CN110137838A - 一种模块式海上换流站结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模块式海上换流站结构，包括交流设备模块、负极直流设备模块、正极直流设备模块、主柱及柱腿导管架基础，负极直流设备模块及正极直流设备模块在平面中呈对称排列，交流设备模块在平面中位于负极直流设备模块及正极直流设备模块的旁侧，三个模块的平面几何中心构成等腰三角形，三个模块均为三层主甲板；在模块各层甲板之间的外侧轴线处设置模块连接件，对交流设备模块、负极直流设备模块及正极直流设备模块关于平面中心对称地设置四个贯通各层的主柱，并与下方对应设置的四柱腿导管架基础相连。本发明的优点为：将站内三维空间的利用率最大化，交流、直流功能模块化，全方位降低工程成本。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电开发技术领域，具体涉及一种模块式海上换流站结构。
背景技术
随着我国海上风电场的规模、离岸距离以及所处水深的不断增大，采用传统的交流输电方式已经不经济，需要设置海上换流站，将海上风机收集到的电能转换成直流输送到陆地上。同交流站相比，换流站内的设备质量更大，占用的空间也更广，照搬现有陆上换流站的平铺布置形式完全不适用于海上情况。
目前国内尚无海上换流站的设计与建设案例，国外的现有技术基本参照海上油气平台或交流升压站的经验，上部组块为整体式布置，并采用浮托法进行安装。这种方案下，海上换流站结构的上部组块重量一般均要接近20000吨，极大地限制了下部基础设计以及海上安装方案的可选范围，大大提高了工程造价与施工难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种能减小上部组块的总重量、扩大可选择的海上施工方案范围、降低工程造价、紧凑化布置的模块式海上换流站结构。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种模块式海上换流站结构，包括交流设备模块、负极直流设备模块、正极直流设备模块、主柱及柱腿导管架基础，负极直流设备模块及正极直流设备模块在平面中呈对称排列，负极直流设备模块及正极直流设备模块除电气设备的正负极外布置完全相同，交流设备模块在平面中位于负极直流设备模块及正极直流设备模块的旁侧，三个模块的平面几何中心构成等腰三角形，三个模块均为三层主甲板，除顶层甲板外所有模块的各个主甲板层高程一致；在模块各层甲板之间的外侧轴线处设置模块连接件，对交流设备模块、负极直流设备模块及正极直流设备模块关于平面中心对称地设置四个贯通各层的主柱，并与下方对应设置的四柱腿导管架基础相连。
进一步地，交流设备模块包括事故油罐室、封闭式电缆室、消防水箱/柴油储油罐室、场变及配电室、换流变压器室、330kVGIS室、10kv配电室、桥臂电抗器室、阀厅、直流场室、通信机房、继保室、中控室、柴油机房及蓄电池室；在交流设备模块中设置夹层布置包括通信机房、继保室、中控室、柴油机房、蓄电池室的二次电气设备空间，场变及配电室等无特殊接线要求次序的设备空间布置在平面的四角，其余主设备空间布置在主甲板层且按照接线顺序依次排列。
进一步地，负极直流设备模块及正极直流设备模块均包括封闭式电缆室、阀冷却室与海水泵房、阀控制室、消防/冷却室、通风机房、桥臂电抗器室、阀厅及直流场室；在负极直流设备模块及正极直流设备模块中，设置夹层布置消防/冷却室设备空间且具有相同功能的设备空间应位于同一层或同一侧，其余主设备空间布置在主甲板层且按照接线顺序依次排列。
进一步地，各模块中的封闭式电缆室均设置于第一层，且与消防/冷却室设备空间重合布置。
进一步地，各模块及其对应导管架基础的构件均按各工况下的强度、变形规范要求由结构有限元软件进行独立计算和设计。
进一步地，各模块均分别单独建造并安装，模块连接件在各模块分别独立吊装完成后再分别进行海上焊接安装。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、在保证换流站功能性的前提下，将站内三维空间的利用率最大化，避免因电气设备平铺占用过大的平面空间导致结构总重量过大。
2、交流、直流功能模块化，使得各个模块可以独立设计、建造、安装和巡检，解除整体式海上换流站对特定海上安装工艺(浮托法)及其相关船舶、设备、窗口期与技术的依赖，全方位降低工程成本。
3、避免海上换流站的导管架基础结构因浮托进、退船而必须设置的开槽，杜绝了结构刚度与受力薄弱层的出现。
附图说明
图1是本发明一种模块式海上换流站结构的一层甲板平面示意图。
图2是本发明一种模块式海上换流站结构的夹层甲板平面示意图。
图3是本发明一种模块式海上换流站结构的二层(主)甲板平面示意图。
图4是本发明一种模块式海上换流站结构的夹层甲板平面示意图。
图5是本发明一种模块式海上换流站结构的三层(顶)甲板平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
实施例1
如图1～5所示，模块式海上换流站结构，包括交流设备模块21、负极直流设备模块22、正极直流设备模块23、主柱4及柱腿导管架基础，负极直流设备模块22及正极直流设备模块23在平面中呈对称排列，负极直流设备模块22及正极直流设备模块23除电气设备的正负极外布置完全相同，交流设备模块21在平面中位于负极直流设备模块22及正极直流设备模块23的旁侧，三个模块的平面几何中心构成等腰三角形，可以使得模块间的穿行电缆总长度最短，三个模块均为三层主甲板，除顶层甲板外所有模块的各个主甲板层高程一致。在模块各层甲板之间的外侧轴线处设置模块连接件3，对交流设备模块21、负极直流设备模块22及正极直流设备模块23关于平面中心对称地设置四个贯通各层的主柱4，并与下方对应设置的四柱腿导管架基础相连。
交流设备模块21包括事故油罐室101、封闭式电缆室102、消防水箱/柴油储油罐室103、场变及配电室108、换流变压器室110、330kVGIS室111、10kv配电室112、桥臂电抗器室113、阀厅114、直流场室115、通信机房116、继保室117、中控室118、柴油机房119及蓄电池室120；在交流设备模块21中设置夹层布置各类二次电气设备空间，如通信机房116、继保室117、中控室118、柴油机房119、蓄电池室120，其余主设备空间布置在主甲板层且按照接线顺序依次排列，场变及配电室108等无特殊接线要求次序的设备空间布置在平面的四角。
负极直流设备模块22及正极直流设备模块23均包括封闭式电缆室102、阀冷却室与海水泵房104、阀控制室105、消防/冷却室106、通风机房107、桥臂电抗器室113、阀厅114及直流场室115；在负极直流设备模块22及正极直流设备模块23中，设置夹层布置消防/冷却室106设备空间，且具有相同功能的设备空间应位于同一层或同一侧，其余主设备空间布置在主甲板层，且按照接线顺序依次排列。各模块中的封闭式电缆室102均设置于第一层，且与消防/冷却室106设备空间重合布置。各模块及其对应导管架基础的构件均按各工况下的强度、变形规范要求由结构有限元软件进行独立计算和设计。各模块均分别单独建造并安装，模块连接件3在各模块分别独立吊装完成后再分别进行海上焊接安装。
实施例2
如图1所示，本实施例的一层甲板高程为18.00m，交流、直流设备的电缆室102均布置在该层的各个模块中。由于电缆的布置相对灵活，因此电缆室102可与其他设备空间重合：对于交流设备模块21，电缆室102中布置事故油罐室101和消防水箱、柴油储油罐室103，分别位于102的上、下两侧；对于直流模块中的负极直流设备模块22和正极直流设备模块23，电缆室102中布置阀冷却室与海水泵房104和阀控制室105，分别位于102的左、右两侧，其余同实施例1。
实施例3
如图2所示，本实施例在直流模块中的负极直流设备模块22和正极直流设备模块23的一、二层甲板之间设置夹层，高程为21.50m，布置有消防泵房、冷却水池、消防水池室106和通风机房107。消防水池室106位于一层海水泵房104的正上方，通风机房107位于一层阀控制室105的正上方，该布置方案可以使得暖通、给排水线路的总长最短，其余同实施例1。
实施例4
如图3所示，本实施例的二层甲板高程为25.00m。对于交流设备模块21，在该层平面的四角布置场变及配电室108，中央区域从左(远离直流模块侧)至右(靠近直流模块侧)依次布置220kVGIS室109、换流变压器室110以及330kVGIS室111和10kv配电室112；对于中的负极直流设备模块22和正极直流设备模块23，在该层平面中央区域从左(靠近交流模块侧)至右(远离交流模块侧)依次布置桥臂电抗器室113、阀厅114和直流场室115。该布置方案可以使得模块内各设备房间之间穿行的电气线路总长度最短，其余同实施例1。
实施例5
如图4所示，对于交流设备模块21，本实施例在交流设备模块21的二层和顶层甲板之间设置夹层，高程为33.00m，布置用于通讯、保护和控制的各类二次电气设备和柴油机。其中，在二层平面四角的108上方分别布置通信机房116、中控室118和两个柴油机房119，在二层的220kVGIS室109上方布置继保室117，在10kv配电室112上方布置蓄电池室120，其余同实施例1。
实施例6
如图5所示，交流模块与直流模块的顶层甲板高程可根据设备实际高度设置得不同，对交流设备模块21本实施例高程为39.00m，对直流模块中的负极直流设备模块22和正极直流设备模块23本实施例高程为43.00m，其余同实施例1。
实施例7
如图1～5所示，在交流设备模块21、负极直流设备模块22、正极直流设备模块23各层甲板之间的外侧轴线处设置模块连接件3，所述3在交流设备模块21、负极直流设备模块22、正极直流设备模块23分别独立吊装完成后再分别进行海上焊接安装，其上方用于人员往来穿行，下方用于通过各类电气、暖通和给排水线路，其余同实施例1。
实施例8
如图1～5所示，对交流设备模块21、负极直流设备模块22、正极直流设备模块23，关于平面中心对称地设置四个贯通各层的主柱4，下方对应设计四柱腿导管架基础，所述的每个主柱4下方与导管架柱腿相连，交流设备模块21、负极直流设备模块22、正极直流设备模块23及其对应导管架基础的构件均按各工况下的强度、变形等相关规范要求由结构有限元软件进行独立计算和设计，其余同实施例1。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种模块式海上换流站结构，其特征在于：包括交流设备模块、负极直流设备模块、正极直流设备模块、主柱及柱腿导管架基础，负极直流设备模块及正极直流设备模块在平面中呈对称排列，负极直流设备模块及正极直流设备模块除电气设备的正负极外布置完全相同，交流设备模块在平面中位于负极直流设备模块及正极直流设备模块的旁侧，三个模块的平面几何中心构成等腰三角形，三个模块均为三层主甲板，除顶层甲板外所有模块的各个主甲板层高程一致；在模块各层甲板之间的外侧轴线处设置模块连接件，对交流设备模块、负极直流设备模块及正极直流设备模块关于平面中心对称地设置四个贯通各层的主柱，并与下方对应设置的四柱腿导管架基础相连。
2.根据权利要求1所述的模块式海上换流站结构，其特征在于：交流设备模块包括事故油罐室、封闭式电缆室、消防水箱/柴油储油罐室、场变及配电室、换流变压器室、330kVGIS室、10kv配电室、桥臂电抗器室、阀厅、直流场室、通信机房、继保室、中控室、柴油机房及蓄电池室；在交流设备模块中设置夹层布置包括通信机房、继保室、中控室、柴油机房、蓄电池室的二次电气设备空间，场变及配电室等无特殊接线要求次序的设备空间布置在平面的四角，其余主设备空间布置在主甲板层且按照接线顺序依次排列。
3.根据权利要求1所述的模块式海上换流站结构，其特征在于：负极直流设备模块及正极直流设备模块均包括封闭式电缆室、阀冷却室与海水泵房、阀控制室、消防/冷却室、通风机房、桥臂电抗器室、阀厅及直流场室；在负极直流设备模块及正极直流设备模块中，设置夹层布置消防/冷却室设备空间且具有相同功能的设备空间应位于同一层或同一侧，其余主设备空间布置在主甲板层且按照接线顺序依次排列。
4.根据权利要求2或3所述的模块式海上换流站结构，其特征在于：各模块中的封闭式电缆室均设置于第一层，且与消防/冷却室设备空间重合布置。
5.根据权利要求1所述的模块式海上换流站结构，其特征在于：各模块及其对应导管架基础的构件均按各工况下的强度、变形规范要求由结构有限元软件进行独立计算和设计。
6.根据权利要求1所述的模块式海上换流站结构，其特征在于：各模块均分别单独建造并安装，模块连接件在各模块分别独立吊装完成后再分别进行海上焊接安装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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