CN103715916A - 一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔，采用立式结构，整体支撑于地面；该阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层上下排列，配置独立的配水管路；每个所述阀层中包括至少一个阀段，所述每个阀层中的所述阀段一字排列，所述每个阀段中包括若干个柔性直流输电变流器用来完成电压转换，该阀塔中的所有所述变流器串联。换流阀阀塔，结构紧凑，电气性能及机械性能强，运行稳定性好。

Description

一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔

 

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔。

背景技术

随着经济的增长及人民生活水平的不断提高，我国对电能的需求越来越高，而我国能源及电力储备分布不均，因此如何高效解决电力资源输送问题是目前电力电子技术领域的一大热点和难点。目前最常用的是交流输电技术，但由于存在导线的电阻损耗及交流感抗的损耗，当线路过长时，输送的电能就会全部消耗在输电线路上，因此交流输电不能做太远距离输电，大力研究、发展直流输电技术已成为必须。

直流输电技术常用的是晶闸管换流阀，阀塔一般常用悬吊式或立式结构。悬吊式阀塔整体采用了柔性连接方式，主要为悬吊绝缘子与旋转铰接连接，阀层之间存在相对晃动现象，且由于悬吊绝缘子只能承受纵向拉力，无法承受剪切力，因此存在水平方向的自由度，因此阀塔整体运行稳定性及抗震能力下降。立式结构换流阀阀塔在大功率高压直流输电中应用时，阀塔整体组件需大大增加，但结构有所限制，存在诸多设计困难，同时对换流阀阀厅结构要求大大提高，现场安装实施也较为不便。同时，该类型的阀塔，需对不同的阀层采取整体屏蔽措施，一定程度上将影响阀塔的散热效果，设计中，电气性能、机械性能等很难同时满足，且结构过于紧凑，给安装及检修工作带来了诸多不便。

发明内容

为了克服上述常规晶闸管换流阀的不足之处，本发明提供了一种电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔，该阀塔采用立式结构，整体支撑于地面；阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层上下排列，配置独立的配水管路；每个所述阀层中包括至少一个阀段，所述每个阀层中的所述阀段一字排列，所述每个阀段中包括若干个柔性直流输电变流器用来完成电压转换，所述阀塔中的所有所述变流器串联。

进一步地，该阀塔还包括电能传输系统，用于将交流电送入所述阀塔的每个所述换流器，并将所述每个变流器转换后的直流电送出所述阀塔。

进一步地，电能传输系统包括：管母线或软导线、所述管母线或软导线上的交流进线端、直流出线端；所述管母线或软导线定位在所述阀段的框架上，根据所述阀层逐层安装；交流电由所述交流进线端输入，由下而上，逐一串联各个所述变流器后由所述直流出线端输出，或将该交流进线端与该直流出线端位置互换，采用由上而下的布置方式。

进一步地，该阀塔还包括配水管路，用于散热，包括阀段水管、支路水管、主水管；所述阀段水管上开设出水支路，通过所述支路水管连接至所述变流器的散热元件；配水时由下而上，经所述主水管分配至所述各阀层的所述阀段水管内，形成循环；所述主水管根据设计电压等级采用S形或一字形结构，与所述阀段水管采用法兰连接，端面密封；同阀层不同阀段的水管间采用法兰或由任接头连接，端面密封或“O”形密封圈密封。

进一步地，该阀塔还包括信号传输系统，用于传输控制信号，包括信号传输槽与信号传输线；所述阀塔两侧布置所述信号传输槽；所述阀层间的信号传输线槽分别布置在绝缘支架上；所述信号传输线由下而上敷设，经所述信号传输槽分配至各所述阀层阀段内。

进一步地，所述配水管路和/或所述信号传输槽，采用工程塑料；配水主管路和/或所述信号传输槽采用S形或一字型结构。

进一步地，该阀塔还包括屏蔽罩，通过安装支架及螺栓固定在不同所述阀段两端和/或所述阀段之间。

进一步地，所述的变流器是多电平变流器、混合多电平变流器，或者两电平级联型变流器等电压源型变流器。

进一步地，阀塔整体通过支撑绝缘子支撑于地面；相邻所述阀层之间支撑绝缘子相连，外部通过斜拉绝缘子相连；所述阀段之间，使用斜拉绝缘子相连。

进一步地，该阀段底部还包括绝缘横梁，与阀段框架相连，所述变流器通过导轨安装在所述绝缘横梁之上。

本发明所提供的阀塔，结构更为灵活，方便运输及工程现场装配，同时方便不同容量的实施；电气性能较为稳定；有效提高了换流阀的电气及机械性能。

 

附图说明

图1为本发明阀塔的前视示意图。

图2为本发明阀塔的右视图。

图3为本发明阀塔的后视简化示意图。

具体实施方式

本发明所提供的阀塔采用立式结构，整体支撑于地面，包括至少一个阀层，每个所述阀层上下排列，配置独立的配水管路，每个所述阀层中包括至少一个阀段，所述每个阀层中的所述阀段一字排列，所述阀塔中的每个阀段中包括若干个柔性直流输电变流器用来完成电压转换，所述阀塔中的所有所述变流器串联。阀塔中的阀层、阀段及变流器个数可根据不同的设计容量确定。

该阀塔还包括电传输系统，用于将交流电送入所述阀塔的每个所述变流器，并将所述每个变流器转换后的直流电送出该阀塔。主要包括管母线或软导线、所述管母线或软导线上的交流进线端、直流出线端。管母线或软导线定位在所述阀段的框架上，根据所述阀层的数量逐层安装；交流电由所述交流进线端输入，由下而上，逐一串联各个所述变流器后由所述直流出线端输出。

阀段底部还可以包括绝缘横梁，与阀段框架相连，所述变流器通过导轨安装在所述绝缘横梁之上。

该阀塔还包括配水管路，用于散热。主要包括阀段水管、支路水管、主水管；所述阀段水管上开设出水支路，通过所述支路水管连接至所述变流器的散热元件；配水时由下而上，经所述主水管分配至所述各阀层的所述阀段水管内，形成循环；该主水管根据设计电压等级采用S形或一字形结构，与所述阀段水管采用法兰连接，端面密封；同阀层不同阀段的水管间采用法兰或由任接头连接，端面密封或“O”形密封圈密封。

该阀塔，还包括信号传输系统，用于传输控制信号。主要包括信号传输槽与信号传输线；所述阀塔两侧布置所述信号传输槽；所述阀层间的信号传输线槽分别布置在绝缘支架上；所述信号传输线由下而上敷设，经所述信号传输槽分配至各所述阀层阀段内。

该阀塔的配水管路和/或所述信号传输槽，采用工程塑料；配水主管路和/或所述信号传输槽采用S形或一字型结构。

该阀塔还可以包括屏蔽罩，通过安装支架及螺栓固定在不同所述阀段两端和/或所述阀段之间。当设计电压相对较低时，屏蔽罩可省去。

阀塔中的变流器是多电平变流器、混合多电平变流器，或者两电平级联型变流器等电压源型变流器。

阀塔整体通过支撑绝缘子支撑于地面；相邻所述阀层之间支撑绝缘子相连，外部通过斜拉绝缘子相连；所述阀段之间，使用斜拉绝缘子相连。

 

下面结合附图对本发明进一步说明。如图1~3所示，图中：1.阀层；2.屏蔽罩； 3.支柱绝缘子一；4.阀段；5.阀段水管；6.支路水管；7.阀段信号传输线槽；8.阀段框架；9.变流器；10.连接铜排；11.安装导轨；12.绝缘支架；13.绝缘横梁；14.斜拉绝缘子；15.阀层间信号传输线槽；16.支柱绝缘子二；17.配水管路；18.主水管；19.信号传输主线槽；20.管母线（或软导线）；21.支柱绝缘子三；22.交流进线端；23.直流出线端。

本发明提出的换流阀阀塔主要包括至少一个阀层、电传输系统、信号传输系统、配水系统及起到连接作用的支架系统。

该阀塔采用立式结构，阀塔整体通过支撑绝缘子支撑于地面，上下间隔布置阀层，相邻阀层间通过支撑绝缘子相连结构，外部通过斜拉绝缘子相连，配水管路及信号传输线槽分别布于阀塔左右两端，由下而上逐一分配至各阀层，采用电压源型变流器，分布在不同阀层的不同阀段，交流输入与经变流器转化后的直流输出均通过管母线或软导线完成。

其中每个阀层包括多个阀段（4）。优先地，采用三个以上的阀段，同层阀段按一字排开形式布置。阀段通过连接铜排连接末端变流器与相邻阀段的第一个变流器，成串联形式。阀层之间通过支柱绝缘子一（3）连接，采用螺栓紧固。

每个阀段中，有若干个变流器（9）用来完成电压转换。在每个阀段中，主要包括阀段水管（5），阀段信号传输线槽（7），阀段框架（8），若干个变流器（9），连接铜排（10），绝缘支架12。还可以包括安装导轨（11）和绝缘横梁（13）。所述的变流器可选用多电平变流器、混合多电平变流器、两电平级联型变流器等。其中，连接铜排用来连接变流器，形成串联结构阀段框架上安装绝缘支架，采用螺栓紧固形式。阀段水管、阀层间传输线槽分别布置在绝缘支架上。阀段信号传输线槽7底部开设安装孔，利用螺栓紧固定位。根据实际设计需求个数，阀段水管上开设相应个数的出水支路，通过支路水管连接至变流器散热元件。

另外，阀段还可以包括绝缘横梁，采用螺栓与阀段框架左右相连，所述的变流器可以通过导轨安装在阀段底部绝缘横梁之上。专用的安装导轨使得变流器灵活、可拆卸，安装简易，运行稳定可靠。该绝缘横梁材质可以为环氧材料。

 

电传输系统主要包括管母线（或软导线）（20）、管母线（或软导线）上的交流进线端（22）、直流出线端（23）。管母线（或软导线）通过支柱绝缘子三（21）定位在阀段框架（8）上，根据阀层数量逐层安装，换流阀交直流转换，由管母线（或软导线）上的交流进线端输入，由下而上，逐一经过各阀段变流器（9）及各管母线（或软导线）后由直流出线端输出。交流进线段22与直流出线端23位置可互换。交流进线经底部或顶部管母线（或软导线）接入后，依次串联阀层各个变流器及上一层管母线（或软导线），直至阀塔最上层阀组的最后一个变流器后与直流出线相连。

 

信号传输系统主要包括：信号传输线、信号传输主线槽（19）、阀层间信号传输槽（15）、阀段信号传输线槽（7）。阀间信号传输线槽布置在换流阀阀塔两侧。阀段信号传输线槽（7）底部开设安装孔，利用螺栓紧固定位。阀层间信号传输线槽（15）分别布置在绝缘支架（12）上。信号传输线由下而上敷设，经信号传输主线槽分配至各阀层阀段信号传输线槽。信号传输线槽优选采用机械性能强、阻燃等级高、电气性能优良的工程塑料。

 

配水系统主要包括：阀段水管（5）、支路水管（6）、配水管路（17）、主水管（18）。根据实际设计需求个数，阀段水管上开设相应个数的出水支路，通过支路水管连接至变流器散热元件。配水由下而上，经主水管分配至各阀层阀段水管内，形成循环。主水管根据设计电压等级采用S形或一字形结构，与阀段水管采用法兰连接，端面密封。同层不同阀段的水管间采用法兰或由任接头连接，端面密封或“O”形密封圈密封。优先采用由任接头连接，提高接触端面的密封性。配水管路优选采用机械性能强、阻燃等级高、电气性能优良的工程塑料，配水主管路与信号传输主线槽采用S形或一字型结构，在高电压等级时建议采用S形结构。

 

起到连接作用的支架系统包括前面所述的各类框架、支架、支柱、横梁、连接铜排、斜拉绝缘子等。例如阀层与支柱绝缘子二16连接后采用螺栓紧固支撑与阀厅地面。换流阀阀层之间，阀段之间，均采用斜拉绝缘子（14）相连，增强其机械性能与电气性能。

 

另外对于本发明的阀塔，当设计电压较高时，还可以包括屏蔽罩（2）。屏蔽罩通过安装支架及螺栓固定在不同阀段两端及阀段之间，保证换流阀运行中无尖端放电现象，设计电压相对较低时，屏蔽罩可省去。

 

以上显示仅描述了本发明的主要特征和发明点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。在不脱离发明点和保护范围的前提下，本发明还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本发明要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于电压源变流器的柔性直流输电换流阀阀塔，其特征在于，所述阀塔采用立式结构，整体支撑于地面；所述阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层上下排列，配置独立的配水管路；每个所述阀层中包括至少一个阀段，所述每个阀层中的所述阀段一字排列，所述每个阀段中包括若干个柔性直流输电变流器用来完成电压转换，所述阀塔中的所有所述变流器串联。

2.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，还包括电能传输系统，用于将交流电送入所述阀塔的每个所述变流器，并将所述每个变流器转换后的直流电送出所述阀塔。

3.如权利要求2所述的阀塔，其特征在于，所述电能传输系统包括：管母线或软导线、所述管母线或软导线上的交流进线端、直流出线端；所述管母线或软导线定位在所述阀段的框架上，根据所述阀层逐层安装；交流电由所述交流进线端输入，由下而上，逐一串联各个所述变流器后由所述直流出线端输出；或者，将所述交流进线端与所述直流出线端位置互换，采用由上而下的布置方式。

4.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，所述的配水管路，用于散热，包括阀段水管、支路水管、主水管；所述阀段水管上开设出水支路，通过所述支路水管连接至所述变流器的散热元件；配水时由下而上，经所述主水管分配至所述各阀层的所述阀段水管内，形成循环；所述主水管根据设计电压等级采用S形或一字形结构，与所述阀段水管采用法兰连接，端面密封；同阀层不同阀段的水管间采用法兰或由任接头连接，端面密封或“O”形密封圈密封。

5.如权利要求4所述的阀塔，其特征在于，还包括信号传输系统，用于传输控制信号，包括信号传输槽与信号传输线；所述阀塔两侧布置所述信号传输槽；所述阀层间的信号传输线槽分别布置在绝缘支架上；所述信号传输线由下而上敷设，经所述信号传输槽分配至各所述阀层阀段内。

6.如权利要求4或5所述的阀塔，其特征在于，所述配水管路和/或所述信号传输槽，采用工程塑料；配水主管路和/或所述信号传输槽据设计电压等级采用S形或一字型结构。

7.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，还包括屏蔽罩，通过安装支架及螺栓固定在不同所述阀段两端和/或所述阀段之间。

8.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，所述的变流器是多电平变流器、混合多电平变流器，或者两电平级联型变流器。

9.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，所述阀塔整体通过支撑绝缘子支撑于地面；相邻所述阀层之间支撑绝缘子相连，外部通过斜拉绝缘子相连；所述阀段之间，使用斜拉绝缘子相连。

10.如权利要求1所述的阀塔，其特征在于，所述阀段底部还包括绝缘横梁，与阀段框架相连，所述变流器通过导轨安装在所述绝缘横梁之上。

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