CN104320006A - 一种海上柔性直流输电系统换流站 - Google Patents

一种海上柔性直流输电系统换流站 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：它包括一联合钢结构建筑，联合钢结构建筑横向分成上、下端两部分；上端部分纵向分成三个电气房间；中间电气房间为直流场，直流场两侧的两电气房间为换流阀厅；下端部分纵向分成五个电气房间，中间电气房间为换流站水冷设备间，换流站水冷设备间通过一电缆竖井纵向分成前后两部分，靠近换流站水冷设备间两侧的每一电气房间分别纵向分成前后端两部分，每一前端部分电气房间分别为控制保护室；每一后端部分电气房间分别为蓄电池间，最外侧的两个电气房间为联接区，位于联合钢结构建筑的外侧且紧挨任一联接区间隔放置两联接变压器。本发明可广泛应用于海上石油平台的柔性直流输电系统中。

Description

一种海上柔性直流输电系统换流站
技术领域
本发明涉及一种柔性直流输电系统换流站，特别是关于一种适用于海上石油平台的海上柔性直流输电系统换流站。
背景技术
海上石油平台一般采用海上自发电方式，通过自建电站及35kV交流海底电缆给周围平台供电，或通过35kV交流海底电缆在自建电站之间实现电力组网。随着区域油田开发规模越来越大，海上油田平台面临自建电站庞大、燃料气源不足以及节能减排等问题，因此通过柔性直流输电技术实现陆地大电网给海上石油平台供电将是未来的选择。
目前柔性直流输电换流站主要针对陆地工程应用，陆地换流站采用钢混结构，由于不受空间、面积限制，因此布置宽松，对设备及房屋结构重量没有限制，同时也不需要整体吊装。然而，由于海上石油平台空间紧张、环境条件恶劣(潮湿、盐雾)，且换流站模块需要整体吊装，陆地换流站的设备选型、布置与结构设计不适应海上石油平台应用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于海上石油平台的，紧凑型模块化，且运行安全可靠的海上柔性直流输电系统换流站。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：它包括一由多个功能房间组成的联合钢结构建筑，所述联合钢结构建筑通过结构梁及若干钢板横向分割成上、下端两部分；上端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成三个电气房间；其中，中间电气房间为直流场；所述直流场两侧的两个电气房间分别为换流阀厅，且两所述换流阀厅关于所述直流场对称；下端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成五个电气房间；其中，中间电气房间为换流站水冷设备间，所述换流站水冷设备间通过一电缆竖井纵向分割成前后端两部分，所述直流场通过所述电缆竖井连接海底电缆；所述换流站水冷设备间的前后端两部分分别放置有冷却水循环泵和预留管路接口，其中，所述冷却水循环泵连接两所述换流阀厅内换流阀的冷却水管道，所述预留管路接口连接海上石油平台管网系统；靠近所述换流站水冷设备间两侧的每一电气房间分别纵向分割成前后端两部分，每一前端部分电气房间分别为控制保护室，每一所述控制保护室内放置有站用电源屏，所述站用电源屏连接海上石油平台电气系统；每一后端部分电气房间分别为蓄电池间；其中，两所述控制保护室和两所述蓄电池间分别关于所述换流站水冷设备间对称；最外侧的两个电气房间分别为联接区，每一所述联接区内放置有交流电气设备及油气套管；位于所述联合钢结构建筑的外侧且紧挨任一所述联接区间隔设置有两联接变压器，每一所述联接变压器通过油气套管分别与每一所述联接区内所述交流电气设备连接；所述直流场、两换流阀厅、两控制保护室、两蓄电池间与两联接区均通过穿墙套管方式进行电气连接。
所述联合钢结构建筑的前后两端均设置有上下楼梯，所述联合钢结构建筑的底部间隔设置有若干支墩。
所述交流电气设备采用GIS设备。
所述联接区与两联接变压器之间的墙壁采用A60防火墙。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于根据不同电气设备对层高需求进行合理安排，充分利用空间的高度，设置了两个换流阀厅、两个联接区、两个控制保护室、两个蓄电池间、两个水冷设备间及直流场，各电气房间紧凑，有效的节省了占地面积，减轻了联合钢结构建筑重量，且可以作为整体吊装在海上石油平台的顶层甲板，安装方式灵活。2、本发明由于水冷设备间内预留管路接口与海上石油平台海水管网系统连接，采用水-水冷方式对主要发热设备换流阀进行降温，利用海水对换流阀进行冷却，充分利用了海上石油平台的优势，节省了成本。3、本发明由于设置了两个换流阀厅、两个联接区、两个控制保护室及两个水冷设备间构成了两套电能转换设备，可以同时或单独运行，有效提高了电能转换效率和可靠性。4、本发明由于两换流阀厅、两联接区、两控制保护室和两蓄电池间均对称设置，无论从电气连接还是设备布置上均互不影响，有效避免了设备的相互影响和干扰，提高了海上石油平台供电可靠性。5、本发明由于控制保护室内站用电源屏与海上石油平台电气系统连接，有效的简化了换流站内站用电电气设备。6、本发明由于将关键易损部件设置在微正压的电气房间中，解决了海上石油平台环境条件恶劣的问题，有效提高了设备运维周期，有利于设备操作与后期维护。本发明安装灵活，可以广泛应用于海上石油平台的柔性直流输电系统中。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是图1的侧视图
图3是图1上端部分俯视图
图4是图1下端部分俯视图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一由多个功能房间组成的联合钢结构建筑1，联合钢结构建筑1通过结构梁及若干钢板横向分割成上、下端两部分；
如图1、图3所示，上端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成三个电气房间；其中，中间电气房间为直流场2，直流场2内放置有两套平波电抗器及相应直流设备；直流场2两侧的两个电气房间分别为换流阀厅3，且两换流阀厅3关于直流场2对称，每一换流阀厅3内放置有一套换流阀和若干空调装置；
如图1、如4所示，下端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成五个电气房间；其中，中间电气房间为换流站水冷设备间4，换流站水冷设备间4通过一电缆竖井5纵向分割成前后端两部分，直流场2通过电缆竖井5连接海底电缆；换流站水冷设备间4的前后端两部分内分别放置有冷却水循环泵、补水泵、板式换热器和预留管路接口，其中，冷却水循环泵连接两换流阀厅3内换流阀的冷却水管道，预留管路接口连接海上石油平台海水管网系统；靠近换流站水冷设备间4两侧的每一电气房间分别纵向分成前后端两部分，每一前端部分电气房间分别为控制保护室6，每一控制保护室6内放置有控制保护系统、站用电源屏和直流屏，控制保护系统包括二次控制屏和阀控屏，其中，站用电源屏电源连接海上石油平台电气系统；每一后端部分电气房间分别为蓄电池间7，每一蓄电池间7内放置有蓄电池和防爆型电气设备；其中，两个控制保护室6和两个蓄电池间7分别关于换流站水冷设备间4对称；最外侧的两个电气房间分别为联接区8，每一联接区8内放置有阀电抗器、交流电气设备及油气套管；位于联合钢结构建筑1的外侧且紧挨任一联接区8间隔放置有两联接变压器9，每一联接变压器9通过油气套管分别与每一联接区8内的交流电气设备连接；直流场2、两换流阀厅3、两控制保护室6、两蓄电池间7与两联接区8均通过穿墙套管方式进行连接。
上述实施例中，联合钢结构建筑1的前后两侧均设置有上下楼梯10，联合钢结构建筑1的底部间隔设置有若干支墩11，使得本发明可以放置在海上石油平台的顶层甲板上。
上述实施例中，直流场2内直流设备包括直流避雷器、直流隔离开关、直流电压测量装置和直流接地刀；两蓄电池间7内的防爆型电气设备包括防爆型风机、防爆型灯具与开关及氢气探测器。
上述实施例中，两联接区8内的交流电气设备优选GIS(六氟化硫组合电器)设备。GIS设备为市售产品，考虑到海上盐雾等腐蚀影响，将其布置在室内。
上述实施例中，联接区8与两联接变压器9之间的墙壁12优选A60防火墙。
上述实施例中，两联接变压器9优选容量为45MWA的油浸式绝缘型变压器。
上述实施例中，所有电气房间均采用微正压系统，进入房间内空气均经过滤、干燥方可充入，以确保满足海上石油平台的防爆与防腐要求。
根据海上石油平台用电规模统计，一般海上换流站系统容量可以设置为2×40MW(±60kV)或2×60MW(±80kV)。本发明采用双回路柔性直流输电，陆地与海上换流站的容量均为2×40MW，直流电压等级为±60kV，交流电压等级为35kV。
本发明在使用时，首先将本发明整体吊装到海上石油平台的顶层甲板的预留安全区域，将每一换流站水冷设备间4内的预留管路接口与海上石油平台海水管网系统连接，每一控制保护室6内的站用电源屏与海上石油平台电气系统连接。本发明内两换流阀厅3、两换流站水冷设备间4、两控制保护室6、两蓄电池间7、两联接区8和两联接变压器9分别构成两套电能转换设备，海底电缆输送的直流电能经直流场2内设置的两套平波电抗器及相应直流设备分别进入两套电能转换设备，两套电能转换设备各自独立运行，以其中一套的运行为例详细介绍其工作原理。
陆地换流站将电网220kV的交流电能转换为±60kV的直流电能之后，通过双回路直流海底电缆输送的直流电能经电缆竖井5进入直流场2，两路直流电能分别进入直流场2内的平波电抗器及相应的直流设备后，经穿墙套管进入一换流阀厅3内的换流阀，由换流阀将±60kV的直流电能转换为60kV的交流电能，交流电能经联接区8内的阀电抗器和交流电气设备输送至一联接变压器9，联接变压器9将60kV的交流电转换为35kV的交流电之后输送至海上石油平台配电间。控制保护室6的控制保护系统对该套电能转换设备进行监控、控制与保护；站用电源屏用于向联合钢结构建筑1内的正常用电负荷与应急用电负荷供电，且站用电源屏的正常电源与应急电源均引自海上石油平台电气系统。正常用电负荷包括了暖通风机、正常照明、水冷设备等；应急用电负荷包括直流电源屏、应急照明等。
本发明采用水-水冷方式对主要发热设备换流阀进行降温，内冷却方式采用水冷，外冷却方式采用海水冷却方式。以其中一套换流阀的冷却为例进行详细描述。内冷却水在换流阀内加热升温之后，由布置在换流站水冷设备间4内的冷却水循环泵驱动升温后的内冷却水进入板式换热器内，海上石油平台海水管网系统通过预留管路接口输送的海水也进入板式换热器内，与升温后的内冷却水进行热交换，从而使得内冷却水得到冷却，降温后的内冷却水经冷却水循环泵驱动再次循环送入换流阀，如此周而复始的对换流阀降温。其中，内冷却水在循环冷却过程中的耗损，由补水泵根据内冷却循环水的压力自动补充。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：它包括一由多个功能房间组成的联合钢结构建筑，所述联合钢结构建筑通过结构梁及若干钢板横向分割成上、下端两部分；
上端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成三个电气房间；其中，中间电气房间为直流场；所述直流场两侧的两个电气房间分别为换流阀厅，且两所述换流阀厅关于所述直流场对称；
下端部分通过钢柱及若干钢板纵向分割成五个电气房间；其中，中间电气房间为换流站水冷设备间，所述换流站水冷设备间通过一电缆竖井纵向分割成前后端两部分，所述直流场通过所述电缆竖井连接海底电缆；所述换流站水冷设备间的前后端两部分分别放置有冷却水循环泵和预留管路接口，其中，所述冷却水循环泵连接两所述换流阀厅内换流阀的冷却水管道，所述预留管路接口连接海上石油平台海水管网系统；靠近所述换流站水冷设备间两侧的每一电气房间分别纵向分割成前后端两部分，每一前端部分电气房间分别为控制保护室，每一所述控制保护室内放置有站用电源屏，所述站用电源屏连接海上石油平台电气系统；每一后端部分电气房间分别为蓄电池间；其中，两所述控制保护室和两所述蓄电池间分别关于所述换流站水冷设备间对称；最外侧的两个电气房间分别为联接区，每一所述联接区内放置有交流电气设备及油气套管；位于所述联合钢结构建筑的外侧且紧挨任一所述联接区间隔设置有两联接变压器，每一所述联接变压器通过油气套管分别与每一所述联接区内所述交流电气设备连接；所述直流场、两换流阀厅、两控制保护室、两蓄电池间与两联接区均通过穿墙套管方式进行连接。
2.如权利要求1所述的一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：所述联合钢结构建筑的前后两端均设置有上下楼梯，所述联合钢结构建筑的底部间隔设置有若干支墩。
3.如权利要求1所述的一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：所述交流电气设备采用GIS设备。
4.如权利要求2所述的一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：所述交流电气设备采用GIS设备。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种海上柔性直流输电系统换流站，其特征在于：所述联接区与两联接变压器之间的墙壁采用A60防火墙。
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