Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения

Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к выключателю для участка передачи постоянного тока высокого напряжения.

Для передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC или HGÜ), в частности, для создания мультитерминальных (HVDC) и сетевых систем (HGÜ) необходимы силовые выключатели. Эти силовые выключатели должны надежно отключать как номинальные токи, так и токи короткого замыкания. Существующие номинальные напряжения составляют 550 В. В будущем номинальные напряжения смогут достигать 800 или даже 1000 кВ. Номинальные токи составляют около 2-5 кА. Отключаемые токи короткого замыкания могут превышать номинальный ток многократно. Силовой выключатель для передачи постоянного тока высокого напряжения должен дополнительно обеспечивать гальваническое разделение. Прежние установки для передачи постоянного тока высокого напряжения выполнены в виде решений типа «от точки к точке» (Point-to-Point). Отключения этих установок производятся путем регулирования на соответствующих преобразовательных станциях.

Задачей настоящего изобретения является создание выключателя для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, с помощью которого при возможно более простом устройстве достигается надежное отключение номинальных токов и токов короткого замыкания.

Эта задача решается с помощью выключателя с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным формам исполнения выключателя.

Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения согласно изобретению содержит схему из последовательно включенных первого и второго коммутационных устройств, причем первое коммутационное устройство выполнено для прерывания тока, а второе коммутационное устройство - для изоляции напряжения. Наконец, выключатель содержит устройство для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через коммутационные устройства. При этом первое коммутационное устройство предпочтительно содержит вакуумный силовой выключатель. Второе коммутационное устройство предпочтительно содержит силовой выключатель с газовой, масляной изоляцией или масляной изоляцией с малым содержанием масла.

Для изобретения было обнаружено, что при создании противотока, понижающего ток, протекающий через вакуумный силовой выключатель, предпочтительно достигается улучшение коммутационного процесса. В частности, при этом достигается прохождение тока через нуль. Это возможно, поскольку полярность в случае передачи постоянного тока высокого напряжения заранее известна и не изменяется постоянно, как при переменном токе.

Для генерации обратного напряжения устройство предпочтительно содержит конденсатор высокого напряжения, а также выключатель. Целесообразно, чтобы элементы были включены параллельно вакуумному силовому выключателю. При этом в нормальном режиме конденсатор высокого напряжения заряжается, однако с помощью выключателя по меньшей мере с одной стороны электрически отключается. Если произойдет падение тока, выключатель замыкается. В качестве выключателя может быть использован полупроводниковый выключатель, как, например, тиристор или второй силовой выключатель с газовой изоляцией.

Предпочтительно устройство для создания противотока содержит конденсатор высокого напряжения, а также последовательно включенное с ним третье коммутационное устройство и включается параллельно первому коммутационному устройству. В качестве третьего коммутационного устройства может использоваться, например, тиристор или другой силовой выключатель с газовой изоляцией.

В предпочтительном и усовершенствованном варианте осуществления изобретения выключатель содержит устройство для ограничения подъема тока, включенное последовательно с первым коммутационным устройством. Оно может содержать, например, индуктивность, включенную последовательно со схемой параллельного включения нелинейной индуктивности и емкости. При этом предпочтительном решении отпадают известные из уровня техники затрато- и энергоемкие решения со сверхпроводимостью, всегда требующие также криогенную технику, защищенную от отказов.

Целесообразно, чтобы выключатель содержал устройство управления. Последнее предпочтительно выполнено для определения изменения тока во времени и установления по нему наличия короткого замыкания, а при наличии короткого замыкания для подачи таких сигналов управления, чтобы разомкнулось первое коммутационное устройство.

Кроме того, устройство управления предпочтительно выполнено для управления устройством при создании противотока при наличии короткого замыкания, для создания противотока и управления вакуумным силовым выключателем, для его отключения при максимально малой величине тока, в частности при прохождении тока через нуль.

В другом варианте осуществления изобретения устройство управления устанавливает на основе измеренного изменения тока величину обратного напряжения. При этом достигается быстрое и надежное отключение с помощью вакуумного силового выключателя.

Ниже со ссылкой на фигуры с чертежами более подробно поясняются предпочтительные, но в то же время ни в коей мере не ограничительные примеры выполнения изобретения. При этом признаки изображены схематично.

На фиг.1 схематично изображено устройство выключателя для участка передачи постоянного тока высокого напряжения,

на фиг.2 - устройство ограничителя изменения тока и

на фиг.3 изображена структура устройства управления для создания противотока.

На фиг.1 схематично изображено устройство примера выполнения выключателя. Выключатель установлен на участке 1 передачи постоянного тока высокого напряжения и соединяется с другими линиями с помощью выводов 2. Выключатель содержит вакуумный силовой выключатель 3. Вакуумный силовой выключатель 3 реализован известным способом.

Кроме того, выключатель содержит устройство 4 для создания противотока. Пример выполнения такого устройства 4 для создания противотока изображен на фиг.3. Устройство 4 для создания противотока содержит конденсатор 21 высокого напряжения и тиристор 22, включенные последовательно. Альтернативно тиристору 22 здесь может быть использован также другой полупроводниковый выключатель, как, например, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).

Кроме того, выключатель содержит ограничитель 6 изменения тока. Примерное устройство ограничителя 6 изменения тока изображено на фиг.2. При этом ограничитель 6 изменения тока содержит схему параллельного включения нелинейной индуктивности 12 и конденсатора 13. Эта схема параллельного включения, в свою очередь, включена последовательно с другой индуктивностью 11.

Кроме того, выключатель содержит силовой выключатель 5 с газовой изоляцией, например выключатель SF₆. При этом выключатель 5 с газовой изоляцией, вакуумный силовой выключатель 3 и ограничитель 6 изменения тока включены последовательно. Параллельно вакуумному силовому выключателю 3 установлено устройство 4 для создания противотока.

Где это необходимо, устройство 7 управления соединено с вышеупомянутыми элементами. Так, например, в этом примере выполнения имеет место связь устройства 7 управления с ограничителем 6 изменения тока, по которой устройство 7 управления получает измерительный сигнал dI/dt измерения тока. Другая управленческая связь имеется между устройством 7 управления и вакуумным силовым выключателем 3, а также между устройством 7 управления и устройством 4 для создания противотока. Наконец, связь имеется между устройством 7 управления и силовым выключателем 5 с газовой изоляцией.

Устройство 7 управления отслеживает во время работы измеряемые величины изменения тока во времени. В случае короткого замыкания сильно возрос бы протекающий ток. Ограничитель 6 изменения тока прежде всего препятствует этому сильному подъему. Однако устройство 7 управления распознает по этому нарастающему току наличие короткого замыкания. Вследствие этого устройство 7 управления подает коммутационные сигналы на другие элементы выключателя. Эти коммутационные команды заключаются в размыкании вакуумного силового выключателя 3, силового выключателя 5 с газовой изоляцией и во включении тиристора 22 в устройстве 4 для создания противотока. При этом устройство 7 управления устанавливает временную последовательность этих команд. Целесообразным является быстрое создание противотока. При этом генерация противотока управляется таким образом, чтобы в идеале произошло прохождение тока через нуль. При прохождении тока через нуль или около того вакуумный силовой выключатель 3 отключается. Дополнительное выключение силового выключателя 5 с газовой изоляцией в конечном счете обеспечивает высокую электрическую прочность и отсутствие повторного зажигания в вакуумном силовом выключателе 3.

1. Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий- схему из последовательно включенных первого и второго коммутационных устройств (3, 5), причем первое коммутационное устройство (3) выполнено для прерывания тока, а второе коммутационное устройство (5) для изоляции напряжения,- устройство (4) для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через коммутационные устройства (3, 5),причем выключатель содержит устройство (6) для ограничения подъема тока, включенное последовательно с первым коммутационным устройством (3), при этом устройство (6) для ограничения подъема тока содержит индуктивность (11), включенную последовательно со схемой параллельного включения, состоящей из нелинейной индуктивности (12) и емкости (13).

2. Выключатель по п. 1, причем первое коммутационное устройство (3) содержит вакуумный силовой выключатель (3).

3. Выключатель по п. 1 или 2, причем второе коммутационное устройство (5) содержит силовой выключатель (5) с газовой, масляной изоляцией или масляной изоляцией с малым содержанием масла.

4. Выключатель по п. 1 или 2, причем устройство (4) для создания противотока содержит конденсатор (21) высокого напряжения, а также третье коммутационное устройство (22), последовательно включенное с ним, и включается параллельно первому коммутационному устройству (3).

5. Выключатель по п. 4, причем третьим коммутационным устройством (22) является тиристор (22).

6. Выключатель по п. 4, причем третьим коммутационным устройством (22) является силовой выключатель с газовой изоляцией.

7. Выключатель по п. 1 или 2, причем выключатель содержит устройство (7) управления, выполненное для определения изменения тока во времени и установления по нему наличия короткого замыкания, а при наличии короткого замыкания для подачи таких сигналов управления, чтобы разомкнулось первое коммутационное устройство (3).

8. Выключатель по п. 7, причем устройство (7) управления выполнено для управления устройством (4) для создания противотока при наличии короткого замыкания, для создания противотока и управления первым коммутационным устройством (3), для его отключения при максимально малой величине тока, в частности при прохождении тока через нуль.