CN102185464B - 一种用于高压直流换流阀的绝缘梁 - Google Patents
一种用于高压直流换流阀的绝缘梁 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，该绝缘梁截面为U型，U型截面绝缘梁可以有效的避免尖端放电，在相同载荷作用下，U型绝缘梁的变形量仅为矩形绝缘梁变形量的1/3，同等长度的U型截面绝缘梁的局放起始电压为矩形截面绝缘梁局放起始电压的2-4倍，U型截面设计减轻了绝缘梁的重量。本发明所述的U型绝缘梁的刚度、电气性能明显优于矩形截面绝缘梁，重量轻，抗电老化性能优异，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于电力系统，具体讲涉及一种用于高压直流换流阀的绝缘梁。
背景技术
近年来，我国的工业产业化迅速发展，对输电项目的效率、质量要求也在不断提高。高压直流输电系统因其优越的性能发挥着越来越重要的作用，换流阀作为直流输电核心设备，多采用标准化的、经典的设计。
晶闸管不能单独作为理想的开关，为了更好的实现晶闸管的功能，就需要将晶闸管与其他辅助零部件一起使用，如阻尼电容、阻尼电阻、晶闸管触发和检测印制板、非线形电抗器、直流分压电阻和组件均压电容。为了实现换流阀高电压的要求，单阀由多个晶闸管串联，为了满足不同工程的不同技术要求，换流阀采用标准化设计，模块化设计是实现标准化的最好途径。
为了满足静态及动态机械应力的要求，换流阀模块常通过标注绝缘子、铰链柔性连接，悬吊于阀厅。晶闸管及其辅助设备元器件均固定于绝缘槽梁上组成换流阀模块。目前，我国用于承载高压直流换流阀的绝缘槽梁多采用矩形截面设计，矩形截面设计存在以下两个问题：1）在垂直于板材平面的方向上，抗弯性能差，要达到换流阀模块所需要的承载性能，需要很厚的板材（槽梁只需要8mm厚度），导致材料浪费和重量增加；2）在强电场的环境下工作，矩型截面尖端放电现象不能避免，抗电老化性能不佳。
换流阀为电力系统的重要装备，其设计工作年限通常为30年，因此，为了满足换流阀的工作年限，绝缘槽梁的使用寿命应最大限度的增加至30年。目前，用于制作承载高压直流换流阀的绝缘槽梁的绝缘材料多为层压板材结构，槽梁工作的最高环境温度为60℃，最大相对湿度为0.2%，在长期承受换流阀模块的交直流高压和冲击高电压的使用环境下，层压板材的使用寿命不能满足要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于承载高压直流用换流阀的U型绝缘槽梁，所述槽梁截面型状通过结构优化设计得出，为U型截面，该U型绝缘槽梁有重量轻、刚度高、安装、使用方便的优点，U型截面的圆弧有效避免了尖端放电，在长期承受换流阀模块的交直流高压和冲击高电压下使用，具备良好的抗电老化性能，使用寿命显著提高；制备槽梁所用材料为环氧玻璃布层压板，该材料有优良的机械性能和电气性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，所述绝缘梁横截面为U型，包括侧面直臂面、上直壁面和下直壁面；与所述绝缘梁轴向平行设置有工字肋梁（2）；所述工字肋梁（2）由上翼缘（3）和下翼缘（5）以及垂直于所述上翼缘（3）和所述下翼缘（5）的腹板（4）组成；所述上翼缘（3）和下翼缘（5）设置于所述U型横截面（1）的内表面；所述U型横截面（1）的上直壁面的外表面和下直壁面的外表面之间的间距为H，所述U型横截面（1）的侧面直壁面的外表面与上、下直壁面的端面之间的距离为D，H与D的比例为1.5-2.5:1，所述U型横截面（1）的U型截面厚度D′为8±0.1mm。
本发明的另一优选技术方案为：所述U型横截面（1）的上、下直臂面与侧面直臂面的圆角内径R1为10mm±0.2mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述上翼缘和下翼缘的外边缘在沿绝缘梁轴向与所述U型横截面的上、下直臂面的端面相平齐。
本发明的又一优选技术方案为：U型横截面的侧面直臂面上设置有安装孔，所述腹板上设置有贯穿孔，所述绝缘梁侧面直臂面上的安装孔与所述腹板上的贯穿孔同轴心。
本发明的又一优选技术方案为：所述绝缘梁的轴向长L为1000mm-5000mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述绝缘梁的材料为环氧玻璃布层压板。
本发明的又一优选技术方案为：所述环氧玻璃布层压板的性能指标为抗弯强度>400Mpa,抗弯模量>19Gmpa,玻璃化转变温度>110℃,吸水率<0.25%,体积电阻率>1014Ω﹡cm,表面电阻率>1014Ω，耐电强度>2kV/mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述环氧玻璃布层压板通过模压工艺制备成所述绝缘梁，所述环氧玻璃布层压板采用整体钢模高压成型。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优异效果如下：
1)重量轻
所述槽梁截面为U型，可以有效的减轻槽梁的重量，与矩形截面槽梁相比，U型截面槽梁的重量仅为0.52，节约材料，降低成本。
2)电气性能优异
在强电场工作环境下，U型截面槽梁的圆弧可以有效避免尖端放电，在长期承受换流阀模块的交直流高压和冲击高电压下使用，具备良好的抗电老化性能；
3)机械性能优异
由于优化的H:D=1.5-2.5:1比例设计，使得U型截面槽梁抗弯刚度优于矩形截面槽梁，采用环氧玻璃布层压板制备的U型截面槽梁和采用环氧玻璃布层压板制备的矩形截面槽梁在相同的弯曲实验条件下，变形量仅为矩型截面槽梁变形量的1/3，工字肋梁的设置提高了绝缘梁的抗弯曲强度。
4)安装使用方便
U型截面槽梁为晶闸管及其辅助设备元器件提供了更多的安装平面，便于元器件的固定安装。
5)使用寿命长
本发明所述U型绝缘槽梁由于采用了U型截面的优化设计，槽梁的制备材料为FR-5，其机械性能和电气性能均显著提供，槽梁的使用寿命延长。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是U型截面绝缘梁主视图；
图2是U型截面绝缘梁俯视图；
图3是U型截面绝缘梁右视图；
图4是U型截面绝缘梁左视图；
图5是U型截面绝缘梁后视图；
图6是绝缘梁弯曲试验受力示意图；
图7是弯曲试验U型截面尺寸图；
图8是弯曲试验矩形截面尺寸图；
图9是绝缘梁A-A截面示意图；
图10是工字肋梁尺寸图；
附图标记：
1-U型横截面，2-工字肋梁，3-上翼缘,4-腹板，5-下翼缘；
L-绝缘梁轴向长度，H-U型横截面（1）的上直壁面外表面和下直壁面的外表面之间的间距，D-U型横截面（1）的侧面直壁面外表面与上、下直壁面的端面之间的距离，D′-U型横截面宽度，R1-U型截面圆弧内径。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
实施例1：环氧玻璃布层压板
本发明采用环氧玻璃布层压板，型号为EPGC204，每项性能测试试验均取5组相同的实验样品，测试结果取5组试验数据的平均值。
玻璃化转变温度：采用差示扫描量热分析法（DSC）测定环氧玻璃布层压板的玻璃化转变温度Tg；
抗弯模量：按照GB/T1936.2-2009的测试方法测定环氧玻璃布层压板的抗弯模量；
抗拉强度：抗拉强度为平行环氧玻璃布层压板层向的拉伸强度；
表面电阻率和体积电阻率均按照GB1410-89中的测试方法测定环氧玻璃布层压板的表面电阻率和体积电阻率；
且环氧玻璃布层压板垂直层向介电强度≥14kV/mm。
| 性能指标 | 数值 | 单位 |
| 玻璃化转变温度 | 158 | ℃ |
| 抗弯模量 | 28.7 | Gpa |
| 抗拉强度 | 523 | Mpa |
| 表面电阻率 | 1.2×1013 | Ω |
| 体积电阻率 | 7.96×1014 | Ω*cm |
实施例2：机械性能测试
用环氧玻璃布层压板制备U型横截面1槽梁和矩形截面槽梁，其中U型横截面1尺寸如图7所示，其中H为150±0.2mm，D为70±0.2mm，D′为8±0.1mm，R1为10mm±0.2mm，所述工字肋梁2的尺寸如图10所示；所述工字肋梁2安装位置与所述绝缘梁上的安装孔位置相对应；矩形截面尺寸如图8所示，150±0.2mm×25±0.2mm。截取长度为4400mm的U型横截面1槽梁和矩形截面槽梁，所述槽梁在图6所示的实验条件下，将试验用槽梁放在等间距的三个支撑点上，三个支撑点分别为槽梁的两个端点和中心点，在距离槽梁中心点位置1280mm处对称的对槽梁施加200Kg向下的载荷，槽梁的5个接触点形成力矩时即发生向下的弯曲，测量槽梁向下弯曲的变形量。测试结果表明：U型截面槽梁的变形量为1.2mm，矩型截面槽梁的变形量为3.2mm，U型截面槽梁的变形量约为矩形截面变形量的1/3。本尺寸设计的U型绝缘梁，在抗弯曲强度和抗拉强度满足要求的同时，节约材料约48%，大大降低了绝缘梁的制造成本。
实施例3：电气性能对比
U型截面槽梁的圆弧型截面有利于其在强电场的环境下工作。相比之于矩型截面槽梁，U型截面槽梁的圆弧可以有效的避免尖端放电。制备截面尺寸同实施例2中的U型截面槽梁和矩形截面槽梁，截取300mm长度的U型截面槽梁和矩形截面槽梁，对两个实验样品两端施加500KV的交流电压，U型截面槽梁的局放起始电压为22.76kv，U型截面槽梁在起始电压下的局放量为19.93pc；相同的实验条件下，矩形截面槽梁的局放起始电压为7.92kv，数值比U型截面槽梁的局放起始电压要低的多。通过局部放电试验可以说明U型截面槽梁的电气性能要优于矩型截面槽梁，U型设计提高了槽梁的抗电气老化性能。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (8)
1.一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述绝缘梁横截面为U型，包括侧面直臂面、上直壁面和下直壁面；与所述绝缘梁轴向平行设置有工字肋梁（2）；所述工字肋梁（2）由上翼缘（3）和下翼缘（5）以及垂直于所述上翼缘（3）和所述下翼缘（5）的腹板（4）组成；所述上翼缘（3）和下翼缘（5）设置于所述U型横截面（1）的内表面；所述U型横截面（1）的上直壁面的外表面和下直壁面的外表面之间的间距为H，所述U型横截面（1）的侧面直壁面的外表面与上、下直壁面的端面之间的距离为D，H与D的比例为1.5-2.5:1，所述U型横截面（1）的U型截面厚度D′为8±0.1mm。
2.如权利要求1所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述U型横截面（1）的上、下直臂面与侧面直臂面的圆角内径R1为10mm±0.2mm。
3.如权利要求1所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述上翼缘（3）和下翼缘（5）的外边缘在沿绝缘梁轴向与所述U型横截面（1）的上、下直臂面的端面相平齐。
4.如权利要求1所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于U型横截面（1）的侧面直臂面上设置有安装孔，所述腹板（4）上设置有贯穿孔，所述绝缘梁侧面直臂面上的安装孔与所述腹板（4）上的贯穿孔同轴心。
5.如权利要求1所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述绝缘梁的轴向长L为1000mm-5000mm。
6.如权利要求1所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述绝缘梁的材料为环氧玻璃布层压板。
7.如权利要求6所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述环氧玻璃布层压板的性能指标为抗弯强度>400Mpa,抗弯模量>19Gmpa,玻璃化转变温度>110℃,吸水率<0.25%,体积电阻率>1014Ω﹡cm,表面电阻率>1014Ω，耐电强度>2kV/mm。
8.如权利要求6所述的一种用于高压直流换流阀的绝缘梁，其特征在于所述环氧玻璃布层压板通过模压工艺制备成所述绝缘梁，所述环氧玻璃布层压板采用整体钢模高压成型。
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