限壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種限壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流(AC)電力被轉(zhuǎn)換為經(jīng)由架空線路和/或海底電纜進(jìn)行傳輸?shù)闹绷?DC)電力。此轉(zhuǎn)換不需要補(bǔ)償由電力傳輸介質(zhì)(即傳輸線路或電纜)導(dǎo)致的AC電容性負(fù)載的影響，并且降低了線路和/或電纜的每公里成本，因此當(dāng)需要長距離傳輸電力時(shí)，變得具有成本效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種限壓器，用于限制DC電力傳輸介質(zhì)的電壓，包括:
[0004]第一DC端子和第二DC端子，第一DC端子可操作地能夠連接至DC電力傳輸介質(zhì)，第二 DC端子可操作地能夠連接至地；
[0005]電流傳輸路徑，在第一DC端子與第二 DC端子之間延伸且包括第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部，第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部在第一 DC端子與第二DC端子之間串聯(lián)連接，第一電流傳輸路徑部包括第一非線性電阻元件，第二電流傳輸路徑部包括第二非線性電阻元件；
[0006]電流旁路臂，與第二電流傳輸路徑部并聯(lián)連接，該電流旁路臂包括至少一個(gè)開關(guān)元件；以及
[0007]控制單元，被配置為控制電流旁路臂的所述開關(guān)元件或每個(gè)開關(guān)元件的切換，以在DC電力傳輸介質(zhì)的故障狀態(tài)期間選擇性地將電流旁路臂從第一模式切換到第二模式，
[0008]其中在第一模式下的電流旁路臂允許在第一DC端子與第二 DC端子之間流動的電流通過電流旁路臂流動，并因此繞過第二電流傳輸路徑部，以及在第二模式下的電流旁路臂抑制在第一 DC端子與第二 DC端子之間流動的電流通過電流旁路臂流動，并因此允許在第一 DC端子與第二 DC端子之間流動的電流通過第二電流傳輸路徑部流動。
[0009]DC電力傳輸介質(zhì)可以是任何介質(zhì)，該介質(zhì)能夠在兩個(gè)或更多個(gè)電氣元件之間傳輸電力。這種介質(zhì)可以是，但不限于，水下DC電力傳輸電纜、架空DC電力傳輸線路或電纜、以及地下DC電力傳輸電纜。這種電氣元件可以是，但不限于，DC電源、負(fù)載、DC電網(wǎng)的DC端子、或DC電網(wǎng)。
[0010]在DC電力傳輸介質(zhì)的正常操作期間，DC電力傳輸?shù)碾妷罕３衷谡９ぷ麟妷?或正常工作電壓范圍內(nèi))。根據(jù)正常工作電壓(或電壓范圍)或者任何長時(shí)間過電壓條件中的更加艱巨的那一個(gè)來協(xié)調(diào)DC電力傳輸介質(zhì)以及與其連接的任何進(jìn)一步設(shè)備的絕緣額定值。
[0011]在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間的限壓器的連接意味著限壓器兩端的電壓對應(yīng)于DC電力傳輸介質(zhì)的電壓，因此，限壓器兩端的電壓在DC電力傳輸介質(zhì)的正常操作期間對應(yīng)于DC電力傳輸介質(zhì)的正常工作電壓(或電壓范圍)。
[0012]第一非線性電阻元件的防護(hù)等級被設(shè)置，使得當(dāng)限壓器經(jīng)歷對應(yīng)于DC電力傳輸介質(zhì)的正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓時(shí)，第一非線性電阻元件對經(jīng)由限壓器在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間流動的電流呈現(xiàn)高阻抗。同時(shí)，電流旁路臂處于第一模式，使得經(jīng)由限壓器在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間流動的電流不通過第二非線性電阻元件流動。以這種方式配置限壓器減少了流經(jīng)限壓器的電流對DC電力傳輸介質(zhì)的正常操作的影響。
[0013]DC電力傳輸介質(zhì)可能經(jīng)受故障狀態(tài)，該故障狀態(tài)導(dǎo)致DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)歷高于其正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓上升。該故障狀態(tài)可能由于DC電力傳輸介質(zhì)(例如施加到DC電力傳輸介質(zhì)的閃電或開關(guān)脈沖)的故障而出現(xiàn)，或者當(dāng)DC電力傳輸介質(zhì)為連接至功率變換器的一對DC電力傳輸介質(zhì)中的一個(gè)時(shí)，由于另一 DC電力傳輸介質(zhì)由于極對地故障被短路接地而出現(xiàn)。
[0014]由于在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間的限壓器的連接意味著限壓器兩端的電壓對應(yīng)于DC電力傳輸介質(zhì)的電壓，因此，當(dāng)DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)歷高于其正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓上升時(shí)，限壓器經(jīng)歷相應(yīng)的電壓上升。
[0015]第一非線性電阻元件的防護(hù)等級被設(shè)置，使得當(dāng)限壓器經(jīng)歷由DC電力傳輸介質(zhì)(其經(jīng)歷高于其正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓上升)導(dǎo)致的相應(yīng)的電壓上升時(shí)，第一非線性電阻元件對經(jīng)由限壓器在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間流動的電流呈現(xiàn)低阻抗。這使得限壓器能夠在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間傳導(dǎo)更高的電流等級，以在DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)受故障狀態(tài)時(shí)限制DC電力傳輸介質(zhì)的電壓，從而減小了 DC對電力傳輸介質(zhì)的絕緣的壓力。
[0016]限壓器的用于限制由經(jīng)受故障狀態(tài)的DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)歷的電壓等級的能力允許DC電力傳輸介質(zhì)通過對于DC電力傳輸介質(zhì)以及與其連接的任何進(jìn)一步設(shè)備的絕緣額定值的過度增加的最小需求，或者對于在使用中將DC電力傳輸介質(zhì)與相關(guān)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)斷開(這將導(dǎo)致通過DC電力傳輸介質(zhì)以及與其連接的相關(guān)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的任何進(jìn)一步元件的電力傳輸完全停止)的最小需求來適應(yīng)高于其正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓上升。
[0017]當(dāng)DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)受故障狀態(tài)時(shí)，長時(shí)間通過第一非線性電阻元件的電流的流動可能導(dǎo)致第一非線性電阻元件的熱失控。
[0018]非線性電阻元件的熱失控由于以下持續(xù)循環(huán)而發(fā)生:
[0019].非線性電阻元件的溫度升高導(dǎo)致非線性電阻元件的阻抗降低；
[0020].非線性電阻元件的阻抗降低導(dǎo)致流經(jīng)非線性電阻元件的電流增加；
[0021].流經(jīng)非線性電阻元件的電流增加導(dǎo)致非線性電阻元件的溫度升高，此時(shí)該循環(huán)重演。
[0022]由于穿過第一非線性電阻元件的能量的量以及第一非線性電阻元件的有限的質(zhì)量，第一非線性電阻元件的熱失控可能導(dǎo)致第一非線性電阻元件被破壞。
[0023]為了防止第一非線性電阻元件的熱失控，電流旁路臂可以被切換到第二模式，這樣，經(jīng)由限壓器在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間流動的電流通過第一電流傳輸路徑部和第二電流傳輸路徑部這兩者(并因此通過第一非線性電阻元件和第二非線性電阻元件這兩者)流動。
[0024]將電流旁路臂切換到第二模式增加了限壓器的整體防護(hù)等級，并因此降低了流經(jīng)限壓器的電流等級。這種流經(jīng)第一電阻非線性電阻元件的電流等級的降低可用于防止由長時(shí)間流經(jīng)第一非線性電阻元件的電流導(dǎo)致的第一非線性電阻元件的熱失控。
[0025]在由DC電力傳輸介質(zhì)的故障狀態(tài)導(dǎo)致的故障已經(jīng)被清除之后，電流旁路臂然后可以從第二模式被切換到第一模式，以使限壓器的防護(hù)等級返回到第一非線性電阻元件的防護(hù)等級。
[0026]因而，限壓器中包括第二電流傳輸路徑部和電流旁路臂導(dǎo)致限壓器不僅能夠在DC電力傳輸介質(zhì)經(jīng)受故障狀態(tài)時(shí)提供DC電力傳輸介質(zhì)的電壓限制，而且還能夠選擇性地增加限壓器的防護(hù)等級，以降低對于給定過電壓條件而言流經(jīng)限壓器的電流等級，并因此延長該過電壓條件可持續(xù)的時(shí)間。
[0027]與此相反，在省略了第二電流傳輸路徑部和電流旁路臂的傳統(tǒng)限壓器中，第一非線性電阻元件將具有過低的防護(hù)等級而不能防止熱失控發(fā)生，或者需要增加其防護(hù)等級以降低熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。增加第一非線性電阻元件的防護(hù)等級將需要相應(yīng)增加DC電力傳輸介質(zhì)以及與其連接的任何進(jìn)一步設(shè)備的絕緣額定值，以使DC電力傳輸介質(zhì)能夠適應(yīng)高于其正常工作電壓(或電壓范圍)的電壓上升。這不僅增加了 DC電力傳輸介質(zhì)以及與其連接的任何進(jìn)一步設(shè)備的成本，而且還降低了在涉及到選擇可用于特定電力應(yīng)用的DC傳輸電力介質(zhì)的類型時(shí)的設(shè)計(jì)靈活性。
[0028]可以改變在限壓器中使用的非線性電阻元件的類型。例如，每個(gè)非線性電阻元件可以是電涌放電器。
[0029]優(yōu)選地，第一電流傳輸路徑部被固定在第一DC端子與第二DC端子之間，使得在第一 DC端子與第二 DC端子之間流動的電流總是通過第一非線性電阻元件流動。
[0030]在本發(fā)明的實(shí)施例中，限壓器還可包括與第二電流傳輸路徑部并聯(lián)連接的電容性臂。該電容性臂可包括至少一個(gè)電容性元件。
[0031]當(dāng)電流旁路臂處于第一模式且當(dāng)電流旁路臂的所述開關(guān)元件或每個(gè)開關(guān)元件最初被打開以將電流旁路臂從第一模式切換到第二模式時(shí)，電容性臂對經(jīng)由限壓器在DC電力傳輸介質(zhì)與地之間流動的電流呈現(xiàn)低阻抗。將電流旁路臂從第一模式切換到第二模式導(dǎo)致在所述電容性元件或每個(gè)電容性元件中快速建立電壓，從而增加了第二電流傳輸路徑部兩端的電壓并使第