專利名稱：電壓源變換器中的絕緣母線裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電壓源變換器系統(tǒng)，尤其是涉及一種平面平行的母線裝置，其設計成允許系統(tǒng)中直流電壓元件的高轉換頻率。本發(fā)明還涉及包含在母線裝置中的絕緣導體棒，和使用該母線裝置的電壓源變換器。
背景技術：
這里所說的“高轉換頻率”指頻率達到接近1500Hz。
在具有高質量電源和穩(wěn)定電網電壓的發(fā)展過程中，電壓源變換器(VSC)已經發(fā)展到控制三相AC電壓的幅值，相位和頻率。VSC有能力產生和吸收無功功率，減少負載變化所產生的電壓波動，從而修復使電網中的電壓和電流平衡。
電壓源變換器的主要目的是向電網中的每個AC相注入補償電流。為生成對開關設備的控制信號，對電網中的負載變化進行連續(xù)監(jiān)視和處理。開關設備使得變換器直流側電壓三個電壓電平(+U，0，-U)中的任一個的高頻轉換到各自的AC相中。如果轉換頻率足夠高而且開關操作正確，則AC相中就可以得到近似的正弦電流。采用半導體開關如絕緣柵雙極型晶體管(Inulated GateBipolar Transistor，簡稱IGBT)閥使之可以得到預期的轉換頻率。在變換器的直流側，由于變換器的平均有功功率傳輸為零，因此采用小或最小能量存儲容量的DC電容器是有效的。三電平變換器的典型設置由附圖中圖1的簡化電路概略示出。
但是，變換器閥(高轉換頻率)中電流的快速流通需要，直流側的感應系數降低并保持在最小值。為得到低感應系數，直流側包括并排緊密隔開的導體棒。假設施加在棒之間的電壓等級為大約10-20kV或更高，確保在導體棒之間形成的狹窄空隙中的足夠絕緣性是一個問題。
傳統(tǒng)的，導體棒具有通過環(huán)繞的絕緣材料如導體周圍的絕緣材料層。當與輔助設備電連接時，該方法局限于有限的導體棒的接通度。該方法的另一個問題是不保證絕緣性是沒有氣孔的，當中逐步的部分放電導致絕緣性遭到破壞。
聚合材料具有絕緣特性是公知的，在“E1ectric Field Reduction Due to ChargeAccumulation in a Dielecrtic-Covered Elecrtode System”，IEEE Tarnsactions onDielecrtics and Electrical Insulation，Vol.7 No.3 June 2000，H.J.M.Blennow et al.中論述了包覆硅橡膠的電極系統(tǒng)的絕緣表面的充電形式。

發(fā)明內容
鑒于上面提到的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電壓源變換器系統(tǒng)的母線裝置，其中母線由絕緣體覆蓋，為了在變換器的直流側得到低感應系數，絕緣體形成為使得相鄰導體棒之間的間隙最小。
另一個目的在于提供一種用于電壓源變換器系統(tǒng)的母線裝置，其中母線載有絕緣體，該絕緣體形成為基本上具有完全通向母線裝置外側的自由入口。
又一目的在于提供一種母線裝置，其具有介于導體棒之間的絕緣材料并設計以避免發(fā)生離子放電。
這些和其它目的共存于由所附權利要求限定的母線裝置和絕緣元件中。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權利要求中限定。
簡要地，本發(fā)明提出一種聚合物絕緣體，其形成并介于平面平行的母線裝置中相鄰導體之間的間隙中，這樣該間隙完全由聚合物絕緣體填充。絕緣體元件形成以阻止導體棒周圍的電流泄露，但留有用于接通并用于相關設備自由連接的母線系統(tǒng)開口的外側。
優(yōu)選地，聚合物絕緣體為同源(homogenous)、模制的具有槽形構造的單片元件，包括截面上的拉長肋部件，該拉長肋部件夾在導體棒之間，這樣使得翼形部件從肋部件的縱向周面傾斜延伸，以接納并封閉導體棒的三個側面，留出第四個側面完全向周圍空間開口。


下面進一步描述本發(fā)明，作為參考的附加的示意性附圖，其中圖1是本發(fā)明優(yōu)選的包括電壓源變換器系統(tǒng)的簡化三電平電路；和圖2是根據本發(fā)明的母線裝置的截面圖。
具體實施例方式
參考圖1，電壓源變換器系統(tǒng)(VSC)中示意性示出AC/DC變換器1。AC/DC變換器1中，控制開關2使DC側三個電壓電平(+U，0，-U)中的任一個轉換為每一AC相(Ia，Ib，Ic)。相對于被測的負載電流控制并操作開關以向電網中的每相注入補償電流。希望高轉換頻率以得到快速響應—執(zhí)行IGBT變換器閥，其具有達到每秒開關頻率達到接近3000次的開關特性。要在變換器閥中得到這樣快速的電流流通，尤其重要的是保持變換器中直流側的低感應系數。
變換器1的直流側包括DC電容器組件3，通過變換器閥或開關2從該電容器組件3提供電流。為保持低感應系數，電流通過平面平行的母線裝置中的導體棒4、5、6提供，該母線裝置中導體棒以相鄰的導體棒之間的間隙距離為10mm緊密設置，考慮到施加在棒之間的大約幾十kV的直流電壓，與直流電壓相結合的小距離需要在間隙中插入絕緣材料。
現在參考圖2，其示出了根據本發(fā)明的平面平行的母線裝置4-6的截面圖。中心導體棒5夾在側導體棒4和6之間。導體棒4-6通過多個夾子7夾在一起，沿母線裝置的軸向分布。絕緣體元件8、9插入每個間隙中，間隙分別在相鄰的導體棒4、5和5、6之間形成。絕緣體元件8、9這樣形成并設計大小，即當絕緣體元件分別與中心導體棒5的每個平面，以及縱向接觸導體棒4和6的每個相鄰側的相對平面?zhèn)瓤v向接觸以作支撐時，間隙完全被絕緣體元件填充。
絕緣體元件8、9由同源材料如聚合物材料形成。為降低離子放電的危險或避免離子放電，希望避免在絕緣材料中以及絕緣體與導體棒之間形成氣孔。由于硅橡膠固有的彈性并能夠適應導體棒的表面，以及由于減少氣孔的最終形成的硅橡膠表面的充電積聚特性，并因此使得可能的離子放電行為衰減，因此，硅橡膠被認為是用于絕緣元件8和9的最合適的材料。
絕緣體元件8、9與具有連續(xù)高度和厚度的拉長肋部件10同時形成，拉長翼形部件11、12從肋部件10的每個縱向外圍傾斜延伸。截面中，絕緣體元件8，9因此具有槽形構造以基本上環(huán)繞每側導體棒4、6的三個側面覆蓋，從而留一第四側面作為自由入口的完全開口。這樣，母線裝置4-6具有用以選擇性地與相關設備連接的完全裸露的外側。
翼形部件11、12可以從肋部件10基本上呈直角延伸，并具有寬度，該寬度設置為與電流漏泄路徑相對應的尺寸，可以預料該電流漏泄路徑與相應電壓有關。為進一步避免導體棒和絕緣體元件之間的離子放電，絕緣體元件側面的拐角和導體棒的外周角都可以是圓形的。
絕緣體元件8、9最好為模制的，而且為了生產成同源單片絕緣體元件，優(yōu)選是通過硅橡膠成分擠壓形成。
母線裝置4-6中，導體棒設想并設計為通過電容器3為變換器閥/開關2供電最好沒有任何電壓失真。優(yōu)選實施例中，為降低感應系數母線裝置包括具有高的寬厚比的扁平鋁棒4-6。如圖2所示，中心導體棒5突出在其上側或下側的裝置之外用作自由入口并連接到相關設備，如變換器閥和電容器。側面導體棒4和6的截面最好為T型，以提供用作自由入口并連接到相關設備的縱向連接軌或側軌。
如這里公開的，本發(fā)明的母線裝置和絕緣體元件可操作用于為電壓源變換器系統(tǒng)中的轉換器閥提供DC電壓。但是，請求保護的本發(fā)明所得到的優(yōu)點可以用于需要得到不畸變的電壓的任何公共設施或本地網絡設備。
權利要求
1.一種電壓源變換器系統(tǒng)的絕緣母線裝置包括導體棒(4，5，6)，其緊密隔開以在裝置中產生的感應電壓最小，其中伸長的中心導體棒(5)夾在在平面平行裝置中兩側導體棒(4；6)之間，每個形成在相鄰導體棒之間的間隙完全由聚合物絕緣體(8，9)填充，聚合物絕緣體分別與中心導體棒的平面?zhèn)群拖噜弬葘w棒的相對平面?zhèn)瓤v向接觸以作支撐，所述聚合絕緣體形成以提供通向母線裝置的裸露外側的自由入口。
2.根據權利要求1的母線裝置，其中所述聚合物絕緣體是模制的，單片聚合物絕緣體具有槽形構造，以沿每個側導體棒(4；6)的外圍包覆大約三個側面，留出第四側面開口作自由入口。
3.根據權利要求2的母線裝置，包括由硅橡膠成分擠壓形成以限定具有槽形剖面的同源伸長部分的絕緣體。
4.根據權利要求2的母線裝置，其中單片聚合物絕緣體(8；9)包括具有連續(xù)高度和厚度的伸長肋部件(10)，和從肋部件的每個縱向周面傾斜延伸的伸長翼形部件(11；12)。
5.根據權利要求4的母線裝置，其中伸長翼形部件(11；12)相對于肋部件(10)基本上以直角延申。
6.一種電壓源變換器系統(tǒng)包括直流電壓源(3)、轉換器閥(2)和用于通過變換器閥從直流電源提供直流電流的母線裝置(4，5，6)；所述的母線裝置具有并排設置的緊密隔開的平面平行導體棒，和絕緣體元件(8；9)，其分別與母線裝置的中心導體棒的平面?zhèn)群拖噜弬葘w棒的相對平面?zhèn)瓤v向接觸以作支撐；導體棒與絕緣體元件夾(7)在一起以形成絕緣的，平面平行的母線裝置，其中，每個絕緣體元件(8；9)是模制的，單片的聚合物絕緣體具有槽形構造，以基本上沿每個側導體棒(4；6)的外圍包覆大約三個側面，留出第四側面開口作自由入口并與相關設備連接。
7.根據權利要求6的電壓源變換器系統(tǒng)，其中每個間隙形成在平面平行的母線裝置的相鄰導體棒之間，其由所述絕緣體元件(8；9)的肋部件(10)的厚度成連續(xù)函數限定，絕緣體元件具有從肋部件的每個縱向周面傾斜延伸的翼形部件(11；12)，這樣使得形成在所述側面導體棒的縱向連接軌完全自由接通并與相關設備自由連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電壓源變換器系統(tǒng)，包括平面平行的母線裝置，其具有相對緊密的導體棒(4，5，6)以降低系統(tǒng)的感應電壓。每個形成在相鄰導體棒之間的間隙完全由聚合物絕緣體填充，該聚合物絕緣體形成以提供通向母線系統(tǒng)的裸露外側的自由入口。本發(fā)明還涉及一種模制、單片聚合物絕緣體，其包括具有高度和厚度成連續(xù)函數的伸長肋部件(10)，和從肋部件的每個縱向周面傾斜延伸的伸長翼形部件(11，12)。
文檔編號H02G5/00GK1500303SQ02807570
公開日2004年5月26日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權日2001年3月30日
發(fā)明者A·比約爾克倫, T·拉松, T·貝里斯特倫, A 比約爾克倫, 鎪固羋 申請人:Abb股份有限公司