CN107919679A - 柔性直流换流站布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性直流换流站布置结构，包括阀厅和设于所述阀厅内的桥臂单元和设于所述阀厅外的柔性直流变压器，所述桥臂单元与所述柔性直流变压器电性连接，所述桥臂单元包括换流阀和桥臂电抗器，所述换流阀与所述桥臂电抗器电性连接。对于±800kV及以上的特高压柔性直流输电过程，所述柔性直流换流站布置结构将桥臂电抗器布置于阀厅内，省去了绝缘要求高、工艺制造难度大的穿墙连接设备的使用，大大降低了所述柔性直流换流站布置结构的建造难度和建造成本。而且，将所述桥臂电抗器设置于所述阀厅内，减少了设备运行噪音对周边环境的影响，提高了所述柔性直流换流站布置结构的环境友好性。

Description

柔性直流换流站布置结构

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种柔性直流换流站布置结构。

背景技术

柔性直流输电是一种以换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术。与常规的采用不可自关断晶闸管的直流输电技术相比，柔性直流输电具有系统反应速度快、可控性高及运行结构灵活等优点。其中，柔性直流换流站是柔性直流输电技术中最主要的组成部分。但是，现有的柔性直流换流站布置结构仅适用于电压等级低、容量小及设备尺寸小的柔性直流输电过程，但对于±800kV及以上的特高压柔性直流输电过程，由于其设备的绝缘水平要求高，设备尺寸和容量较大，采用现有的柔性直流换流站布置结构会大大增加各电力设备的制造难度，增加了柔性直流换流站的建设成本。

发明内容

基于此，有必要针对如何降低柔性直流换流站中各电力设备制造难度和建设成本的问题，提供一种柔性直流换流站布置结构。

其技术方案如下：

一种柔性直流换流站布置结构，包括阀厅、设于所述阀厅内的桥臂单元和设于所述阀厅外的柔性直流变压器，所述桥臂单元与所述柔性直流变压器电性连接，所述桥臂单元包括换流阀和桥臂电抗器，所述换流阀与所述桥臂电抗器电性连接。

对于±800kV及以上的特高压柔性直流输电过程，所述柔性直流换流站布置结构将桥臂电抗器布置于阀厅内，省去了绝缘要求高、工艺制造难度大的穿墙连接设备的使用及降低了变压器阀侧的制造难度，大大降低了所述柔性直流换流站的建造难度和建造成本。而且，将所述桥臂电抗器设置于所述阀厅内，减少了设备运行噪音对周边环境的影响，提高了所述柔性直流换流站的环境友好性。

在其中一个实施例中，还包括设于所述阀厅内的吊装通道，所述柔性直流变压器、所述桥臂电抗器和所述换流阀依次串联排布，所述吊装通道位于所述桥臂电抗器和所述柔性直流变压器之间。由于所述桥臂电抗器重量较大，且阀厅跨度较大,故采用汽车吊来吊装所述桥臂电抗器，所述汽车吊相对传统的单轨吊的吊装结构，可以降低阀厅的建造难度和成本。

在其中一个实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还包括第一电流测量装置，所述第一电流测量装置设于所述阀厅内且悬吊于所述吊装通道的上方，所述第一电流测量装置的两端分别与所述柔性直流变压器和所述桥臂电抗器电性连接，从而有效利用所述吊装通道上方的剩余空间来放置设备，有利于减少阀厅的面积。

在其中一个实施例中，所述柔性直流变压器还包括第一穿墙套管，所述第一穿墙套管的一端伸入所述阀厅内并与所述桥臂单元电性连接。将所述柔性直流变压器布置于阀厅外，并使其第一穿墙套管伸入阀厅内与桥臂单元进行连接，有利于降低设备的设计、生产制造难度，减少设备的造价。

在其中一个实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还包括设于所述阀厅内的第一接地开关，所述换流阀和所述桥臂电抗器均与所述第一接地开关电性连接。所述接地开关便于所述换流阀和所述桥臂电抗器检修时接地。

在其中一个实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还包括设于所述阀厅内的隔离开关，所述隔离开关的两端分别与所述柔性直流变压器、所述桥臂电抗器电性连接。所述隔离开关便于柔性直流变压器进行充电实验时与桥臂电抗器断开。

在其中一个实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还包括第一避雷器，所述桥臂电抗器和所述换流阀均与所述第一避雷器电性连接。所述第一避雷器用于保护柔性直流变压器的对地端以及桥臂电抗器，使其免受雷击时高瞬态的过电压危害和操作过电压危害。

在其中一个实施例中，所述桥臂单元包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括所述桥臂电抗器和所述换流阀，所述上桥臂的换流阀的出线端位于所述下桥臂的换流阀的出线端的上方，这可以在保证上桥臂和下桥臂的换流阀出线端之间有足够的绝缘距离的同时缩小上桥臂与桥臂之间的距离，从而减小阀厅的面积。

在其中一个实施例中，所述阀厅内设有三个所述桥臂单元，所述桥臂单元和所述柔性直流变压器沿着第一方向排布，三个所述桥臂单元的上桥臂和下桥臂均沿着第二方向依次排布，所述第二方向与所述第一方向垂直。所述桥臂单元的布置结构有利于三相交流电的传输和转换为直流电。

在其中一个实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还包括设于所述阀厅外的三个启动组件，所述柔性直流变压器为三台且沿着所述第二方向依次排列，每台所述柔性直流变压器均与一个所述启动组件电性连接且沿着所述第二方向排布，三台所述柔性直流变压器与三个所述桥臂单元一一对应连接。由于所述阀厅仅对应三台所述柔性直流变压器，阀厅在第二方向上的宽度大于三台所述柔性直流变压器在第二方向上所述的宽度。由于启动组件连接于所述柔性直流变压器的进线处，所以将启动组件设置于所述柔性直流变压器之间的空余位置，提高了空间利用率，减小了所述柔性直流换流站布置结构的占地面积。

附图说明

图1为本发明实施例所述的柔性直流换流站布置结构的结构示意图；

图2为图1中所述的柔性直流换流站布置结构的A-A剖视图；

图3为图1中所述的柔性直流换流站布置结构的B-B剖视图；

图4为图1中所述的柔性直流换流站布置结构的C-C剖视图；

图5为图1中所述的柔性直流换流站布置结构的D-D剖视图。

附图标记说明：

100、柔性直流变压器，200、启动组件，310、桥臂电抗器，320、换流阀，321、阀塔，410、第一避雷器，420、第二避雷器，430、第三避雷器，440、第四避雷器，510、电压测量装置，520、第一电流测量装置，530、第二电流测量装置，610、隔离开关，620、第一接地开关，630、第二接地开关，710、第一穿墙套管，720、第二穿墙套管，730、第三穿墙套管，740、第四穿墙套管，800、阀厅，810、支撑柱，820、吊装通道，830、第一侧壁，840、第二侧壁，850、第三侧壁，860、第四侧壁，870、顶壁，880、防火墙，911、第一悬吊绝缘子，912、第二悬吊绝缘子，913、第三悬吊绝缘子，921、第一支柱绝缘子，922、第二支柱绝缘子，923、第三支柱绝缘子，924、第四支柱绝缘子，931、第一金具，932、第二金具，933、第三金具，934、第四金具。

具体实施结构

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施结构，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施结构仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施结构。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施结构的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明实施例提出一种柔性直流换流站布置结构，包括阀厅800和设于所述阀厅800内的桥臂单元和设于所述阀厅800外的柔性直流变压器100，所述桥臂单元与所述柔性直流变压器100电性连接(电性连接为有线连接或无线通讯连接等)，所述桥臂单元包括换流阀320和桥臂电抗器310，所述换流阀320与所述桥臂电抗器310电性连接。

下面对本发明实施例的有益效果进行具体说明。

对于±800kV及以上的特高压柔性直流输电过程，所述柔性直流换流站布置结构将桥臂电抗器310布置于阀厅800内，省去了绝缘要求高、工艺制造难度大的穿墙连接设备例如穿墙套管的使用，避免了柔直变压器阀侧的穿墙套管的户外布置，大大降低了所述柔性直流换流站布置结构的建造难度和建造成本。而且，将所述桥臂电抗器310设置于所述阀厅800内，减少了设备运行噪音对周边环境的影响，提高了所述柔性直流换流站布置结构的环境友好性。

本实施例中，所述阀厅800内设有三个所述桥臂单元，分别为A相桥臂单元、B相桥臂单元和C相桥臂单元，每个所述桥臂单元均包括上桥臂和下桥臂(此处的上、下属于专业术语，并非表示方位的上、下)。柔性直流变压器100为三台且与所述三个桥臂单元一一对应连接，每个桥臂单元与其对应的柔性直流变压器100沿着第一方向排布(图1中为从左到右排布)，三个所述桥臂单元的上桥臂和下桥臂沿着第二方向依次排布(图1中为从下到上排布)，所述第二方向与所述第一方向垂直。即所述桥臂电抗器310沿所述第二方向的排列方式可为如图1所示的：从下到上为A相上桥臂-A相下桥臂-B相上桥臂-B相下桥臂-C相上桥臂-C相下桥臂。需要说明的是，在另外一个实施例中，所述桥臂电抗器310也可按照以下排列方式进行排布：A相下桥臂-A相上桥臂-B相下桥臂-B相上桥臂-C相下桥臂-C相上桥臂。所述桥臂单元的布置结构有利于三相交流电的传输和转换为直流电。所述上桥臂和所述下桥臂均包括所述桥臂电抗器310和所述换流阀320。所述上桥臂的换流阀320的出线端位于所述下桥臂的换流阀320的出线端的上方，这可以在保证上桥臂和下桥臂的换流阀320出线端之间有足够的绝缘距离的同时缩小上桥臂与桥臂之间的距离，从而减小阀厅800的面积。

进一步地，所述柔性直流换流站布置结构还包括设于所述阀厅800外的三个启动组件200。本实施例中，所述启动组件200包括相互并联的启动电阻和断路器，便于控制这个电路的通断。所述柔性直流变压器100为三台且沿着所述第二方向依次排列，每台所述柔性直流变压器100均与一个所述启动组件200电性连接，所述柔性直流变压器100和所述启动组件200沿着所述第二方向排布，三台所述柔性直流变压器100与三个所述桥臂单元一一对应连接。由于所述阀厅800仅对应三台所述柔性直流变压器100，阀厅800在第二方向上的宽度大于三台所述柔性直流变压器100在第二方向上所需的宽度。由于启动组件200连接于所述柔性直流变压器100的进线处，所以将启动组件200设置于所述柔性直流变压器100之间的空余位置，提高了空间利用率，减小了所述柔性直流换流站布置结构的占地面积。

本实施例中，所述柔性直流换流站布置结构还进一步包括设于所述阀厅800内的吊装通道820，所述柔性直流变压器100、所述桥臂电抗器310和所述换流阀320依次串联排布，所述吊装通道820位于所述桥臂电抗器310与所述柔性直流变压器100之间。由于所述桥臂电抗器310重达40吨，且阀厅800跨度较大(约86.5m),故采用汽车吊来吊装所述桥臂电抗器310，所述汽车吊相对传统单轨吊的吊装结构，可以降低阀厅800的建造难度和成本。

进一步地，所述柔性直流换流站布置结构还包括第一电流测量装置520，所述第一电流测量装置520设于所述阀厅800内且悬吊于所述吊装通道820的上方，所述第一电流测量装置520的两端分别与所述柔性直流变压器100和所述桥臂电抗器310电性连接，从而有效利用所述吊装通道820上方的剩余空间来放置设备，有利于减少阀厅800的面积。

进一步地，所述柔性直流变压器还包括第一穿墙套管710，所述第一穿墙套管710的一端伸入所述阀厅800内并与所述桥臂单元电性连接。将所述柔性直流变压器100布置于阀厅800外，并使其第一穿墙套管710伸入阀厅800内与桥臂单元进行连接，可以采用已经发展成熟的柔性直流变压器100，无需考虑柔性直流变压器100与桥臂单元之间的绝缘性设置，有利于降低设备的设计、生产制造难度，减少设备的造价。

下面对所述柔性直流换流站布置结构内的具体连线方式进行具体说明。

首先，如图1所示，从每个桥臂单元来看，所述柔性直流变压器100与所述启动组件200相连并位于所述阀厅800外。如图2和图3所示，柔性直流变压器100的第一穿墙套管710和第二穿墙套管720伸入阀厅800内。第一穿墙套管710的接线端子经与第一悬吊绝缘子911相连的第一金具931与隔离开关610的进线端连接，第二穿墙套管与阀厅内的中性点连接。所述第一悬吊绝缘子911悬挂于阀厅800的顶壁870上，所述第一避雷器410也通过所述第一绝缘子悬吊于阀厅800的顶壁870上且并联于柔性直流变压器100的对地端，用于保护柔性直流变压器100，使其免受雷击时高瞬态的过电压危害和操作过电压的危害。所述隔离开关610的进线端子处还与电压测量装置510相连接，所述电压测量装置510并联在柔性直流变压器100的对地端，用于测量柔性直流变压器100的对地电压。

所述第一电流测量装置520通过第二悬吊绝缘子912和第三悬吊绝缘子913悬吊于阀厅800的顶壁上。隔离开关610的出线端通过软导线与第二金具932连接，第二金具932通过管母线与第一电流测量装置520的进线端连接。

所述第一电流测量装置520的出线端与所述第三金具933连接，所述第三金具933通过软导线与桥臂电抗器310的进线端连接。从第三金具933与桥臂电抗器310的连接处开始，所述交流进线分为上桥臂和下桥臂两路支线。桥臂电抗器310的出线端通过管母线与第二电流测量装置530相连接。所述第二电流测量装置530为直立式，即所述桥臂电抗器310采用高位进线，低位出线的连接方式，方便运输小车及吊装车辆在吊装空间内通行。

所述第二电流测量装置530的进线端和出线端均与管母线连接，所述第二电流测量装置530的两侧设有第一支柱绝缘子921和第二支柱绝缘子922，第一支柱绝缘子921和第二支柱绝缘子922支撑所述第二电流测量装置530及其两端的管母线的重量。所述第二电流测量装置530的出线端通过管母线分别连接至换流阀320的进线端和第二避雷器420的进线端。所述第二避雷器420用于保护柔性直流变压器100的对地端、桥臂电抗器310和换流阀321，使其免受雷击时高瞬态的过电压危害和操作过电压的危害。

所述阀厅800内还设有第一接地开关620和第三支柱绝缘子923，所述第一接地开关620的接线端通过管母线与所述第二电流测量装置530的出线端和所述换流阀320进线端连接，便于换流阀320和桥臂电抗器310检修时接地。第二支柱绝缘子922和第三支柱绝缘子923支撑所述第一接地开关620的静触头、所述第一接地开关620的金具及其两端的管母线的重量。

如图1所示，本实施例中，每个所述换流阀320均包括三个依次串联的阀塔321。A相上桥臂、B相上桥臂和C相上桥臂的换流阀320的出线端通过悬吊管母线汇流于第一汇流端，A相下桥臂、B相下桥臂和C相下桥臂的换流阀320的出线端均通过支撑管母线汇流于第二汇流端，如图4和图5所示。即上桥臂的换流阀320采用高位进线、高位出线的接线方式，所述下桥臂采用高位进线、低位出线的接线方式，所述第一汇流端位于所述第二汇流端的上方，从而使所述上桥臂和所述下桥臂的汇流更加便捷，且在保证足够绝缘距离的情况下缩小上桥臂和下桥臂之间的距离，从而缩小所述阀体在第二方向上的跨度，减小阀厅800的面积。本实施例中，所述第一汇流端为高压端，电压为880kV；所述第二汇流端为低压端，电压为400kV。在其他实施例中，所述第一汇流端为高压端，电压为400kV；所述第二汇流端为中性端。

所述换流阀320的出线端通过设于第四支柱绝缘子924上的第四金具934与第三接地开关的静触头及第三穿墙套管进行连接。

所述阀厅800内还设有第三避雷器430，所述第三避雷器430的一端与上桥臂的进线端连接、另一端与上桥臂的出线端连接，即第三避雷器430并联于上桥臂的两端，所述第三避雷器430通过悬吊绝缘子悬吊于换流阀320的上方且通过悬吊管母实现并联于上桥臂的两端。本实施例中，所述第三避雷器430由四个子避雷器并联而成，有利于满足所需的避雷能量要求。所述第三避雷器430用于保护上桥臂的换流阀320，使其免受操作冲击的过电压危害。第一避雷器410、第二避雷器420和第三避雷器430均采用悬吊设置，有利于充分利用阀厅800的上部空间，减小阀厅800的尺寸。

进一步地，如图1所示，所述阀厅800内还设有第四避雷器440，所述第四避雷器440的一端与第一汇流端连接、另一端与第二汇流端连接，即所述第四避雷器440并联于上桥臂和下桥臂之间。所述第四避雷器440用于保护换流阀320，提高换流阀320的对地绝缘水平，使其免受操作冲击的过电压危害。

具体地，所述阀厅800包括与第一侧壁830、第二侧壁840、第三侧壁850、第四侧壁860和顶壁870，所述第一侧壁830与所述柔性直流变压器100相邻。其中，第二侧壁840、第三侧壁850、第四侧壁860、支撑柱810和顶壁870为钢结构，有利于提高整个阀厅的结构强度。所述第一侧壁830可为钢结构或混凝土结构，本实施例中，所述第一侧壁830为混凝土结构，有利于提高阀厅的承重能力和防火性能。所述第一侧壁830、第二侧壁840、第三侧壁850、第四侧壁860和顶壁870上铺设有压型钢板，从而形成法拉第笼，能有效防止阀厅800内的电磁波辐射至阀厅800外，亦可有效抑制阀厅800外的电磁干扰进入阀厅800。所述阀厅的外壁上设有防火墙880，所述防火墙880设于相邻两个柔性直流变压器之间，可提高柔性直流变压器的防火性能。

根据上述柔性直流换流站布置结构，所述阀厅800在第一方向上的尺寸由设于阀厅800内的设备(包括换流阀320、桥臂电抗器310及穿墙套管等)外形尺寸、设备布置、电气净距要求、桥臂电抗器310离换流阀320的距离要求、桥臂电抗器310与金属构件(钢结构、钢板等)距离要求及设备吊装检修维护空间等综合确定。为减小结构设计、安装维护的难度，在对电气工艺影响较小的情况下，可考虑在阀厅800内设置支撑柱810，减小结构跨度和屋架重量。

所述阀厅800在第二方向上的尺寸由换流阀320的宽度、桥臂电抗器310之间的间距、桥臂电抗器310对金属构件距离要求、电气净距要求、检修空间要求等综合确定。阀塔321之间的间距离需要考虑上桥臂和下桥臂之间的绝缘水平、相间绝缘水平、检修通道距离要求。由于桥臂电抗器310与阀塔321紧邻阀厅800的内壁布置，所以阀厅800在第二方向上的尺寸需同时兼顾紧邻阀厅800内壁的桥臂电抗器310与阀厅800的内壁的空气净距及与金属构件距离的要求。

所述阀厅800的高度主要由阀塔321的高度、阀塔321的空气净距要求、桥臂电抗器310的高度、桥臂电抗器310的空气净距要求、桥臂电抗器310对金属构件的距离要求以及阀塔321、桥臂电抗器310的吊装空间等因素共同决定。

本实施例中，所述阀厅800的尺寸约为86.5m×121.5m×38.5m，具体尺寸可结合上述柔性直流换流站布置结构与具体的设备外形尺寸来调整。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施结构，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流换流站布置结构，其特征在于，包括阀厅、设于所述阀厅内的桥臂单元和设于所述阀厅外的柔性直流变压器，所述桥臂单元与所述柔性直流变压器电性连接，所述桥臂单元包括换流阀和桥臂电抗器，所述换流阀与所述桥臂电抗器电性连接。

2.根据权利要求1所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括设于所述阀厅内的吊装通道，所述柔性直流变压器、所述桥臂电抗器和所述换流阀依次串联排布，所述吊装通道位于所述桥臂电抗器和所述柔性直流变压器之间。

3.根据权利要求2所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括第一电流测量装置，所述第一电流测量装置设于所述阀厅内且悬吊于所述吊装通道的上方，所述第一电流测量装置的两端分别与所述柔性直流变压器和所述桥臂电抗器电性连接。

4.根据权利要求1所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，所述柔性直流变压器还包括第一穿墙套管，所述第一穿墙套管的一端伸入所述阀厅内并与所述桥臂单元电性连接。

5.根据权利要求1所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括设于所述阀厅内的第一接地开关，所述换流阀和所述桥臂电抗器均与所述第一接地开关电性连接。

6.根据权利要求1所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括设于所述阀厅内的隔离开关，所述隔离开关的两端分别与所述柔性直流变压器、所述桥臂电抗器电性连接。

7.根据权利要求1所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括第一避雷器，所述桥臂电抗器和所述换流阀均与所述第一避雷器电性连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，所述桥臂单元包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括所述桥臂电抗器和所述换流阀，所述上桥臂的换流阀的出线端位于所述下桥臂的换流阀的出线端的上方。

9.根据权利要求8所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，所述阀厅内设有三个所述桥臂单元，所述桥臂单元和所述柔性直流变压器沿着第一方向排布，三个所述桥臂单元的上桥臂和下桥臂均沿着第二方向依次排布，所述第二方向与所述第一方向垂直。

10.根据权利要求9所述的柔性直流换流站布置结构，其特征在于，还包括设于所述阀厅外的三个启动组件，所述柔性直流变压器为三台且沿着所述第二方向依次排列，每台所述柔性直流变压器均与一个所述启动组件电性连接且沿着所述第二方向排布，三台所述柔性直流变压器与三个所述桥臂单元一一对应连接。