專利名稱：具有增強的擊穿強度的高壓閥門組的制作方法
技術領域：
本發明涉及高壓設備領域，尤其涉及如權利要求1的前序部分中所限 定的高壓組件。
背景技術：
電力傳輸可以由高壓直流(HVDC )來實現并且在^^多情況下高壓直 流是比交流傳輸優選的選擇。
在電廠中需要用于執行把高壓直流轉換成三相交流以及相反轉換的 裝置。高壓直流電力轉換器包括若干閥門，閥門是電廠的關鍵部件，并且 閥門典型地存在于閥門廳(valve hall)之中。這種閥門的一個示例是晶閘 管岡門，晶閘管岡門經常被用于在直^t/交流之間進行轉換。
當設計閥門廳時，必須重視幾個考慮事項。安全方面是非常重要的， 并且需要閥門廳具有一些最小的空間尺寸。例如，電力轉換器與電力轉換 器位于其中的閥門廳的壁和天花板之間的氣隙(air clearance)在某些情 況下達到大約10米，在其它的情況下只有幾米。閥門廳的尺寸高JL依賴 于配電網絡的電壓水平。電壓越高， 一般需要電力轉換器到周圍的距離更 大。閥門廳的尺寸由預計的應用、閥門結構和相鄰結構的設計以及其他因 素來決定。
然而，與^目比，還存在使閥門廳盡可能地小的期望。陸地空間通常 是稀少和昂貴的，因此期望閥門廳的尺寸減小。此外，不同國家規定了不 同的規章制度并且在一些國家中難于獲得建筑許可。再者，在美觀方面更 期望提供小而緊湊的子站，從而子站盡可能程度小地影響環境。在一些國 家，投資和安裝成本，例如包括材料費用和人工成本可能高昂，因此更進 一步增加了對減少閥門廳的尺寸的期望。
對比如電力轉換器的高壓應用中的安全性重點關注。與電力變壓器有 關的危險包括例如放電；由于高強度電M成的電力故障可能造成非常大 面積的停電，并且對于電力公司是昂貴的，因此主動或者被動的保護措施是至關重要的。
鑒于以上所述，期望提供改進的、提供增強的安全性的高壓組件。此夕卜，期望提供在不減少安全性要求的情況下提供能夠設計小尺寸閥門廳的裝置。
發明內容
本發明的一個目的在于提供改進的、具有更高安全裕度的高壓結構，從而克服或至少減輕上述現有技術的缺點。
本發明的另一個目的在于提供改進的高壓結構，使得閥門廳能夠使用更加緊湊的設計，但仍然具有維持不變的或者增加的安全級別。
通過權利要求1所述的高壓組件可以達到這些以及其他目的。
才艮據本發明提供一種高壓組件，該高壓組件包括閥門組和屏蔽體，其中屏蔽體同閥門組相連接，按照本發明在閥門組和屏蔽體之間設置有連接電阻。通過本發明，能夠增大脈沖擊穿強度。而且能夠實現增大直流耐受水平，因此，能夠提供改進安全性的高壓直流閥門廳，同時不用增大閥門廳尺寸，閥門存在在閥門廳之中。通過較小的改動，這項改進可以進一步應用在現有的高壓直流閥門廳。通過本發明，操作可靠性得到很大的改進。
按照本發明的實施例，連接電阻是電阻器。而且優選的電阻器的電阻
值范圍是2Mft-40Mft，但是優選的電阻值是大于2 MQ。為了提供更高的安全性和避免空氣擊穿，對于電阻這是一個合適的范圍，而且這種電阻值的元器件能夠從市場上輕易的獲得。
本發明更進一步地優選實施例在從屬權利要求中限定。
通過閱讀下面的詳細說明，本發明的進一步的特征、優勢和目標將變得顯而易見。
圖l示出了環形(toroid)/平面空隙(airgap)的擊穿電壓;圖2示意性地示出了根據現有技術的解決方案的閥門結構；圖3示意性地示出了才艮據本發明的高壓組件的實施例；圖4示意性地示出了根據本發明的高壓組件的實施例。
具體實施例方式
如在本申請介紹部分所做的解釋，高壓直流岡門廳尺寸直接取決于閥門廳接地的壁和例如閥門的不同的被施加能量的組件之間所需要的氣隙
(air clearance )。為了減少氣隙，仔細地設計了高壓屏蔽的配置。
Uppsala大學的Anders Larsson在1997年發表的標題為"Inhibitedelectrical discharges in air (抑制的空氣中的放電)"的文獻中討論了抑制放電測量的實驗結果，試驗結果顯示通過增加4Mft的串聯電阻器能夠使50%破壞電壓(disruptive voltage) 115()%和SI (開關脈沖)擊穿電壓的幅度增大20%。
VED Fachberichte 12, Band 1948,Gruppe VIII, Elechktrophysik,標題為 "tJber ungew6hnlich grofie schalgweiten in luft bei hohengleichspannugen"的公開文獻中報告關于對擊穿現象進行的測量。在一些情況下，發現直流擊穿放電(disruptive discharge)可以針對低于預期值的電場強度而發生。這種反常放電發生在球形電極和房間的壁之間，并且已經在3KV/cm的平均電場強度處觀測到放電。圖1示出了針對使用的實驗布置的報告結果。該布置包括突出尖端，曲線A的測量結果示出了針對這種電場的期望值并且因此遵循擊穿電壓和擊穿距離之間已知的相關性。圖A和B分別示出尖端突出為250mm和5mm，并且有連接電阻和無連接電阻的結果。當使用25MJ1的連接電阻R時總是遵循曲線A，曲線B示出了當連接電阻R被短路并且尖端突出5mm時的結果。曲線C示出了當布置的連接電阻R被短路時，即當R-0Q時，并且當突出尖端被移動并被突然推動通過電極時發生的反常放電。認為反常放電是由于導電粒子i^yV接近布置內的高壓電極的空隙而發生的。
本發明的發明人基于以上所引用的參考文獻的知識已經發現了用來實現高壓直流系統的改進性能的方法。特別地，在以上所引用的參考文獻中顯示的實驗結果是為電場應用提供改進的起始點。更具體地，本發明的發明人已經認識到，可以以創造性的方法利用這些發現，來提供改進的閥門的高壓屏蔽。
圖2示意性地示出了高壓組件，尤其是閥門結構1的現有技術的設計。閥門結構1包括若干閥門2" 22, 2n,例如排列在閥門組3中的6個閥門。可以理解，閥門結構l可以被用于將電能從直流轉換到交流，即整流器，和將電能從交流轉換到直流，即逆變器。閥門組3與匯流排(busbar) 4以傳統的方式相連接。眾所周知，匯流排4被布置用來將電流傳導到接收端，比如另一個換流站。最后，閥門組3與防止電暈放電和電弧的屏蔽5連接。
在圖中顯示了其中容納閥門結構的閥門廳的壁6。在若干應用之中，閥門結構1和周圍接地的壁之間要求的距離D大約在6-10米的范圍內，但是這個距離根據具體的應用可以更小或更大。這個距離就是所謂的氣隙。
圖3示意性地示出了本發明的實施例。僅僅顯示和描述了為理解本發明所需要的部分。可以理解，當在這種的高壓組件中實施本發明時，可以包括傳統地包括在高壓電力轉換器中的其它部分。如在現有技術中，根據本發明的高壓組件(在所示的示例中是閥門結構)包括排列在閥門組13中的若干閥門12" 122， 12n。在閥門結構中通常有幾個這種閥門組13排列在多層中，每一層包括若干閥門組。可以理解，可以在任何已知的閥門配置中實現本發明，例如在十二脈沖閥門組中。閥門12" 122, 12n與匯流排14相連接，來提供以傳統的方式導電的裝置。也在以下簡單的屏蔽15中提供了屏蔽或電暈屏蔽。屏蔽15可以是任何傳統的類型，例如由鋁片制成的。存在在本發明的布置中可以使用的、可以得到的眾多導電屏蔽。屏蔽15的形狀優選地是彎曲的，例如球形。因此可以理解，屏蔽5可以;1任何合適的、限制電場的穿透的屏障或外殼。
本發明在屏蔽15和閥門組13之間引入連接電阻17，例如連接電阻17可以是一個或多個電阻器。在優選的實施例中， 一個或多個電阻器具有4Mft的電P且值。然而，可以理解，可以選擇任何合適的電阻值，例如電阻值在大約2 MJ1到40 Mll之間的范圍內。優選地，連接電阻應該大于2Mft。然而，可以理解，根據討論中的特定應用，設計人員應該選擇合適的電阻值。
可以使用任何類型的電阻器，例如能夠處理高壓的水電阻器，其它的示例包括線繞電阻器和金屬膜電阻器。在本發明的實施例中，連接電阻17是可變的，因此出現對提供調整裝置的需要。
眾所周知，所有的實電阻器還引入一些電感和少量的電容，該電感和電容改變了電阻器的動態行為與理想的不同。因為任何如下的導電體對構成電容當電位差施加到該導電體對時，該導電體對將存儲電荷，因此存在電容。電阻器的所有部分和它的端子，以及電阻器的所有部分與電阻器的所有其他部分相聯合具有這樣的特性，因此會引入少量的電容。
根據本發明，以合適的方式控制和選擇電阻器17的電阻值和相應的電容。在圖3中，電阻器17的電容由Cr來表示。同以上類似，在屏蔽15和它周圍的壁16之間也有一些電容Cshield-wall (shield:屏蔽；wall:墻)。該電容可以例如大約是20或30pF，但是這個值高度依賴于構成部分的幾何形狀，例如在壁16和屏蔽15之間的距離和它們各自的面積。才艮據本發明，選擇電阻器17的電容CR遠大于空氣的電容Cshield_wall，即
CR CshieId_wall。電阻器17的電容可以例如是空氣的電容Csh固.wau的幾百
倍，或者是幾千倍，并且優選地大約在10 000至1 000 000倍。從而，防止電阻器17被物理地破壞，也就是說，例如在正常的操作過程中防止被過度加熱或燃燒。但是，電阻器17抑制了任何擊穿過程，并且因此相當大程度上增加了操作可靠性。
如前面提到的，在閥門結構內通常有幾個閥門組13。圖4示出了這種閥門結構的一層的示意性的俯視圖。在傳統方式中，幾個這樣的層可以被排列在彼此的頂部。在本發明的實施例中，根據本發明，與屏蔽15"152， ....， 15n相連接的各個閥門組13p 132， ....， 13n可以包括連接電阻17" 172，…，17n。
利用本發明可以很大地改進高壓直流系統的操作可靠性。尤其是可以增大脈沖擊穿強度，因為電阻器17抑制了擊穿過程。此外，直流耐受水平也得到了提高。
根據本發明，可以很大地增加高壓應用的安全級別。
根據本發明，氣隙距離d可以被減小大約10% ~20%，這是大幅度的尺寸減小。可以利用該減小的氣隙需求來實現閥門廳尺寸的減小。可替換地，可以利用減小的氣隙需求來進一步增大高壓直流系統的操作可靠性。
在本申請中，可考慮的高壓范圍從lkV到多達800kV直流，但是最常見的范圍是50kV-800kV直流。在任何系統中，可能偶而發生暫時過壓，并且可以近似地達到2-3MV。
可以利用本發明的高壓組件，例如包括電力轉換器或者電力變壓器。然而，可以理解，其它的高壓應用可以從本發明受益。
總體來說，本發明提供了對例如電力轉換器或電力變壓器，或者特別是閥門結構等高壓組件的改進。通過本發明，脈沖擊穿強度和直流耐受水
7平可以得到提高。從而在沒有增加其中容納閥門的閥門廳的尺寸的情況下，可以提供改進的高壓直流閥門廳的安全性。通過微小的改動，該改進也可以在現有的高壓直流閥門廳中實施，并且從而使得本發明對于現有的高壓組件也是合適的和最有吸引力的。通過本發明，操作可靠性可以得到很大提 同。
權利要求
1. 一種高壓組件，包括閥門組(13)和屏蔽(15)，所述屏蔽(15)連接到所述閥門組(13)，其特征在于，連接在所述屏蔽(15)和所述閥門組(13)之間的連接電阻(17)，由此獲得增強的擊穿強度和直流耐受水平。
2. 根據權利要求1所述的高壓組件，其中所述連接電阻(17)包括 電阻器。
3. 根據權利要求2所述的高壓組件，其中所述電阻器的電阻值范圍 在2MQ-40 MQ內。
4. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，其中所述閥門組(13) 包括排列在十二脈沖岡門組中的晶閘管閥門。
5. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，其中所述連接電阻(17) 具有與其關聯的受控電容(CR)。
6. 根據權利要求5所述的高壓組件，其中所述受控電容(CR)遠大 于屏蔽(15)和相鄰的壁(16)之間的電容(Cshield-wall )。
7. 根據權利要求6所述的高壓組件，其中所述受控電容(CR)是屏 蔽(15)和相鄰的壁(16)之間的電容(Cshield.wall)的大約上千倍。
8. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，其中所述連接電阻(17) 是水電阻器。
9. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，其中所述屏蔽(15)是 金屬屏蔽。
10. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，包括若干屏蔽(1519 152,.…，15n)和若干閥門組(132，….，13J,其中連接電阻(17" 172，…， 17n)連接在各個屏蔽(15" 152，….，15n)和相應的閥門組(132，….， 13n)之間。
11. 根據以上任何權利要求所述的高壓組件，其中所述高壓組件是高 壓電力轉換器。
全文摘要
本發明涉及高壓組件，包括閥門組(13)和屏蔽(15)。屏蔽(15)與閥門組(13)相連接。根據本發明，電阻器(17)連接在屏蔽(15)和閥門組(13)之間。通過本發明能夠得到增強的擊穿強度和直流耐受水平。
文檔編號H01L23/60GK101473435SQ200680055021
公開日2009年7月1日 申請日期2006年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者冬 吳, 明 黎 申請人:Abb研究有限公司