一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关的制作方法

1.本发明涉及高压大容量柔性直流输电领域，具体为一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关。


背景技术：

2.在基于模块化多电平(modular mutilevel convertor，mmc)换流阀的高压大容量柔性直流输电领域，功率模块的可靠运行及故障切除是影响阀塔乃至整个阀厅正常工作的关键技术问题。旁路开关作为功率模块内部的重要器件，是切除故障功率模块的保障。
3.柔直换流阀功率模块的旁路开关并联在功率模块进线母排两端，图1、2分别展示了柔直换流阀igbt全桥和半桥的功率模块拓扑图。旁路开关被高压击穿，其两端电压瞬间降为0。与其连接的功率模块被强制退切除，发送直通故障。同阀段内其他功率模块两端电压升高，阀段进入非正常工作状态。若旁路开关被击穿的瞬间，全桥功率模块的igbt1、igbt4或半桥功率模块的igbt1恰好导通，此时图1的电容c通过t1、s、t4形成短路回路，瞬时形成大电流会烧毁t1、s、t4、c。图2的电容c通过t1、s形成短路回路，同样会烧毁功率模块内部器件。
4.目前柔直换流阀功率模块所用的旁路开关高压击穿问题仍在以不低的概率发生，降低柔直功率模块旁路开关高压击穿概率，仍是柔直功率模块的研究焦点之一。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在柔直换流阀功率模块所用旁路开关存在高压击穿的问题，本发明提供一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，包括第一端口母排、第二端口母排、第一断口动触头、第一断口静触头、第二断口静触头、第二断口动触头、第一真空管、第二真空管和操作机构，所述第一真空管和第二真空管串联，所述第一断口静触头和第一断口动触头形成第一断口，所述第一断口静触头和第一断口动触头位于第一真空管中；所述第二断口静触头和第二断口动触头形成第二断口，所述第二断口静触头和第二断口动触头位于第二真空管中；
8.所述第一断口静触头与第一断口动触头间隔相对设置，所述第二断口静触头与第二断口动触头间隔相对设置；所述第一断口静触头的连接杆贯穿第一真空管与第一端口母排连接，所述第一断口动触头与第二断口静触头连接，所述第二断口动触头的连接杆贯穿第二真空管与第二端口母排连接，所述操作机构与第二断口动触头连接；合闸时，第一断口静触头与第一断口动触头接触，第二断口静触头与第二断口动触头接触。
9.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，包括第一端口母排、第二端口母排、第一断口动触头、断口固定静触头、第二断口动触头、第三真空管和两个操作机构，所述断口固定静触头位于真空管内部，所述第一断口动触头与断口固定静触头形成第一断口，所述
第二断口动触头与断口固定静触头形成第二断口；所述第一端口母排和第二端口母排均设置于第三真空管外侧，所述第一端口母排与第一断口动触头连接，所述第二端口母排与第二断口动触头连接；
10.所述第一断口动触头的连接杆和第二断口动触头的连接杆均贯穿第三真空管分别与两个操作机构连接，所述端口固定静触头设置于第一断口动触头与第二断口动触头之间；合闸时，第一断口动触头与断口固定静触头接触，第二断口动触头与断口固定静触头接触。
11.优选的，所述第一断口动触头与第二断口动触头以断口固定静触头对称设置。
12.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，包括第一端口母排、第二端口母排、第一断口动触头、第一断口静触头、第二断口静触头、第二断口动触头、第一真空管、第二真空管和操作机构，所述第一断口静触头与第一断口动触头形成第一断口，所述第一断口静触头和第一断口动触头位于第一真空管中；所述第二断口静触头与第二断口动触头形成第二断口，所述第二断口静触头和第二断口动触头位于第二真空管中；
13.所述第一断口静触头与第一端口母排连接，所述第二断口静触头与第二断口母排连接，所述第一断口静触头位于第一端口母排与第一断口动触头之间，所述第二断口静触头位于第二端口母排与第二断口动触头之间；
14.所述第一真空管和第二真空管相对设置于操作机构的两侧，所述操作机构设置于第一断口动触头与第二断口动触头之间，所述第一断口动触头和第二断口动触头均与操作机构连接，所述第一断口动触头与第二断口动触头之间采用软连接相连；合闸时，第一断口静触头与第一断口动触头接触，第二断口静触头与第二断口静触头接触。
15.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，包括第一端口母排、第二端口母排、断口活动动触头、第一断口静触头、第二断口静触头、第四真空管和操作机构，所述断口活动动触头、第一断口静触头和第二断口静触头均设置于第四真空管内，所述第一端口母排和第二端口母排间隔设置于同一侧，所述第一断口静触头的连接杆贯穿第四真空管与第一端口母排连接，所述第二断口静触头的连接杆贯穿第四真空管与第二端口母排连接，所述断口活动动触头设置于与第一断口静触头相对的一侧，所述第一断口静触头与断口活动动触头形成第一断口，所述第二断口静触头与断口活动动触头形成第二断口，所述断口活动动触头的连接杆贯穿第四真空管与操作机构连接；合闸时，第一断口静触头和第二断口静触头均与断口活动动触头接触。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.本发明一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关采用双断口串联方式，可大为提升灭弧室的绝缘性能，只有当两个断口同时被高压击穿时，旁路开关才会短路，大大提升了旁路开关的可靠性。也为柔性直流换流阀的稳定运行提供了保障。
18.在一定的总间隙长度下，双断口真空开关比单断口真空开关具有更高的击穿电压值，多断口的击穿概率比单断口的击穿统计概率要小，且串联断口越多，其静态击穿统计概率及弧后重击穿概率越低。
19.采用双断口开关后，每个断口的电压按照断口间的容抗成等比分布，假设两个断口对称分布，则每个断口电压为总电压u的一半，单断口的击穿电压为uc，因为单断口的击穿电压存在饱和效应，故而如果真空间隙的总长度不变，则每个真空间隙的击穿电压会大
于0.5uc，故而总的击穿电压会大于uc。目前的真空开关饱和效应比较严重，故而从单断口变为双断口后击穿电压能远远提高。
附图说明
20.图1为柔直换流阀igbt全桥功率模块拓扑图；
21.图2为柔直换流阀igbt半桥功率模块拓扑图；
22.图3为实施例1的结构示意图；
23.图4为实施例2的结构示意图；
24.图5为实施例3的结构示意图；
25.图6为实施例4的结构示意图.
26.图中，1、第一端口母排；2、第二端口母排；3、第一真空管；4、第二真空管；5、第一断口静触头；6、第一断口动触头；7、第二断口静触头；8、第二断口动触头；9、操作机构；10、第一断口；11、第二断口；12、断口固定静触头；13、断口活动动触头；14、第三真空管；15、第四真空管。
具体实施方式
27.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
28.为满足高压柔性直流换流阀段以及整个阀厅的高可靠运行，功率模块内旁路开关必须在高压下不被击穿。决定旁路开关的击穿电压的主要因素包括旁路开关主触点之间的开距、真空度、电极材料以及电极表面的光滑程度。旁路开关主触点两端的电压为功率模块母排之间电压，与工程要求有关，无法改变；电极材料、电极表面的光滑度和真空度与工艺有关，在目前的技术研究水平下这些因素均已达到最优化的配置。增大主触点之间的开距是比较容易实现的防止旁路开关击穿的措施。现使用的旁路开关主触点开距已达2mm以上,其击穿电压随主触点开距的提升也接近饱和。通过增加开距显著减小击穿概率的方案已不再适用，需要开辟一条新的减小旁路开关击穿概率的设计思路。
29.由于真空存在间隙饱和性，真空间隙距离超过临界值后，真空间隙击穿电压不随间隙距离增加而增加，因此，不能单纯通过增加真空间隙的距离不断提高开断电压等级，这是制约单断口真空开关向高电压等级发展的关键问题。
30.实施例1
31.本发明公开了一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，参照图3，包括第一端口母排1、第二端口母排2、第一断口动触头6、第一断口静触头5、第二断口静触头7、第二断口动触头8、第一真空管3、第二真空管4和操作机构9，第一真空管3和第二真空管4串联，第一断口静触头5和第一断口动触头6形成第一断口10，第一断口静触头5和第一断口动触头6位于第一真空管3中；第二断口静触头7和第二断口动触头8形成第二断口11，第二断口静触头7和第二断口动触头8位于第二真空管4中；
32.第一断口静触头5与第一断口动触头6间隔相对设置，第二断口静触头7与第二断口动触头8间隔相对设置；第一断口静触头5的连接杆贯穿第一真空管3与第一端口母排1连接，第一断口动触头6的连接杆贯穿第一真空管3与第二断口静触头7贯穿第二真空管4的连
接杆连接，第二断口动触头8的连接杆贯穿第二真空管4与第二端口母排2连接，操作机构9与第二断口动触头8连接；合闸时，第一断口静触头5与第一断口动触头6接触，第二断口静触头7与第二断口动触头8接触。
33.当旁路开关驱动板发出合闸命令时，操作机构9的金属连杆向左运动，产生向左的推力，第一断口10和第二断口11同时开始合闸。直到第一断口动触头6与第一断口静触头5、第二断口动触头8与第二断口静触头7均完全接触，第一端口母排1和第二断口11母排通过第一断口动触头6、第一断口静触头5、第二断口动触头8和第二断口静触头7形成通路，完成合闸。分闸采用手动分闸，只需用人力使操作机构9向右运动，完成分闸。
34.本发明公开了一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，参照图4，包括第一端口母排1、第二端口母排2、第一断口动触头6、断口固定静触头12、第二断口动触头8、第三真空管14和两个操作机构9，断口固定静触头12位于真空管内部，第一断口动触头6与断口固定静触头12形成第一断口10，第二断口动触头8与断口固定静触头12形成第二断口11；第一端口母排1和第二端口母排2均设置于第三真空管14外侧，第一端口母排1与第一断口动触头6连接，第二端口母排2与第二断口动触头8连接；
35.第一断口动触头6与第二断口动触头8以断口固定静触头12对称设置，第一断口动触头6的连接杆和第二断口动触头8的连接杆均贯穿第三真空管14分别与两个操作机构9连接，端口固定静触头设置于第一断口动触头6与第二断口动触头8之间；合闸时，第一断口动触头6与断口固定静触头12接触，第二断口动触头8与断口固定静触头12接触。
36.当旁路开关驱动板发出合闸命令时，操作机构9分别使第一断口动触头6和第二断口动触头8向中间运动，直至第一断口静触头5与第一断口动触头6接触，第二断口静触头7与第二断口静触头7接触，第一端口母排1和第二端口母排2通过第一断口动触头6、断口固定静触头12和第二断口动触头8的相互接触，形成通路，完成合闸。分闸时，通过手动分闸机构使操作机构9的金属连杆向两侧运动，完成分闸。
37.本发明公开了一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，参照图5，包括第一端口母排1、第二端口母排2、第一断口动触头6、第一断口静触头5、第二断口静触头7、第二断口动触头8、第一真空管3、第二真空管4和操作机构9，第一断口静触头5与第一断口动触头6形成第一断口10，第一断口静触头5和第一断口动触头6位于第一真空管3中；第二断口静触头7与第二断口动触头8形成第二断口11，第二断口静触头7和第二断口动触头8位于第二真空管4中；第一断口静触头5与第一端口母排1连接，第二断口静触头7与第二断口11母排连接，第一断口静触头5位于第一端口母排1与第一断口动触头6之间，第二断口静触头7位于第二端口母排2与第二断口动触头8之间；第一真空管3和第二真空管4相对设置于操作机构9的两侧，操作机构9设置于第一断口动触头6与第二断口动触头8之间，第一断口动触头6和第二断口动触头8均与操作机构9连接；第一断口动触头6与第二断口动触头8之间采用软连接相连；合闸时，第一断口静触头5与第一断口动触头6接触，第二断口静触头7与第二断口静触头7接触。
38.当旁路开关驱动板发出合闸命令时，操作机构9的金属连杆向两端运动，使第一断口静触头5与第一断口动触头6接触，第二断口静触头7与第二断口静触头7接触。第一端口母排1和第二端口母排2通过第一断口动触头6、第一断口静触头5、第二断口动触头8、第二断口静触头7以及动触头间软连接形成通路，完成合闸。分闸时，用手动分闸机构使操作机
构9的金属连杆向中间运动，完成分闸。
39.本发明公开了一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，参照图6，包括第一端口母排1、第二端口母排2、断口活动动触头13、第一断口静触头5、第二断口静触头7、第四真空管15和操作机构9，断口活动动触头13、第一断口静触头5和第二断口静触头7均设置于第四真空管15内，第一端口母排1和第二端口母排2间隔设置于同一侧，第一断口静触头5的连接杆贯穿第四真空管15与第一端口母排1连接，第二断口静触头7的连接杆贯穿第四真空管15与第二端口母排2连接，断口活动动触头13设置于与第一断口静触头5相对的一侧，第一断口静触头5与断口活动动触头13形成第一断口10，第二断口静触头7与断口活动动触头13形成第二断口11，断口活动动触头13的连接杆贯穿第四真空管15与操作机构9连接；合闸时，第一断口静触头5和第二断口静触头7均与断口活动动触头13接触。
40.当旁路开关驱动板发出合闸命令时，左端操作机构9推动动触头向右运动。当第一断口静触头5和第二断口静触头7均与断口活动动触头13接触后，第一端口母排1和第二端口母排2通过u型回路形成通路，第一断口10和第二断口11串联，完成合闸。合闸同样采用手动分闸装置，使操作机构9的金属连杆向左移动，完成分闸。
41.以上的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，其特征在于，包括第一端口母排(1)、第二端口母排(2)、第一断口动触头(6)、第一断口静触头(5)、第二断口静触头(7)、第二断口动触头(8)、第一真空管(3)、第二真空管(4)和操作机构(9)，所述第一真空管(3)和第二真空管(4)串联，所述第一断口静触头(5)和第一断口动触头(6)形成第一断口(10)，所述第一断口静触头(5)和第一断口动触头(6)位于第一真空管(3)中；所述第二断口静触头(7)和第二断口动触头(8)形成第二断口(11)，所述第二断口静触头(7)和第二断口动触头(8)位于第二真空管(4)中；所述第一断口静触头(5)与第一断口动触头(6)间隔相对设置，所述第二断口静触头(7)与第二断口动触头(8)间隔相对设置；所述第一断口静触头(5)的连接杆贯穿第一真空管(3)与第一端口母排(1)连接，所述第一断口动触头(6)与第二断口静触头(7)连接，所述第二断口动触头(8)的连接杆贯穿第二真空管(4)与第二端口母排(2)连接，所述操作机构(9)与第二断口动触头(8)连接；合闸时，第一断口静触头(5)与第一断口动触头(6)接触，第二断口静触头(7)与第二断口动触头(8)接触。2.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，其特征在于，包括第一端口母排(1)、第二端口母排(2)、第一断口动触头(6)、断口固定静触头(12)、第二断口动触头(8)、第三真空管(14)和两个操作机构(9)，所述断口固定静触头(12)位于真空管内部，所述第一断口动触头(6)与断口固定静触头(12)形成第一断口(10)，所述第二断口动触头(8)与断口固定静触头(12)形成第二断口(11)；所述第一端口母排(1)和第二端口母排(2)均设置于第三真空管(14)外侧，所述第一端口母排(1)与第一断口动触头(6)连接，所述第二端口母排(2)与第二断口动触头(8)连接；所述第一断口动触头(6)的连接杆和第二断口动触头(8)的连接杆均贯穿第三真空管(14)分别与两个操作机构(9)连接，所述端口固定静触头设置于第一断口动触头(6)与第二断口动触头(8)之间；合闸时，第一断口动触头(6)与断口固定静触头(12)接触，第二断口动触头(8)与断口固定静触头(12)接触。3.根据权利要求2所述的用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，其特征在于，所述第一断口动触头(6)与第二断口动触头(8)以断口固定静触头(12)对称设置。4.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，其特征在于，包括第一端口母排(1)、第二端口母排(2)、第一断口动触头(6)、第一断口静触头(5)、第二断口静触头(7)、第二断口动触头(8)、第一真空管(3)、第二真空管(4)和操作机构(9)，所述第一断口静触头(5)与第一断口动触头(6)形成第一断口(10)，所述第一断口静触头(5)和第一断口动触头(6)位于第一真空管(3)中；所述第二断口静触头(7)与第二断口动触头(8)形成第二断口(11)，所述第二断口静触头(7)和第二断口动触头(8)位于第二真空管(4)中；所述第一断口静触头(5)与第一端口母排(1)连接，所述第二断口静触头(7)与第二断口(11)母排连接，所述第一断口静触头(5)位于第一端口母排(1)与第一断口动触头(6)之间，所述第二断口静触头(7)位于第二端口母排(2)与第二断口动触头(8)之间；所述第一真空管(3)和第二真空管(4)相对设置于操作机构(9)的两侧，所述操作机构(9)设置于第一断口动触头(6)与第二断口动触头(8)之间，所述第一断口动触头(6)和第二断口动触头(8)均与操作机构(9)连接，所述第一断口动触头(6)与第二断口动触头(8)之间采用软连接相连；合闸时，第一断口静触头(5)与第一断口动触头(6)接触，第二断口静触头
(7)与第二断口静触头(7)接触。5.一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，其特征在于，包括第一端口母排(1)、第二端口母排(2)、断口活动动触头(13)、第一断口静触头(5)、第二断口静触头(7)、第四真空管(15)和操作机构(9)，所述断口活动动触头(13)、第一断口静触头(5)和第二断口静触头(7)均设置于第四真空管(15)内，所述第一端口母排(1)和第二端口母排(2)间隔设置于同一侧，所述第一断口静触头(5)的连接杆贯穿第四真空管(15)与第一端口母排(1)连接，所述第二断口静触头(7)的连接杆贯穿第四真空管(15)与第二端口母排(2)连接，所述断口活动动触头(13)设置于与第一断口静触头(5)相对的一侧，所述第一断口静触头(5)与断口活动动触头(13)形成第一断口(10)，所述第二断口静触头(7)与断口活动动触头(13)形成第二断口(11)，所述断口活动动触头(13)的连接杆贯穿第四真空管(15)与操作机构(9)连接；合闸时，第一断口静触头(5)和第二断口静触头(7)均与断口活动动触头(13)接触。

技术总结
本发明涉及高压大容量柔性直流输电领域，尤其涉及一种用于柔直换流阀功率模块的旁路开关，包括第一端口母排、第二端口母排、第一断口动触头、第一断口静触头、第二断口静触头、第二断口动触头、第一真空管、第二真空管和操作机构，采用双断口串联方式，可大为提升灭弧室的绝缘性能，只有当两个断口同时被高压击穿时，旁路开关才会短路，大大提升了旁路开关的可靠性。也为柔性直流换流阀的稳定运行提供了保障。保障。保障。


技术研发人员：郭研研 崔焘 谢文杰 盛俊毅
受保护的技术使用者：特变电工西安柔性输配电有限公司
技术研发日：2022.11.11
技术公布日：2023/9/14