CN105226032B - 一种晶闸管换流阀阀模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶闸管换流阀阀模块，所述阀模块包括组合框架，安装在组合框架上的晶闸管压装机构、阻尼电容、饱和电抗器、门极箱和水冷系统，以及设于组合框架外围的屏蔽罩；所述组合框架为凸字形，包括第一矩形框架和对称设于第一矩形框同侧两外端的第二矩形框架和第三矩形框架。本发明提供的阀模块结构布置更加稳定合理，重量轻，承重能力强，在保证阀模块结构强度的情况下，满足了阀模块内部的绝缘要求和阀模块外部的屏蔽效果。

Description

一种晶闸管换流阀阀模块

技术领域

本发明涉及一种阀模块，具体讲涉及一种晶闸管换流阀阀模块，属于高压直流输电领域。

背景技术

换流阀的核心器件是晶闸管，其电压等级为数千伏，而电网的电压等级远远高于晶闸管的电压等级，为实现换流，根据可选的晶闸管设计出低电压、小功率的基本换流阀模块，通过对换流阀模块进行横向、纵向扩展，实现多模块的相互通联，来满足高电压、大功率电力传输场合的需求。

目前，换流阀模块均采用矩形外形设计，阀模块内的晶闸管压装机构呈一字型排列，其他器件分列在晶闸管压装机构的两侧，沿矩形的长度方向布置，这种设计方式决定了矩形阀模块的宽度基本不变，但是如果晶闸管压装数量增加，则会导致矩形阀模块的长度急速增加，导致阀模块长宽比例失调。

阀模块的矩形外形在结构上又可分为两种结构形式：模块框架式结构和组件分散式结构。对于模块框架式结构，一般分为两种框架形式：全金属框架、金属与绝缘梁组合框架。但不论对于那种结构形式，框架都是阀模块的结构支撑主体，在框架内部整合布置各种元器件。全金属框架式阀模块，结构支撑强度较高，但是考虑在高电压下的绝缘设计要求，会增大阀模块的结构外形尺寸，且阀模块重量也会随之增加；组合框架式阀模块，由于使用非金属梁，需要重点考虑结构强度的问题。

组件分散式结构，将阀模块内部的晶闸管、饱和电抗器、阻尼电容、阻尼电阻等采用组件化设计，舍弃了将各种分组件整合在一起的模块框架。这种结构虽然在阀模块尺寸、重量上都有一定程度的降低，但是由于各个分组件需要在工程现场组装，且安装精度要求也较高，对工程现场的技术人员的操作技能提出了更高的要求，同时也降低了安装效率。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种晶闸管换流阀阀模块。

本发明提供的技术方案是：一种晶闸管换流阀阀模块，所述阀模块包括组合框架，安装在组合框架上的晶闸管压装机构、阻尼电容、饱和电抗器、门极箱和水冷系统，以及设于组合框架外围的屏蔽罩；其改进之处在于：所述组合框架为凸字形，包括第一矩形框架和对称设于第一矩形框同侧两外端的第二矩形框架和第三矩形框架。

优选的，所述晶闸管压装机构分别安装在第一、第二和第三矩形框架内侧；安装在第一矩形框架中的晶闸管压装机构垂直于组合框架的对称线方向，安装在第二、第三矩形框架中的晶闸管压装机构均平行于组合框架的对称线方向。

进一步，安装在第一矩形框架中的晶闸管压装机构的两端分别与安装第二矩形框架中的晶闸管压装机构的一端和安装在第三矩形框架中的晶闸管压装机构的一端垂直连接，并在连接处安装有饱和电抗器；安装在第二矩形框架中的晶闸管压装机构的另一端和安装在第三矩形框架中的晶闸管压装机构的另一端分别与另外两个晶闸管换流阀阀模块的晶闸管压装机构连接，并在连接处安装有饱和电抗器。

优选的，所述门极箱和所述阻尼电容分别平行设于所述晶闸管压装机构的两侧。

进一步，所述门极箱分别安装在第一、第二、第三矩形框架与屏蔽罩之间，并分别通过连接件与第一、第二、第三矩形框架的外框固定。

进一步，所述阻尼电容分别安装在第一矩形框架的外侧和第二、第三矩形框架的内侧。优选的，所述水冷系统包括在垂直于组合框架所在平面的方向上错层布置的进水水管和出水水管，所述进水水管和所述出水水管架设在所述组合框架底部，其走向与所述晶闸管压装机构的走向一致；

所述进水水管和所述出水水管分别与主进水管和主出水管连通，所述主进水管和所述主出水管分别设于第二框架和第三框架之间，并垂直于所述组合框架所在的平面。

优选的，所述屏蔽罩由对称设置在组合框架对称线两侧的矩形屏蔽单元和连接两侧矩形屏蔽单元的椭圆弧形屏蔽单元组成，所述矩形屏蔽单元和所述椭圆弧形屏蔽单元均垂直于所述组合框架所在的平面；所述矩形屏蔽单元在组合框架所在平面上的投影垂直于所述组合框架的对称线；

所述矩形屏蔽单元靠近且平行于第二、第三矩形框架；所述椭圆弧形屏蔽单元由多块独立的椭圆弧形屏蔽子单元沿组合框架外围组合形成；

所述矩形屏蔽单元与所述椭圆弧形屏蔽单元的连接部位以圆弧过渡。

进一步，第一矩形框架的四边由非金属绝缘梁连接组成，其内侧沿组合框架对称线平行的方向设置有两根金属梁，用于固定晶闸管压装机构；

第二、第三矩形框架中平行于组合框架对称线方向的边为非金属绝缘梁，垂直于组合框架对称线方向的边为金属梁，用于固定晶闸管压装机构和阻尼电容；

所述金属梁上安装有金属吊座，用于阀模块的悬吊安装。

优选的，所述第一矩形框架另一侧两外端分别安装有连接第一矩形框架和第二矩形框架的斜梁A、以及连接第一矩形框架和第三矩形框架的斜梁B；

所述第二矩形框架和第三矩形框架之间安装有垂直于组合框架对称线方向的横撑绝缘子。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：

(1)晶闸管换流阀阀模块的组合框架为凸字形，晶闸管压装机构和其他附属器件安装在组合框架上，呈倒凹字形；能够保证在增加晶闸管压装数量的同时，使阀模块的横向纵向尺寸同步增加，保持阀模块的外形比例不失调，结构更加稳定；

(2)晶闸管换流阀阀模块的组合框架采用金属梁和非金属绝缘梁组合而成，金属梁用于承重晶闸管压装机构，在保证阀模块结构强度的基础上，尽量使用非金属绝缘梁，减轻了阀模块的重量；

(3)组合框架的第二、第三矩形框架之间设置垂直于组合框架对称线方向的横撑绝缘子，在加强阀模块结构强度的基础上，保证了阀模块内部的高压绝缘性能；

(4)屏蔽罩设置为椭圆形，既能满足将阀模块的平面尺寸向四个方向延伸的要求，又能满足对外的屏蔽效果；

(5)晶闸管换流阀阀模块采用分层布置形式，上层为电气设备、中间层为组合框架、下层为水冷系统，这种布置形式简洁有序，互不干涉，既保证了电气连接的顺畅与可靠，又保证了支撑结构的强度与绝缘；

(6)饱和电抗器在结构布局上位于组合框架1“凸”字形凸出部分的外侧，以及阀模块倒“凹”字形凹陷部分的内侧；这种布置形式不仅满足电器连接的需要，同时满足阀模块的重量平衡布置需求，让阀模块的重心位于阀模块几何中心处；使得阀模块的结构更加稳定。

(7)水冷系统的进水水路和出水水路在垂直于组合框架所在平面的同一平面内错层布置，不仅便于沿进闸管压装机构同时布置冷却水路，而且节省了阀模块的平面尺寸，使阀模块结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明提供的晶闸管换流阀模块的立体结构示意图；

图2为图1中组合框架的立体结构示意图；

图3为图1中椭圆形屏蔽罩的立体结构示意图；

图4为图1中水冷系统的立体结构示意图；

图5为图1中晶闸管压装机构与水冷系统走向的立体结构示意图；

图6为图1中晶闸管压装机构的立体结构示意图；

图7为图1中门极箱的立体结构示意图；

图8为图1中阻尼电容的立体结构示意图。

其中：1-组合框架，2-晶闸管压装机构，3-门极箱，4-阻尼电容，5-进水管路，6-出水管路，7-饱和电抗器，8-屏蔽罩，9-横撑绝缘子，10-金属吊座；11-非金属主梁；12-金属梁；13-第一矩形框架，14-第二矩形框架，15-第三矩形框架；16-斜梁A；17-斜梁B。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供的晶闸管换流阀阀模块如图1所示：阀模块呈“凹”字形，包括组合框架1，安装在组合框架1内的晶闸管压装机构2、阻尼电容4、饱和电抗器7、门极箱3和水冷系统，以及设于组合框架外围的屏蔽罩8。

如图2所示，组合框架1作为阀模块内所有元器件的承载基体，由若干金属梁12、非金属绝缘梁、横撑绝缘子9以及相关链接附件构成，即能保证阀模块的结构强度，又能满足阀模块高电压绝缘性能。组合框架外形呈“凸”字形，由两根纵向的非金属主梁11设置在中间，分别以两根非金属主梁作为两个矩形框架的边，在两根非金属主梁的下部两外侧对称设置两个矩形框架：第二矩形框架14和第三矩形框架15。第二矩形框架14和第三矩形框架15中垂直于非金属主梁11的两条边为金属梁12，平行于非金属主梁11的另一条边为非金属绝缘梁。

以两根非金属主梁11作为另一矩形框架的两条边，在两根纵向的非金属主梁11上部内侧横向设置两根非金属绝缘梁作为该矩形框架的另外两条边，形成第一矩形框架13。

由于第一矩形框架的四条边均由非金属绝缘梁组成，为了满足安装晶闸管压装机构2所需的承重强度，在第一矩形框架内侧安装两根平行于非金属主梁11的辅助金属梁，用于安装晶闸管压装机构2。

为了连接两根非金属主梁11，同时满足阀模块高压下的绝缘性能要求，在两根纵向的非金属主梁11的下部内侧横向安装横撑绝缘子。

各金属梁和非金属绝缘梁之间的连接固定通过链接附件完成，在组合框架的金属梁上还安装有金属吊座10，用于阀模块的悬吊安装。

阻尼电容4和门极箱3分别平行安装在晶闸管压装机构2的两侧。

阀模块至少包括三套晶闸管压装机构2，分别安装在组合框架的三个矩形框架中，第二、第三矩形框架中的晶闸管压装机构2纵向安装在上、下两根金属梁之间，与上、下两根金属梁通过连接件固定。第一矩形框架13中的晶闸管压装机构2横向安装在左右两根辅助金属梁之间，与左右两根辅助金属梁通过连接件固定。

用于安装阀模块控制与保护单元的门极箱3分别安装在第一矩形框架13、第二矩形框架14、第三矩形框架15与屏蔽罩8之间，并通过连接件分别与第一矩形框架13、第二矩形框架14和第三矩形框架15的外框固定。

阻尼电容4分别安装在第一矩形框架13的外侧和第二、第三矩形框架的内侧，第二、第三矩形框架中的阻尼电容4纵向安装在上、下两根金属梁之间，与上、下两根金属梁通过连接件固定。为了将阻尼电容安装在第一矩形框架13的外侧，在第一矩形框架13的外侧与左右两根辅助金属梁的相同位置纵向设置两根金属支撑杆；阻尼电容横向安装在两根金属支撑杆之间，并通过连接件与两根金属支撑杆固定。

安装在第一矩形框架13中的晶闸管压装机构2的两端分别与安装第二矩形框架14中的晶闸管压装机构2的一端和安装在第三矩形框架15中的晶闸管压装机构2的一端垂直连接，并在连接处安装有饱和电抗器7；安装在第二矩形框架14中的晶闸管压装机构2的另一端和安装在第三矩形框架15中的晶闸管压装机构2的另一端分别与另一晶闸管换流阀阀模块的晶闸管压装机构连接，并在连接处安装有饱和电抗器7。

一方面为了加强组合框架1的结构稳定性，另一方便为了固定饱和电抗器7，在两根非金属主梁11的上部两外侧分别设置两端分别连接第一矩形框架13和第二矩形框架14的斜梁A 16、以及两端分别连接第一矩形框架13和第三矩形框架15的斜梁B 17，斜梁A 16与第二矩形框架14的金属梁、第一矩形框架13的非金属主梁共同组成三角形框架A，斜梁B17与第三矩形框架15的金属梁、第一矩形框架13的另一非金属主梁共同组成三角形框架B；第一矩形框架13中晶闸管压装机构2与第二矩形框架14中晶闸管压装机构2之间的饱和电抗器7安装在三角形框架A上，并通过连接件与三角形框架A的斜梁A固定。第一矩形框架13中晶闸管压装机构与第三矩形框架15中晶闸管压装机构2之间的饱和电抗器7安装在三角形框架B上，并通过连接件与三角形框架B的斜梁B固定。

为了固定第二矩形框架14中晶闸管压装机构2另一端的饱和电抗器7和第三矩形框架15中晶闸管压装机构2另一端的饱和电抗器7；将第二、第三矩形框架下部的金属梁向阀模块内侧延长，然后将饱和电抗器7分别安装在延长部分的金属梁与横撑绝缘子9之间，并通过连接件将饱和电抗器7与延长部分的金属梁固定。

上述饱和电抗器7的布置形式，使得饱和电抗器7在结构布局上则位于组合框架1“凸”字形凸出部分的外侧，以及阀模块倒“凹”字形凹陷部分的内侧。这种布置形式不仅满足电器连接的需要，同时满足阀模块的重量平衡布置需求，让阀模块的重心位于阀模块几何中心处。

水冷系统由进水水管、出水水管、主进水管5和主出水管6组成，主进水管5和主出水管6分别安装在阀模块倒“凹”字形底部凹陷部分的左右两侧，并垂直于组合框架所在的平面，其中进水水管与主进水管5相连通，出水水管与主出水管6相连通，进水水管和出水水管架设在组合框架1底部，并在垂直于组合框架1所在平面的方向上错层布置，两水管保持一定间隙，从垂直于组合框架1所在平面的方向上看，进水水管和出水水管相重合，不仅便于沿晶闸管压装机构2同时布置冷却水路，而且节省阀模块的平面尺寸。进水水管和出水水管的走向与晶闸管压装机构2的走向保持一致，方便与晶闸管散热器相连。

屏蔽罩8垂直于组合框架1所在的平面，沿组合框架1外围布置，屏蔽罩8可分解为多组呈圆弧外形或者圆弧与弦组合外形的独立屏蔽单元形式，这些分解为多组的独立屏蔽单元，进行组合安装后整体外形呈椭圆形，可保证对阀模块电场的屏蔽效果。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种晶闸管换流阀阀模块，所述阀模块包括组合框架，安装在组合框架上的晶闸管压装机构、阻尼电容、饱和电抗器、门极箱和水冷系统，以及设于组合框架外围的屏蔽罩；其特征在于：所述组合框架为凸字形，包括第一矩形框架和对称设于第一矩形框同侧两外端的第二矩形框架和第三矩形框架。

2.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述晶闸管压装机构分别安装在第一、第二和第三矩形框架内侧；安装在第一矩形框架中的晶闸管压装机构垂直于组合框架的对称线方向，安装在第二、第三矩形框架中的晶闸管压装机构均平行于组合框架的对称线方向。

3.根据权利要求2所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

安装在第一矩形框架中的晶闸管压装机构的两端分别与安装第二矩形框架中的晶闸管压装机构的一端和安装在第三矩形框架中的晶闸管压装机构的一端垂直连接，并在连接处安装有饱和电抗器；安装在第二矩形框架中的晶闸管压装机构的另一端和安装在第三矩形框架中的晶闸管压装机构的另一端分别与另外两个晶闸管换流阀阀模块的晶闸管压装机构连接，并在连接处安装有饱和电抗器。

4.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述门极箱和所述阻尼电容分别平行设于所述晶闸管压装机构的两侧。

5.根据权利要求4所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述门极箱分别安装在第一、第二、第三矩形框架与屏蔽罩之间，并分别通过连接件与第一、第二、第三矩形框架的外框固定。

6.根据权利要求4所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述阻尼电容分别安装在第一矩形框架的外侧和第二、第三矩形框架的内侧。

7.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述水冷系统包括在垂直于组合框架所在平面的方向上错层布置的进水水管和出水水管，所述进水水管和所述出水水管架设在所述组合框架底部，其走向与所述晶闸管压装机构的走向一致；

所述进水水管和所述出水水管分别与主进水管和主出水管连通，所述主进水管和所述主出水管分别设于第二框架和第三框架之间，并垂直于所述组合框架所在的平面。

8.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述屏蔽罩由对称设置在组合框架对称线两侧的矩形屏蔽单元和连接两侧矩形屏蔽单元的椭圆弧形屏蔽单元组成，所述矩形屏蔽单元和所述椭圆弧形屏蔽单元均垂直于所述组合框架所在的平面；所述矩形屏蔽单元在组合框架所在平面上的投影垂直于所述组合框架的对称线；

所述矩形屏蔽单元靠近且平行于第二、第三矩形框架；所述椭圆弧形屏蔽单元由多块独立的椭圆弧形屏蔽子单元沿组合框架外围组合形成；

所述矩形屏蔽单元与所述椭圆弧形屏蔽单元的连接部位以圆弧过渡。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

第一矩形框架的四边由非金属绝缘梁连接组成，其内侧沿组合框架对称线平行的方向设置有两根金属梁，用于固定晶闸管压装机构；

第二、第三矩形框架中平行于组合框架对称线方向的边为非金属绝缘梁，垂直于组合框架对称线方向的边为金属梁，用于固定晶闸管压装机构和阻尼电容；

所述金属梁上安装有金属吊座，用于阀模块的悬吊安装。

10.根据权利要求1所述的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于：

所述第一矩形框架另一侧两外端分别安装有连接第一矩形框架和第二矩形框架的斜梁A、以及连接第一矩形框架和第三矩形框架的斜梁B；

所述第二矩形框架和第三矩形框架之间安装有垂直于组合框架对称线方向的横撑绝缘子。