CN105336716A - 一种换流阀阀组模块及使用该阀组模块的换流阀阀塔 - Google Patents

一种换流阀阀组模块及使用该阀组模块的换流阀阀塔 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种换流阀阀组模块及使用该阀组模块的换流阀阀塔，换流阀阀塔包括支撑框架，支撑框架上沿上下方向间隔布置至少两个阀层组件，各阀层组件分别包括阀组模块和电抗器模块，阀塔还包括用于冷却所述阀组模块和电抗器模块的水冷系统，阀组模块包括晶闸管和相应的水冷散热器，水冷散热器包括散热器本体，散热器本体上设有水冷通道和与水冷通道对应连通的进水孔和排水孔，进水孔和排水孔对应与所述水冷系统连通，进水孔和/或排水孔为密封装配有套筒状的均压电极的安装孔，均压电极具有供冷却水流过的内孔。由于均压电极的作用，可以控制散热器周围的电场分布，将回路中产生的漏电流吸引在均压电极上，避免对散热器本体内部造成腐蚀。

Description

一种换流阀阀组模块及使用该阀组模块的换流阀阀塔
技术领域
本发明涉及一种换流阀阀组模块及使用该阀组模块的换流阀阀塔。
背景技术
晶闸管换流阀阀塔是由数个阀模块依次串联而成。传统的阀塔水路设计方式是主水路从阀塔顶部中央引入阀塔，依次从阀模块中央依次穿过，在每个阀模块的位置上安装分支水管，分支水管依次进入每个阀模块。这种水路连接方式存在以下弊端,第一：由于传统阀塔主水管位于阀模块之间，一方面导致检修空间大大减小，现场检修难度增加；另一方面也增加了检修过程中无意识损坏水管的概率；第二：传统换流阀阀塔水路不能添加乙二醇，无法在高寒地区使用。第三：管路中水的电导率会随着温度变化而变化，漏电流也会随之变化，漏电流会造成管道的腐蚀。
在授权公告号为CN102169859B的中国发明专利中公开了一种晶闸管换流阀阀塔，其包括支撑框架，支撑框架上竖直方向间隔设置有多个阀层组件，各阀层组件分别包括至少两个阀组模块和对应的至少两个电抗器模块，阀塔还包括用于冷却阀组模块和电抗器模块的水冷系统，水冷系统包括由上至下环绕设置于阀层组件外侧的冷水主管道，冷却水主管道上设有用于将冷却水导向阀层组件的阀组模块和电抗器模块的冷却水分管道，冷却水主管道和阀层组件之间留有间隙。由于冷却水主管道和冷却水分管道设置于阀层组件的外侧，当冷却水主管道和冷却水分管道发生漏水情况时，漏水不会对下方的阀层组件造成短路危害。
在这种换流阀阀塔的阀层组件中，为保证阀组模块的正常工作，阀组模块上设有与冷却分水管道对应连通的水冷散热器。常用的水冷散热器如授权公告号为CN201450002U的中国实用新型专利中所公开的晶闸管换流阀组件用散热器，包括本体，本体的上部设有上水冷腔及与上水冷腔连通的进水通道，本体的下部开设有下水冷腔及与下水冷腔连通的回水通道，本体上还设有连通上、下水冷腔的纵向水道。使用时，使循环冷却水快速的在上、下水冷腔中流动，可最大限度的吸收本体上的热量，实现对电力电子功率元件的冷却散热。
目前，常用的散热器材质主要采用铝合金，铝合金具有密度小、换热效率高、不会生锈等优点，广泛应用于大功率电力电子设备领域。但是铝合金散热器在电场作用下会发生电化学反应导致回路中产生漏电流，散热器内部会出现腐蚀，导致整个水路系统内部结垢，严重时会影响水冷系统的正常运行。以高压直流输电换流阀为例，由于散热器内部腐蚀导致水路内部形成水垢，严重时会导致整个水路发生堵塞，烧毁功率元件，导致整个电网系统发生换流阀闭锁事故，影响电网系统的正常运行。
发明内容
本发明提供一种换流阀阀组模块，以解决现有技术中的换流阀组件上的水冷散热器容易因为回路中存在漏电流而引起散热器内部腐蚀的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述阀组模块的换流阀阀塔。
本发明所提供的换流阀阀组模块的技术方案是：一种换流阀阀组模块，包括晶闸管和相应的水冷散热器，水冷散热器包括散热器本体，散热器本体上设有水冷通道和与水冷通道对应连通的进水孔和排水孔，所述的进水孔和/或排水孔为密封装配有套筒状的均压电极的安装孔，均压电极具有供冷却水流过的内孔。
将套筒状均压电极的轴向定义为前后方向，安装孔的背离所述水冷通道的端部为后端，在安装孔中于所述均压电极轴向端部位置处设有前端密封圈和/或后端密封圈，所述均压电极通过所述前端密封圈和/或后端密封圈密封装配在所述安装孔中。
所述的均压电极的前端设有所述的前端密封圈，所述安装孔中于均压电极的前侧固设有绝缘的挡止限位套，均压电极的前端设有台阶面朝前的阶梯环台，阶梯环台的小径段与所述挡止限位套插配，所述前端密封圈与所述阶梯环台的台阶面及挡止限位套对应端面密封配合，前端密封圈与所述阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合。
所述的均压电极的后端固设有所述的后端密封圈，所述安装孔中于均压电极的后侧固定装配有与安装孔连通的引水外接管，引水外接管的前部外周面上凸设有挡止法兰，所述后端密封圈与所述挡止法兰的前侧面、均压电极端面密封配合，后端密封圈与引水外接管的前部的外周面对应周面密封配合。
本发明所提供的使用上述换流阀阀组模块的换流阀阀塔的技术方案是：一种换流阀阀塔，包括支撑框架，支撑框架上沿上下方向间隔布置至少两个阀层组件，各阀层组件分别包括阀组模块和对应的电抗器模块，阀塔还包括用于冷却所述阀组模块和电抗器模块的水冷系统，所述阀组模块包括晶闸管和相应的水冷散热器，水冷散热器包括散热器本体，散热器本体上设有水冷通道和与水冷通道对应连通的进水孔和排水孔，进水孔和排水孔对应与所述水冷系统连通，所述的进水孔和/或排水孔为密封装配有套筒状的均压电极的安装孔，均压电极具有供冷却水流过的内孔。
将套筒状均压电极的轴向定义为前后方向，安装孔的背离所述水冷通道的端部为后端，在安装孔中于所述均压电极轴向端部位置处设有前端密封圈和/或后端密封圈，所述均压电极通过所述前端密封圈和/或后端密封圈密封装配在所述安装孔中。
所述的均压电极的前端设有所述的前端密封圈，所述安装孔中于均压电极的前侧固设有绝缘的挡止限位套，均压电极的前端设有台阶面朝前的阶梯环台，阶梯环台的小径段与所述挡止限位套插配，所述前端密封圈与所述阶梯环台的台阶面及挡止限位套对应端面密封配合，前端密封圈与所述阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合。
所述的水冷系统包括由上至下环绕设置于对应的阀层组件外侧的冷却水主管道和与冷却水主管道连通的用于将冷却水导向所述阀组模块和电抗器模块的冷却水分管道，冷却水主管道包括进水主管道和出水主管道，冷却水分管道包括进水分管道和出水分管道，冷却水主管道与对应的阀组模块和电抗器模块之间留有间隙，散热器本体的进水孔通过所述进水分管道与进水主管道连通，散热器本体的排水孔通过所述出水分管道和出水主管道连通。
所述的进水主管道和/或出水主管道上设有用于固定冷却水主管道中电位的电极，电极包括延伸入相应管道中的铂金插针，电极上的铂金插针呈环形分布有三个，三个铂金插针长度相同或其中一个铂金插针的长度大于另外两个铂金插针的长度。
所述的进水主管道和出水主管道在阀塔底部通过底部循环连接水管连通，在底部循环连接水管上设有排水阀。
本发明的有益效果是：本发明所提供的换流阀阀塔的换流阀阀组模块中，水冷散热器的散热器本体的进水孔和/或排水孔为安装孔，在安装孔中对应密封装配有套筒状的均压电极，且该均压电极具有供冷却水流过的内孔，这样，均压电极可以保证安装孔中的冷却水的正常流通，同时，由于均压电极的作用，可以控制散热器周围的电场分布，将回路中产生的漏电流吸引在均压电极上，有效避免对散热器本体内部造成腐蚀，保证水冷通道的正常导通，保证水冷散热器的正常工作。
进一步的，均压电极和挡止限位套之间设有前端密封圈，前端密封圈通过与均压电极上的阶梯环台的台阶面及挡止限位套对应端面密封配合，同时，与阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合，有效保证后端密封圈对均压电极的密封。而绝缘的挡止限位套可以避免挡止限位套对冷却回路中漏电流的干扰，保证漏电流仅作用在均压电极上。
进一步地，在安装孔中于均压电极的后侧对应装配有引水外接管，不仅便于相应的外界管道，同时通过后端密封圈实现引水外接管与均压电极的密封装配。
进一步地，水冷系统包括由上至下环绕设置于对应的阀层组件外侧的冷却水主管道，且冷却水主管道与对应的阀组模块和电抗器模块之间留有间隙，由于冷却水主管道设置于阀层组件的外侧，当冷却水主管道发生漏水情况时，漏水不会对下方的阀层组件造成短路危害。
进一步地，在进水主管道和/或出水主管道上设置电极，不仅可以起到固定电位的作用，还会有效消除漏电流对相应管道所造成的腐蚀。
进一步地，在阀塔底部安装底部循环连接水管，有利于阀塔的整个水冷系统的循环排气，并且，设置排水阀也便于整个阀塔的水冷系统进行防水。
附图说明
图1是本发明所提供的换流阀阀塔的一种实施例的结构示意图（未显示阀层组件）；
图2是图1中阀塔水路原理图；
图3是图1中阀塔层间水路结构示意图；
图4是图3所示阀塔层间水路结构中冷却水流动方向示意图；
图5是图3中阀组模块所用散热器的局部结构示意图；
图6是图5中A处放大图；
图7是图5中均压电极的结构示意图；
图8是图1中B处放大图；
图9是图1中C处放大图；
图10是图8和图9中顶部水管电极的结构示意图；
图11是水冷系统中不锈钢水管与PVDF水管对接处的结构示意图；
图12是图11中阀层水管电极的结构示意图；
图13是阀塔底部循环连接水管的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图13所示，一种换流阀阀塔的实施例，该实施例中的换流阀阀塔包括支撑框架100，支撑框架100上沿上下方向间隔布置多个两个阀层组件，各阀层组件分别包括阀组模块400和对应的电抗器模块500，阀组模块包括依次布置的多个晶闸管401和对应晶闸管布置的水冷散热器402。阀塔还包括用于冷却阀组模块400和电抗器模块500的水冷系统。
本实施例中，阀组模块400中的水冷散热器包括散热器本体1，散热器本体1上设有水冷通道2和与水冷通道2对应连通的进水孔3和排水孔4，使用时，冷却水经进水孔3进入水冷通道2中，再经排水孔4排出，实现对电力电子功率元件的冷却散热。与现有技术中的水冷散热器不同的是：本实施例中，进水孔3和排水孔4均为密封装配有套筒状的均压电极7的安装孔，此处的均压电极7具有供冷却水流过的内孔，以保证冷却水的正常流通，并且，此处的均压电极具体为不锈钢电极，这样可以延长均压电极使用寿命。本实施例中，均压电极7螺旋固定装配在相应安装孔中。
本实施例中，将套筒状均压电极7的轴向定义为前后方向，安装孔的背离所述水冷通道2的端部为后端，在安装孔中于所述均压电极7轴向两端部位置处对应设有前端密封圈6和后端密封圈11，均压电极7则通过所述前端密封圈6和后端密封圈11密封装配在所述安装孔中。在安装孔中于均压电极7的前侧固设有挡止限位套5，本实施例中，安装孔为阶梯面21朝后的阶梯孔，所述挡止限位套5通过与所述阶梯孔的朝后的阶梯面21挡止限位配合以挡止装配在所述安装孔中，并且，所述挡止限位套5具有延伸入所述阶梯孔的小径段的前部导向段51。同时，均压电极7通过所述前端密封圈6将所述挡止限位套5顶压定位装配在所述安装孔的阶梯面21上。
本实施例中，在均压电极7的前端设有台阶面71朝前的阶梯环台，阶梯环台的小径段与所述挡止限位套5插配，所述前端密封圈6与所述阶梯环台的台阶面71及挡止限位套5对应端面密封配合，前端密封圈6与所述阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合。为减小对均压电极的电场影响，挡止限位套7为绝缘套。
同时，由于均压电极螺旋装配在安装孔中，此处的绝缘套具体为可活动的装配在安装孔中的塑料绝缘套，此处可活动的装配在安装孔中具体指：在旋拧均压电极之前，挡止限位套仅由阶梯孔的朝后的阶梯面挡止限位，其可朝后移动，而在旋拧均压电极的过程中，均压电极可以通过前端密封圈推动挡止限位套朝前移动，并在移动过程中降低均压电极对前端密封圈的摩擦压力，直至挡止限位套顶压在安装孔的朝后的阶梯面上，均压电极旋拧到位。
本实施例中，安装孔中于均压电极7的后侧固定装配有与安装孔连通的引水外接管9，引水外接管9的前部外周面上凸设有挡止法兰8，所述后端密封圈11与所述挡止法兰8的前侧面、均压电极7相应端面密封配合，后端密封圈11与引水外接管9的前部的外周面对应周面密封配合。并且，引水外接管9具体通过固定螺母10固定装配在所述安装孔中，固定螺母10与安装孔螺旋装配，固定螺母10前端与所述引水外接管9上的挡止法兰8的后侧面顶压配合。
装配时，先在散热器本体的进水孔3和出水孔处各安装一个挡止限位套5，然后将前端密封圈套装置在均压电极7的前端，将均压电极7旋入进水孔和出水孔中，利用前端密封圈实现均压电极的前端密封。然后将后端密封圈11套装在引水外接管9的前端，并将固定螺母旋入进水孔和出水孔中，利用后端密封圈实现对均压电极的后端密封。
本实施例中的水冷系统包括由上至下环绕设置于对应的阀层组件外侧的冷却水主管道300和与冷却水主管道300连通的用于将冷却水导向阀组模块400和电抗器模块500的冷却水分管道，冷却水主管道包括进水主管道304和出水主管道305，冷却水分管道包括进水分管道和出水分管道，冷却水主管道300与对应的阀组模块400和电抗器模块500之间留有间隙，水冷散热器的散热器本体1的进水孔通过所述进水分管道与进水主管道304连通，散热器本体1的排水孔通过所述出水分管道和出水主管道305连通。
冷却水主管道还包括布置在顶部的顶部水管200，顶部水管200包括顶部进水管和顶部出水管，顶部进水管和出水管的两端分别设有法兰接头以与对应的管道对接连通，为固定冷却水主管道中的电位，降低漏电流对管道及接头的腐蚀，在顶部水管两端的接头处分别固设有用于固定冷却水主管道中电位的顶部水管电极700，顶部水管电极700包括延伸入相应管道中的铂金插针701，顶部水管电极7上的铂金插针701呈环形分布有三个，三个铂金插针长度相同。
另外，本实施例中的冷却水主管道包括不锈钢水管302和PVDF水管303，不锈钢水管302对应阀层组件的宽度方向，而PVDF水管则对应阀层组件的长度方向。不锈钢水管302通过对接接头与PVDF水管303对接连通。同样的，为固定冷却水主管道中的电位，降低漏电流对管道及接头的腐蚀，在对接接头处设有阀层水管电极800，该阀层水管电极800同样包括延伸如相应管道中的铂金插针801，阀层水管电极800上的铂金插针801呈环形分布有三个，三个铂金插针中的其中一个铂金插针的长度大于另外两个铂金插针的长度，提高电极的可靠性，而且可有效改善电机周围的电场分布，使得电场分布更加均匀。
本实施例中，冷却水主管道的进水主管道304和出水主管道305在阀塔底部通过底部循环连接水管306连通，在底部循环连接水管306上设有排水阀307。
本实施例所提供的阀塔中的水冷系统设置在阀层组件外侧，这样可以根据电压等级需要采用径向尺寸较大的管路，这样就可以在管路中加入粘度较大的乙二醇，使得这种换流阀阀塔可以应用在高海拔寒冷地区。
本实施例所提供的阀塔中，水冷系统采用串并联结构，不仅具有串联水路结构简单，水管接头数量少的优点，而且具有并联水路散热效果好，散热均匀的优点。而冷却水主管道由不锈钢水管和PVDF水管组成，PVDF材质耐腐蚀且阻燃性较高，PVDF的材料满足UL94-V0的要求。阀塔的水冷系统中可以直接添加乙二醇，所以水冷系统除了适应一般地区环境外，还可以适用于高寒地区。
本实施例中，在进水孔和出水孔中分别安装有均压电极，在其他实施例中，也可以尽在进水孔或出水孔中安装均压电极。
本实施例中，挡止限位套可以为绝缘套，在其他实施例中，也可以为金属套。本实施例中，挡止限位套可以为塑料绝缘套，在其他实施例中，也可以为其他材质做成的绝缘套。
本实施例中，均压电极为不锈钢电极，在其他实施例中，均压电极也可以为铂金电极。
本实施例中，在均压电极的前后两端分别设置有密封圈，在其他实施例中，也可以仅在均压电极的前端或后端设置密封圈。
本实施例中，水冷系统采用环绕于阀层组件的冷却水主管道，在其他实施例中，也可以采用现有技术中的阀塔的水冷系统。
本发明还提供一种换流阀阀组模块，该实施例中的换流阀阀组模块的结构与上述换流阀阀塔实施例中的阀组模块的结构相同，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种换流阀阀组模块，包括晶闸管和相应的水冷散热器，水冷散热器包括散热器本体，散热器本体上设有水冷通道和与水冷通道对应连通的进水孔和排水孔，其特征在于：所述的进水孔和/或排水孔为密封装配有套筒状的均压电极的安装孔，均压电极具有供冷却水流过的内孔。
2.根据权利要求1所述的换流阀阀组模块，其特征在于：将套筒状均压电极的轴向定义为前后方向，安装孔的背离所述水冷通道的端部为后端，在安装孔中于所述均压电极轴向端部位置处设有前端密封圈和/或后端密封圈，所述均压电极通过所述前端密封圈和/或后端密封圈密封装配在所述安装孔中。
3.根据权利要求2所述的换流阀阀组模块，其特征在于：所述的均压电极的前端设有所述的前端密封圈，所述安装孔中于均压电极的前侧固设有绝缘的挡止限位套，均压电极的前端设有台阶面朝前的阶梯环台，阶梯环台的小径段与所述挡止限位套插配，所述前端密封圈与所述阶梯环台的台阶面及挡止限位套对应端面密封配合，前端密封圈与所述阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合。
4.根据权利要求3所述的换流阀阀组模块，其特征在于：所述的均压电极的后端固设有所述的后端密封圈，所述安装孔中于均压电极的后侧固定装配有与安装孔连通的引水外接管，引水外接管的前部外周面上凸设有挡止法兰，所述后端密封圈与所述挡止法兰的前侧面、均压电极端面密封配合，后端密封圈与引水外接管的前部的外周面对应周面密封配合。
5.一种换流阀阀塔，包括支撑框架，支撑框架上沿上下方向间隔布置至少两个阀层组件，各阀层组件分别包括阀组模块和对应的电抗器模块，阀塔还包括用于冷却所述阀组模块和电抗器模块的水冷系统，所述阀组模块包括晶闸管和相应的水冷散热器，水冷散热器包括散热器本体，散热器本体上设有水冷通道和与水冷通道对应连通的进水孔和排水孔，进水孔和排水孔对应与所述水冷系统连通，其特征在于：所述的进水孔和/或排水孔为密封装配有套筒状的均压电极的安装孔，均压电极具有供冷却水流过的内孔。
6.根据权利要求5所述的换流阀阀塔，其特征在于：将套筒状均压电极的轴向定义为前后方向，安装孔的背离所述水冷通道的端部为后端，在安装孔中于所述均压电极轴向端部位置处设有前端密封圈和/或后端密封圈，所述均压电极通过所述前端密封圈和/或后端密封圈密封装配在所述安装孔中。
7.根据权利要求6所述的换流阀阀塔，其特征在于：所述的均压电极的前端设有所述的前端密封圈，所述安装孔中于均压电极的前侧固设有绝缘的挡止限位套，均压电极的前端设有台阶面朝前的阶梯环台，阶梯环台的小径段与所述挡止限位套插配，所述前端密封圈与所述阶梯环台的台阶面及挡止限位套对应端面密封配合，前端密封圈与所述阶梯环台的小径段的外周面对应周面密封配合。
8.根据权利要求5或6或7所述的换流阀阀塔，其特征在于：所述的水冷系统包括由上至下环绕设置于对应的阀层组件外侧的冷却水主管道和与冷却水主管道连通的用于将冷却水导向所述阀组模块和电抗器模块的冷却水分管道，冷却水主管道包括进水主管道和出水主管道，冷却水分管道包括进水分管道和出水分管道，冷却水主管道与对应的阀组模块和电抗器模块之间留有间隙，散热器本体的进水孔通过所述进水分管道与进水主管道连通，散热器本体的排水孔通过所述出水分管道和出水主管道连通。
9.根据权利要求8所述的换流阀阀塔，其特征在于：所述的进水主管道和/或出水主管道上设有用于固定冷却水主管道中电位的电极，电极包括延伸入相应管道中的铂金插针，电极上的铂金插针呈环形分布有三个，三个铂金插针长度相同或其中一个铂金插针的长度大于另外两个铂金插针的长度。
10.根据权利要求8所述的换流阀阀塔，其特征在于：所述的进水主管道和出水主管道在阀塔底部通过底部循环连接水管连通，在底部循环连接水管上设有排水阀。
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