸系統(tǒng)的變電站來實現(xiàn)，其中轉換器包括
-共同設置在相腳(phase leg)中、在第一電位與第二電位之間的第一組串聯(lián)連接的轉換器閥元件，其中第二電位的絕對值高于第一電位的絕對值，以及
-設置在同一相腳中、在第二電位與第三電位之間的第二組轉換器閥元件，其中第三電位的絕對值高于第二電位的絕對值。第二組還包括至少一個轉換器閥元件，并且第二組中的所有轉換器閥元件設置在放置于延長柱狀絕緣件上的一個或多個殼體內(nèi)部，其中柱狀絕緣件的其上放置殼體的一端的電位處于第二電位與第三電位之間的范圍之中，而柱狀絕緣件的另一端具有地電位。
本發(fā)明具有許多優(yōu)點。它允許具有適合于已知電位的現(xiàn)有設備用于新的更高電位。這降低開發(fā)成本。如果操作電位高，則絕緣件量和例如套管等這種設備的復雜度也能夠降低。


下面將參照附圖來描述本發(fā)明，附圖包括
圖I不意不出包括第一變電站和第二變電站的電力傳輸系統(tǒng)，其中第一變電站和第二變電站各包括至少一個變壓器以及具有轉換器閥元件的轉換器，
圖2示意示出本發(fā)明的第一實施例中第一組變壓器以及第一組和第二組轉換器閥元
件，
圖3示意示出本發(fā)明的第一實施例中如何放置和絕緣了圖2的轉換器閥元件，· 圖4示意示出本發(fā)明的第二實施例中的第一組變壓器以及第一組和第二組轉換器閥元件，以及
圖5示意示出本發(fā)明的第二實施例中如何放置和絕緣了第一組變壓器中的一個變壓器以及第二組轉換器閥元件中的一對轉換器閥元件。
具體實施例方式下面將對于電力傳輸系統(tǒng)并且然后更具體地對于高壓直流(HVDC)電力傳輸系統(tǒng)來描述按照本發(fā)明的變電站。但是，應當認識到，本發(fā)明并不局限于這種類型的系統(tǒng)，而是能夠應用于采用轉換器閥的任何類型的系統(tǒng)，例如還適用于諸如靈活交變電流傳輸系統(tǒng)(FACTS)之類的AC系統(tǒng)。圖I中，示意示出用于在兩個交變電流(AC)電力傳輸系統(tǒng)之間進行連接的HVDC系統(tǒng)。為此，HVDC系統(tǒng)包括第一變電站10和第二變電站12，其中第一變電站10包括以一個變壓器Tl例解的第一組變壓器以及用于在AC與DC之間進行轉換的第一轉換器14，其中該轉換器可以是整流器。第一組變壓器Tl將第一轉換器14連接到第一 AC電力傳輸系統(tǒng)(未示出)。第一轉換器14經(jīng)由DC電力線18連接到第二變電站12的第二轉換器16。第二轉換器16也在AC與DC之間進行轉換，并且可以是反相器。第二變電站12也包括以一個變壓器T2例解的第二組變壓器，該組將第二轉換器16連接到第二 AC電力傳輸系統(tǒng)(未示出)。變壓器組可以僅包括一個變壓器，但是也可包括多個變壓器。在組中使用多個變壓器的使得易于得到高DC電壓。圖I中的HVDC系統(tǒng)是單極系統(tǒng)。下面將對于這種系統(tǒng)來描述本發(fā)明。但是，應當認識到，本發(fā)明也可設置在雙極系統(tǒng)中。HVDC系統(tǒng)還能夠更為復雜，并且包括多個更多電力線和變電站。轉換器14和16兩者都可以是任何類型的轉換器，例如線路換向電流源轉換器(CSC)或強迫換向電壓源轉換器(VSC)。在本發(fā)明的此描述中，它們是CSC。但是，應當認識至|J，所使用的轉換器類型對于本發(fā)明而言不重要，只要它是在AC與DC之間進行換流的、包括轉換器閥元件的轉換器即可?，F(xiàn)在將對于變電站之一、即這里的第一變電站來描述本發(fā)明。但是，應當認識到，本發(fā)明的原理也能夠應用于其它變電站，例如第二變電站。
圖2示出第一變電站10的一部分的電路圖，其提供幫助理解本發(fā)明的第一實施例的基本信息。圖2中，存在第一組轉換器閥元件SI和第二組轉換器閥元件S2。這些轉換器閥元件由半導體元件組成，在這里所示的實施例中由晶閘管組成，但是，應當認識到，作為備選方案，轉換器閥元件有可能作為關斷類型的開關、也許連同反向并聯(lián)二極管一起來提供。這些開關例如能夠是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、集成柵換向晶閘管(IGCT)或柵關斷晶閘管(GTO)。轉換器閥元件還可包括多于一個這種串聯(lián)連接半導體元件。圖2中，在轉換器中串聯(lián)連接這些轉換器閥元件，以用于形成連接在地與輸出DC端子+VD。之間的相腳。圖2中，僅示出一個這種相腳，以便提供對本發(fā)明的更清楚理解。應當認識到，通常存在相互并聯(lián)的更多(例如兩個)這種相腳。在所連接AC系統(tǒng)為三相系統(tǒng)-這是通常情況-的情況下，存在三個相腳。圖2也公開第一組變壓器，第一組變壓器包括第一變壓器TlA和第二變壓器T1B。第一變壓器TlA和第二變壓器TlB均具有連接到第一 AC電力傳輸系統(tǒng)的一次繞組以及連接到相腳的二次繞組。在AC系統(tǒng)為三相系統(tǒng)的情況 下，因而存在三個一次繞組和三個二次繞組。如先前所述，該系統(tǒng)也能夠是雙極系統(tǒng)，在這種情況下，轉換器閥元件的數(shù)量可能加倍。如先前所述，轉換器閥元件相互串聯(lián)連接。在這個例解附圖中，還存在第一轉換器閥元件CVl，第一轉換器閥元件CVl在第一端連接到地，并且在第二相對端連接到第二轉換器閥元件CV2的第一端。第二轉換器閥元件CV2具有第二端，第二端連接到第三轉換器閥元件CV3的第一端，其第二端連接到第四轉換器閥元件CV4的第一端。第四轉換器閥元件CV4的第二端連接輸出DC端子+VD。。當?shù)谝蛔儔浩鱐lA連接到第一轉換器閥元件CVl與第二轉換器閥元件CV2之間的接頭時，第二變壓器TlB連接到第三轉換器閥元件CV3與第四轉換器閥元件CV4之間的接頭。在這個第一實施例中，第一轉換器閥元件CVl與第二轉換器閥元件CV2形成第一組轉換器閥元件SI，而第三轉換器閥元件CV3與第四轉換器閥元件CV4形成第二組轉換器閥元件S2。在這個實施例中，因此在第二組中存在兩個轉換器閥元件。但是，應當認識到，這個第二組中有可能具有更多或更少的轉換器閥元件。第一組轉換器閥元件在一端、即在第一轉換器閥兀件CVl的第一端設置在第一電位,而在另一相對端、即在第一組與第二組相連接的一端、即在轉換器閥元件的第一組與第二組之間的接頭處設置在另一個更高電位V2。第二組轉換器閥元件S2與輸出DC電壓端子之間的接頭在這里設置在甚至更高高的第三電位V3。因而，串聯(lián)連接的第一組轉換器閥元件SI共同設置在相腳中，在第一電位Vl與第二電位V2之間，而第二組轉換器閥元件S2設置在同一相腳中，在第二電位與第三電位V3之間。在這里，第三電位的絕對值也高于第二電位的絕對值，第二電位的絕對值又高于第一電位的絕對值。在圖2中能夠看到，在這個第一實施例中，第一組中的第一變壓器TlA的二次繞組連接到該相腳的第一轉換器閥CVl與第二轉換器閥CV2之間的接頭，而第一組中的第二變壓器TlB連接到第三轉換器閥元件CV3與第四轉換器閥元件CV4之間的接頭。在三相AC電力傳輸系統(tǒng)的情況下，每個二次繞組按照這種方式連接到對應相腳。
在本發(fā)明的這個第一實施例中，Vl為0，V2為750 kV，而V3為1000 kV。在如第三電位所設置于的這種高電壓下，當今不存在適合這些高電位電平的套管或絕緣裝置。但是，存在模塊化轉換器閥元件。本發(fā)明針對使用這類模塊化轉換器閥元件連同標準變電站設備，以便避免必須設計適合于這些新的更高電壓電平的新絕緣實體。例如在EP 0754367中描述了這種轉換器閥元件，通過引用將其結合到本文中。圖3示意示出按照本發(fā)明的第一實施例如何實現(xiàn)這個方面。圖3中，第一組轉換器閥SI設置在閥廳20、即建筑物中，其壁包括屏蔽材料。在這個實施例中，這個廳的屏蔽連接到地。第一組轉換器閥元件由此放置于設置在第一電位Vl的共同外殼、即閥廳20中。在該廳的壁中，還存在套管22，導體通過套管22通向第二組轉換器閥元件S2。該第二組轉換器閥元件設置在一個或多個轉換器閥元件殼體28中，并且這里設置在一個殼體中。第二組中的這些元件通常按照EP 0754367中所述的原理來設置，通過引用將其結合到本文中。在這里，殼體28還放置在擱置于多個延長柱狀支承絕緣體或 絕緣柱24上的表面26上,這些柱可以具有陶瓷或者任何其它適當絕緣材料。柱24立于地面上，并且因而它們設置在第一電位VI。但是,殼體28設置在處于第一電位與第三電位之間的范圍之中的電位。在這個實施例中，殼體設置在第二電位V2。這可通過將連接到殼體28的輸入端的盒的來進行。來自盒的輸出端最終設置在電位V3，輸出端要連接到DC電力線(未示出)。這樣，第二組轉換器閥元件S2因而設置在地面之上并且由處于第二電位V2的屏蔽盒28來屏蔽，而閥廳20中的第一組轉換器閥元件SI由處于第一電位Vl的屏蔽件來屏蔽。閥廳20中第一組中的轉換器閥元件以第二電位來輸送電力，第二電位在這個實施例中是750 kVo因此，第二組中的所有轉換器閥元件均放置在放置于延長柱狀絕緣件24上的一個或多個殼體28內(nèi)部，其中，柱狀絕緣件的其上放置殼體的一端的電位處于第二電位與第三電位之間的范圍之中，而柱狀絕緣件的另一端處于地電位。已經(jīng)存在離開閥廳的套管，這些套管的尺寸確定為耐受第一電位與第二電位之間的電位以及甚至更高的電位、例如在800 kV。因此，離開閥廳的套管22的尺寸確定為耐受第二電位與第一電位之間的差V2 - VI。這意味著，存在設計成處理第二電位V2的套管。通過添加設置在一個或多個屏蔽戶外盒中的第二組轉換器閥元件，利用設置在第二電位的屏蔽裝置(shielding)，有可能以更高的第三電壓電平V3來供應電力，而無需開發(fā)尺寸確定為耐受第三電位與第一電位之間的差V3 - Vl的新套管和導體絕緣件，而是有可能使用設計成耐受小許多的電位(即作為第三電位與第二電位之間的差V3 - V2的電位)的絕緣件。因此，屏蔽盒可配備有用于連接到DC電力線的連接端子，該連接端子經(jīng)過設計成耐受如下電壓的套管該電壓具有的電位是第三電位與第二電位之間的差。上述屏蔽轉換器閥盒正好具有這些性質(zhì)。這意味著，對于上述電平，對于閥廳中的第一組轉換器閥元件的絕緣件設計用于750 kV，而對于屏蔽盒中的第二組轉換器閥元件的絕緣件僅需要設計用于250 kV。不需要開發(fā)用于在V3 - Vl的更高電位所需的各種連接的新絕緣件，V3 - Vl在本例中為1000
kVo在這里能夠提到，有可能將更多屏蔽盒用于第二組轉換器閥元件，其中也有可能的是，其中每個這種盒的輸入端連接到它自己的屏蔽裝置。也有可能的是，只有第一盒或少數(shù)這類盒具有這種連接。此外，有可能的是，閥廳沒有被屏蔽或者以除了地之外的另一個電位、例如(V2-Vl)/2來屏蔽?，F(xiàn)在將對于圖4來描述本發(fā)明的第二實施例，圖4示意示出將轉換器閥元件與第一組變壓器互連的備選方式。圖4中，轉換器閥元件還示為盒而不是組件。在該實施例中，變電站10 '包括相互串聯(lián)連接并且連接在第一電位與第三電位V3與Vl之間的第一組轉換器閥元件和第二組轉換器閥元件SI '和S2'。在這個實施例中，第一組SI由第一、第二、第三和第四轉換器閥元件CV1、CV1、CV3和CV4組成，而第二組S2由第五、第六、第七和第八轉換器閥元件CV5、CV6、CV7和CV8組成，其中第一轉換器閥元件CVl連接到第一電位VI，而第八轉換器閥元件CV8連接到第三電位V3。第一組變壓器在這里包括四個變壓器，其中這個組中的第一變壓器TlA連接到第一轉換器閥元件CVl與第二轉換器閥元件CV2之間的接頭，該組中的第二變壓器TlB連接到第三轉換器閥元件CV3與第四轉換器閥元件CV4之間的接頭，該組中的第三變壓器TlC連接到第五轉換器閥元件CV5與第六轉換器閥元件CV6之間的接頭，以及該組中的第四變壓器TlD連接到第七轉換 器閥元件CV7與第八轉換器閥元件CV8之間的接頭。所有這些變壓器均連接到第一 AC電力傳輸系統(tǒng)，并且設置成工作在可以是500 kV電平的AC電壓電平VAC。因此，在第二組轉換器閥元件中的轉換器閥元件之間連接有至少一個變壓器，并且在這個第二實施例中連接有兩個變壓器。在三相AC系統(tǒng)的情況下，該組中的第四變壓器TlD可具有到相腳的Y形連接，而該組中的第三變壓器TlC可具有到相腳的三角形連接。正如第一實施例中那樣，第一轉換器閥元件CVl的第一端設置在第一電位VI，第一組轉換器閥與第二組轉換器閥之間的接頭設置在第二電位V2，而輸出DC端子具有第三電位V3。但是，在這個第二實施例中，第一組轉換器閥元件與第二組轉換器閥元件之間的接頭設置在第四轉換器閥元件CV4與第五轉換器閥元件CV5之間的接頭處，這是與第一實施例中相比要低的相對位置。這意味著，這個第二實施例中，第二電位為第三電位的一半并且是比第一實施例中第二電位要高的電位。在這個第二實施例中，第六轉換器閥元件CV6與第七轉換器閥元件CV7之間的電位還設置在等于第二電壓和第三電壓之和除以2、即(V2+V3) /2 的電位。在這個第二實施例中，第一組轉換器閥元件可如同本發(fā)明的第一實施例中那樣設置在閥廳內(nèi)部。這個閥廳可配備有連接到例如第一電位等電位的屏蔽件。它也可連接到另一個電位，例如(V2+Vl)/2的電位或者沒有屏蔽裝置。它們也可單獨地或聯(lián)合地設置為屏蔽戶外盒中的轉換器閥元件，如EP 0754367中所述。在這個第二實施例中，第二組中的轉換器閥元件、即第四、第五、第六、第七和第八轉換器閥元件CV5、CV6、CV7和CV8設置在屏蔽盒中，其中這些盒按照EP 0754367設置在某個電位。但是，連接到這些轉換器閥的變壓器也設置在某個電位。將對于圖5更詳細地描述這如何進行。圖5中，示出放置在擱置于絕緣材料的柱30上的表面上的一個變壓器、即第四變壓器T1D。因此，該變壓器放置在延長柱狀絕緣件上，其中，該絕緣件的放置變壓器的一端的電位處于第二電位與第二電位和第三電位間的中點之間的范圍之中。因此，這個表面設置在高電位，并且因而變壓器TDl的殼體也設置在高電位，該高電位例如是第二電位V2。第七換器閥元件CV7和第八轉換器閥元件CV8放置在共同屏蔽盒中，共同屏蔽盒按照與第一實施例中相同的方式放置在擱置于絕緣柱24上的表面上。這個電位可以是第二電位V2。但是，在這個實施例中，這個盒的屏蔽件沒有如同第一實施例中那樣設置在第二電位V2，而是設置在等于第二電壓和第三電壓之和除以2的電位。因此，該電位為(V2+V3)/2。因此，它被置于處于第二電位與第三電位之間的中點的電位。按照相同方式，第三變壓器以及第二組中的第五和第六轉換器閥元件也能夠設置在處于與上文所述相同的電位(V2+V3)/2或V2的屏蔽盒中。在上文給出的示例中，第一電位Vl為0，以及第三電位V3為1000 kV。但是，第二電位為500 kV。這意味著，轉換器閥元件盒將保持在電位750 kV。為了將變壓器放置在柱狀絕緣體上，有可能設置斜坡軌道32 (rails 32 from aramp )，在這些軌道上，能夠?qū)⒆儔浩饕苿拥浇^緣體上。一旦到位，就可移開這些軌道。這個實施例的優(yōu)點也在于，能夠使用尺寸確定為用于比DC電力線的電壓要低的電壓的絕緣件和套管。每個戶外盒的絕緣件最多僅需要設計用于耐受電位V3 - V2。通過具有相同電位(V3+V2)/2的兩個轉換器閥盒，絕緣件能夠進一步簡化以用于耐受(V3-V2)/2。這也意味著，兩個盒能夠沒有風險地放置成彼此更靠近。此外，有可能將第二組中的所有轉換器閥元件包含在同一盒中。 本發(fā)明能夠按照多種方式來改變。例如應當認識到，可使用除了以上所述之外的其它電壓和電位電平。也應當認識到，本發(fā)明能夠按照相同原理用于雙極系統(tǒng)。這意味著，可存在與第一組對應的第三組轉換器閥元件以及與第二組對應的第四組轉換器閥元件，其中第三組設置在第一電位與第四電位之間，而第四組設置在第四電位與第五電位之間。在這種情況下，第四電位對應于第二電位，以及第五電位對應于第三電位。因而，第四電位的絕對值高于第一電位的絕對值，并且第五電位的絕對值高于第四電位的絕對值。也應當認識到，第二實施例中將第二組轉換器閥元件封入屏幕盒的方式能夠應用于第一實施例中的第二組轉換器閥元件。從前面的論述顯而易見，本發(fā)明能夠按照許多方式來改變。因此，將會認識到，本 發(fā)明僅受到以下權利要求書限制。
權利要求
1.電力傳輸系統(tǒng)的一種變電站(10;10')，所述變電站(10;10')具有用于在AC與DC之間或者在DC與AC之間進行轉換的轉換器(14)，所述轉換器包括 -共同設置在相腳中、在第一電位(Vl)與第二電位(V2)之間的第一組(SI ；S1丨)串聯(lián)連接的轉換器閥元件(CV1，CV2 ；CV1, CV2，CV3，CV4)，其中所述第二電位的絕對值高于所述第一電位的絕對值，以及 -設置在同一相腳中、在所述第二電位與第三電位(V3)之間的第二組(S2 ；S2丨)轉換器閥元件，其中，所述第三電位的絕對值高于所述第二電位的絕對值，所述第二組包括至少一個轉換器閥元件(CV3，CV4 ；CV5, CV6，CV7，CV8)，其中，所述第二組中的所有轉換器閥元件均設置在放置于延長柱狀絕緣件(24)上的一個或多個殼體(28)內(nèi)部，其中，所述柱狀絕緣件的其上放置所述殼體的所述端的電位處于所述第二電位與所述第三電位之間的范圍之中，而所述柱狀絕緣件的另一端具有地電位。
2.如權利要求I所述的變電站，其中，所述第一組(SI)轉換器閥元件中的所述轉換器閥元件放置于設置在所述第一電位(Vl)的共同外殼(20)中。
3.如權利要求2所述的變電站，其中，所述第一組(SI)中的轉換器閥元件經(jīng)由設計用于耐受其電位處于所述第二電位的電壓的套管(22)連接到所述第二組(S2)中的所述轉換器閥元件。
4.如權利要求3所述的變電站，其中，所述第二組中的至少一個轉換器閥元件的所述殼體連接到所述第二電位(V2)。
5.如權利要求4所述的變電站，其中，所述第二組中連接到所述第三電位的所述轉換器閥元件配備有通過套管所設置的連接端子，所述套管設計成耐受具有如下電位的電壓，所述電位是所述第三電位與所述第二電位的絕對值之間的差。
6.如以上權利要求中的任一項所述的變電站，其中，所述第二組(S2')轉換器閥元件包括至少兩個轉換器閥元件(CV5，CV6，CV7，CV8)，并且所述第二組轉換器閥元件的每個殼體都具有處于所述第二電位與第三電位之間的中點的電位。
7.如以上權利要求中的任一項所述的變電站，還包括變壓器組(T1A，TIB,TIC, TlD)，其中所述變壓器組中存在連接在所述第二組轉換器閥元件中轉換器閥元件之間的至少一個變壓器(Tic，TlD)。
8.如權利要求7所述的變電站，其中，連接到所述第二組轉換器閥元件的所述變壓器各放置在延長柱狀絕緣件(30)上，其中，所述絕緣件的放置所述變壓器的所述端的電位處于所述第二電位與所述第二電位和第三電位之間的中點之間的范圍之中。
9.如權利要求8所述的變電站，其中，所述變壓器被置于所述第二電位。
10.如權利要求8所述的變電站，其中，所述變壓器被置于處于所述第二與第三電位之間的中點的電位。
全文摘要
變電站具有轉換器，轉換器包括設置在第一電位(V1)與第二電位(V2)之間的第一組串聯(lián)連接的轉換器閥元件(S1)，其中第二電位的絕對值高于第一電位的絕對值；以及設置在第二電位與第三電位(V3)之間的第二組轉換器閥元件(S2)，第二組轉換器閥元件(S2)包括至少一個轉換器閥元件，其中第三電位的絕對值高于第二電位的絕對值，并且第二組中的所有轉換器閥元件均放置在放置于延長柱狀絕緣件(24)上的一個或多個殼體(28)內(nèi)部，其中柱狀絕緣件的其上放置殼體的一端的電位被置于第二電位與第三電位之間的范圍之中，而柱狀絕緣件的另一端處于地電位。
文檔編號H02M7/521GK102714472SQ201080062893
公開日2012年10月3日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權日2010年2月2日
發(fā)明者G.弗利斯貝格, P-O.黑德布拉, 吳冬 申請人:Abb 技術有限公司