CN105024323B - 一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法，其中，布置结构包括依次连接以组成阀厅侧墙的上竖直墙、斜墙和下竖直墙，以及垂直穿过斜墙的极线穿墙套管；极线穿墙套管的两端分别设置一均压罩，极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩至上竖直墙的最短距离和极线穿墙套管位于阀厅外部分的长度均等于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距，极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩至下竖直墙的最短距离和极线穿墙套管位于阀厅内部分的长度均等于位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距。本发明可以广泛应用于特高压直流工程中极线穿墙套管的布置，在满足空气净距要求的前提下使极线穿墙套管的长度最短、弯矩最小。

Description

一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法，尤其涉及一种±1100kV特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法。

背景技术

作为直流工程中连接阀厅和直流场的纽带，极线穿墙套管通常布置在阀厅的侧墙上。如图1所示，传统的极线穿墙套管布置结构考虑了两方面的因素：一是满足极线穿墙套管端部对阀厅侧墙的空气净距要求；二是防止极线穿墙套管位于阀厅外部分因不均匀淋雨导致湿闪。在综合考虑上述两个要求的情况下，通常将极线穿墙套管设计为向上倾斜10°，最终得到的极线穿墙套管既能够满足位于阀厅内外部分长度的要求，也能满足套管弯矩要求。

但是，±1100kV特高压直流工程中极线绝缘水平与传统±800kV特高压直流工程中极线绝缘水平相比有较大提高。一方面，极线对外绝缘要求的提高导致极线穿墙套管对阀厅侧墙的空气净距增加，进而使得极线穿墙套管的长度增加；另一方面，极线对内绝缘要求的提高使得极线穿墙套管绝缘材料的厚度增加，进而导致极线穿墙套管的重量增大，套管的弯矩随之增大。而使用传统的极线穿墙套管布置结构难以解决±1100kV特高压直流工程极线穿墙套管长度大和弯矩大带来的设计制造问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构及其设计方法，可以缓解±1100kV特高压直流工程极线绝缘水平提高带来的极线穿墙套管长度大和弯矩大的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，其特征在于，它包括依次连接以组成阀厅侧墙的上竖直墙、斜墙和下竖直墙，以及垂直穿过所述斜墙的极线穿墙套管；所述极线穿墙套管的两端分别设置一均压罩，所述极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩至所述上竖直墙的最短距离和所述极线穿墙套管位于阀厅外部分的长度均等于所述极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距，所述极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩至所述下竖直墙的最短距离和所述极线穿墙套管位于阀厅内部分的长度均等于所述极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距。

所述极线穿墙套管的最大弯矩为：

式中，M为所述极线穿墙套管的最大弯矩；l₁为所述极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距；G₀为所述极线穿墙套管的单位长度重量；θ_max为所述斜墙的最大倾角，即所述斜墙与竖直方向的最大夹角。

所述斜墙的最短长度为：

式中，为所述斜墙的最短长度；l₁为所述极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距；l₂为所述极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距；θ_max为所述斜墙的最大倾角，即所述斜墙与竖直方向的最大夹角；d为所述极线穿墙套管两端均压罩的端部直径。

一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法，包括以下步骤：

1)计算极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₁和极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₂；

2)将极线穿墙套管穿过的阀厅侧墙设计为包括上竖直墙、斜墙和下竖直墙的结构，斜墙倾角为θ，极线穿墙套管垂直穿过斜墙；根据极线穿墙套管两端的均压罩对斜墙的空气净距要求，得出极线穿墙套管位于阀厅外部分长度等于l₁，位于阀厅内部分长度等于l₂；

3)根据极线穿墙套管两端均压罩对上竖直墙和下竖直墙的空气净距要求，得到极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩至上竖直墙的最短距离等于l₁，极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩至下竖直墙的最短距离等于l₂；根据几何原理，得到斜墙长度l_AB的计算公式为：

式中，d为极线穿墙套管两端均压罩的端部直径；

4)在不改变阀厅主结构的前提下，从θ＝0°开始，以Δθ＝1°的间隔逐渐增大斜墙倾角θ，根据步骤3)的斜墙长度l_AB的计算公式计算每个θ值对应的阀厅斜墙长度l_AB；依次校核各个斜墙长度l_AB下阀厅的结构稳定性，最终得到满足阀厅结构稳定性要求的斜墙最大倾角θ_max；

5)将步骤4)得到的斜墙最大倾角θ_max代入公式(1)中，计算得到斜墙的最短长度，同时计算极线穿墙套管的最大弯矩M，最终确定特高压直流工程极线穿墙套管的布置结构。

所述步骤1)中是采用传统的空气净距计算方法，根据极线绝缘水平和阀厅外极端环境条件计算极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₁，同时根据极线绝缘水平和阀厅内极端环境条件计算极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₂。

所述阀厅外极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅外极端温度和湿度，所述阀厅内极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅内极端温度和湿度。

所述步骤5)中极线穿墙套管最大弯矩M的计算公式为：

式中，G₀为所述极线穿墙套管的单位长度重量。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，可以在满足空气净距要求的前提下使得极线穿墙套管的长度最短。2、本发明的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，由于斜墙的设置，可以大大减小极线穿墙套管的弯矩。3、本发明的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，由于斜墙的设置，使得极线穿墙套管位于阀厅外部分可均匀淋雨，避免了不均匀湿闪。

附图说明

图1是传统极线穿墙套管布置结构的示意图；

图2是本发明极线穿墙套管布置结构的示意图。

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2所示，本发明提供的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，其包括上竖直墙1，与上竖直墙1在水平方向和竖直方向上均错开一定距离的下竖直墙3，以及连接上竖直墙1的下端与下竖直墙3的上端的斜墙2，上竖直墙1、斜墙2和下竖直墙3共同组成阀厅侧墙。极线穿墙套管4垂直穿过斜墙2，极线穿墙套管4的两端分别设置一均压罩41，且位于阀厅外的均压罩41至上竖直墙1的最短距离和极线穿墙套管4位于阀厅外部分的长度均等于位于阀厅外的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₁，位于阀厅内的均压罩41至下竖直墙3的最短距离和极线穿墙套管4位于阀厅内部分的长度均等于位于阀厅内的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₂。

上述实施例中，极线穿墙套管4的最大弯矩为：

式中，M为极线穿墙套管4的最大弯矩；G₀为极线穿墙套管4的单位长度重量；θ_max为斜墙2的最大倾角，即斜墙2与竖直方向的最大夹角。

上述实施例中，斜墙2的最短长度为：

式中，为斜墙2的最短长度；d为极线穿墙套管4两端均压罩41的端部直径。

本发明所提出的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构，是基于如下的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法得到的：

1)采用传统的空气净距计算方法，根据极线绝缘水平和阀厅外极端环境条件计算极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₁，同时根据极线绝缘水平和阀厅内极端环境条件计算极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₂，且通常有l₁＞l₂。其中，阀厅外极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅外极端温度和湿度，阀厅内极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅内极端温度和湿度。

2)如图2所示，为避免极线穿墙套管4位于阀厅外部分不均匀淋雨，同时减小极线穿墙套管4的弯矩，将极线穿墙套管4穿过的阀厅侧墙设计为包括上竖直墙1、斜墙2和下竖直墙3的结构，斜墙2倾角(即斜墙2与竖直方向的夹角)为θ，极线穿墙套管4垂直穿过斜墙2；同时，为了满足极线穿墙套管4两端的均压罩41对斜墙2的空气净距要求，可得出极线穿墙套管4位于阀厅外部分长度等于l₁，位于阀厅内部分长度等于l₂；则极线穿墙套管4的长度L＝l₁+l₂。

3)极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41对上竖直墙1也应满足空气净距要求，则极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41至上竖直墙1的最短距离等于l₁；已知极线穿墙套管4两端均压罩41的端部直径为d，则根据几何原理，可得到极线穿墙套管4中心线穿墙点O到斜墙2与上竖直墙1交界点A的距离l_OA的计算公式为：

同理，极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41对下竖直墙3也应满足空气净距要求，则极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41至下竖直墙3的最短距离等于l₂；则根据几何原理，可得到极线穿墙套管4中心线穿墙点O到斜墙2与下竖直墙3交界点B的距离l_OB的计算公式为：

从而得到斜墙2长度l_AB的计算公式为：

4)在不改变阀厅主结构的前提下，从θ＝0°开始，以Δθ＝1°的间隔逐渐增大斜墙2倾角θ，每个θ值均对应一个阀厅斜墙2的长度l_AB；依次校核各个斜墙2长度l_AB下阀厅的结构稳定性，最终得到满足阀厅结构稳定性要求的斜墙2最大倾角θ_max。

5)根据单位长度极线穿墙套管4的重量G₀、极线穿墙套管4位于阀厅外部分长度l₁、极线穿墙套管4位于阀厅内部分长度l₂、极线穿墙套管4两端均压罩41的端部直径d和斜墙2最大倾角θ_max，采用以下公式计算极线穿墙套管4的最大弯矩M和斜墙2的最短长度：

从而最终确定特高压直流工程极线穿墙套管的布置结构。

根据上述特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法，即可得到本发明提供的特高压直流工程极线穿墙套管布置结构。下面以应用于±1100kV特高压直流工程的一个具体实施例为例，来具体说明上述特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法：

已知±1100kV特高压直流工程极线的绝缘水平U_w＝2100kV，换流站海拔高度H＝530m，户外最高环境温度T＝40℃，户外极端相对湿度h＝5％；阀厅内最高环境温度T＝40℃，阀厅内极端相对湿度h＝5％，极线穿墙套管4两端均压罩41的端部直径d＝3m，单位长度极线穿墙套管4的重量G₀＝2111N/m。则特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法包括以下步骤：

1)采用传统空气净距计算方法，根据极线绝缘水平U_w＝2100kV和阀厅所在海拔高度H＝530m、阀厅外最高环境温度T＝40℃以及阀厅外极端相对湿度h＝5％，计算得到极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₁＝13.9m；同时，根据极线绝缘水平U_w＝2100kV和阀厅所在海拔高度H＝530m、阀厅内最高环境温度T＝40℃以及阀厅内极端相对湿度h＝5％，计算得到极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41对阀厅侧墙的空气净距l₂＝11.6m。

2)为避免极线穿墙套管4位于阀厅外部分不均匀淋雨，同时减小极线穿墙套管4的弯矩，将极线穿墙套管4穿过的阀厅侧墙设计为包括上竖直墙1、斜墙2和下竖直墙3的结构，斜墙2倾角(即斜墙2与竖直方向的夹角)为θ，极线穿墙套管4垂直穿过斜墙2；则极线穿墙套管4位于阀厅外部分长度l₁＝13.9m，位于阀厅内部分长度l₂＝11.6m，即可满足极线穿墙套管4两端的均压罩41对斜墙2的空气净距要求。

3)极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41对上竖直墙1也应满足空气净距要求，则极线穿墙套管4位于阀厅外的均压罩41至上竖直墙1的最短距离l₁＝13.9m；已知极线穿墙套管4两端均压罩41的端部直径d＝3m，则根据几何原理，得到极线穿墙套管4中心线穿墙点O到斜墙2与上竖直墙1交界点A的距离l_OA的计算公式为：

同理，极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41对下竖直墙3也应满足空气净距要求，则极线穿墙套管4位于阀厅内的均压罩41至下竖直墙3的最短距离l₂＝11.6m；则根据几何原理，得到极线穿墙套管4中心线穿墙点O到斜墙2与下竖直墙3交界点B的距离l_OB的计算公式为：

从而得到斜墙2长度l_AB的计算公式为：

4)在不改变阀厅主结构的前提下，从θ＝0°开始，以Δθ＝1°的间隔逐渐增大斜墙2倾角θ，每个θ值均对应一个阀厅斜墙2的长度l_AB；依次校核各个斜墙2长度l_AB下阀厅的结构稳定性，最终得到满足阀厅结构稳定性要求的斜墙2最大倾角θ_max＝35°。

5)根据单位长度极线穿墙套管4的重量G₀＝2111N/m、极线穿墙套管4位于阀厅外部分长度l₁＝13.9m、极线穿墙套管4位于阀厅内部分长度l₂＝11.6m、极线穿墙套管4两端均压罩的端部直径d＝3m和斜墙2最大倾角θ_max＝35°，计算得到极线穿墙套管4的最大弯矩M＝167.1KN·M，斜墙2的最短长度

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 (3)

1.一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法，其包括以下步骤：

1)计算极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₁和极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₂；

2)将极线穿墙套管穿过的阀厅侧墙设计为包括上竖直墙、斜墙和下竖直墙的结构，斜墙倾角为θ，极线穿墙套管垂直穿过斜墙；根据极线穿墙套管两端的均压罩对斜墙的空气净距要求，得出极线穿墙套管位于阀厅外部分长度等于l₁，位于阀厅内部分长度等于l₂；

3)根据极线穿墙套管两端均压罩对上竖直墙和下竖直墙的空气净距要求，得到极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩至上竖直墙的最短距离等于l₁，极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩至下竖直墙的最短距离等于l₂；根据几何原理，得到斜墙长度l_AB的计算公式为：

$l_{AB}=(l_1+l_2)tg\frac{\mathrm{\θ}}{2}+d---\left(1\right)$

式中，d为极线穿墙套管两端均压罩的端部直径；

4)在不改变阀厅主结构的前提下，从θ＝0°开始，以Δθ＝1°的间隔逐渐增大斜墙倾角θ，根据步骤3)的斜墙长度l_AB的计算公式计算每个θ值对应的阀厅斜墙长度l_AB；依次校核各个斜墙长度l_AB下阀厅的结构稳定性，最终得到满足阀厅结构稳定性要求的斜墙最大倾角θ_max；

5)将步骤4)得到的斜墙最大倾角θ_max代入公式(1)中，计算得到斜墙的最短长度同时计算极线穿墙套管的最大弯矩M，最终确定特高压直流工程极线穿墙套管的布置结构。

2.如权利要求1所述的一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法，其特征在于，所述步骤1)中是采用空气净距计算方法，根据极线绝缘水平和阀厅外极端环境条件计算极线穿墙套管位于阀厅外的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₁，同时根据极线绝缘水平和阀厅内极端环境条件计算极线穿墙套管位于阀厅内的均压罩对阀厅侧墙的空气净距l₂；所述阀厅外极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅外极端温度和湿度，所述阀厅内极端环境条件包括阀厅所在海拔、阀厅内极端温度和湿度。

3.如权利要求1或2所述的一种特高压直流工程极线穿墙套管布置结构的设计方法，其特征在于，所述步骤5)中极线穿墙套管最大弯矩M的计算公式为：

$M=G_0\frac{{l_1}^2}{2}{\mathrm{cos\θ}}_{max}$

式中，G₀为所述极线穿墙套管的单位长度重量。