CN110663293A - 悬挂装置和高压系统 - Google Patents

Abstract

用于从负载承载支撑结构(16)悬挂高压阀单元(12)的悬挂装置(14)，该悬挂装置(14)包括：支撑构件(20)；至少一个悬挂绝缘子(24)，用于从支撑构件(20)悬挂阀单元(12)；以及耦合装置(22)，被配置为将支撑构件(20)连接到支撑结构(16)，以及被配置为允许支撑构件(20)相对于支撑结构(16)围绕至少一个基本水平的轴线旋转。悬挂装置(14)可以进一步包括至少一个阻尼装置(36)，该至少一个阻尼装置被布置为抑制支撑构件(20)与支撑结构(16)之间的围绕该至少一个基本水平的轴线的相对旋转。还提供了一种包括阀单元(12)和悬挂装置(14)的高压系统(10)。

Description

悬挂装置和高压系统

技术领域

本公开通常涉及用于一种用于悬挂高压阀单元的悬挂装置。特别地，一种用于悬挂高压阀单元的悬挂装置，其中悬挂装置包括允许支撑构件倾斜的耦合装置，以及一种包括阀单元和悬挂装置的高压系统。

背景技术

在其中布置有高压阀单元的阀厅中，阀单元可以被布置为挂式阀单元(hangingvalve units)或立式阀单元(standing valve units)。挂式阀单元通常被安装为从阀厅的天花板悬挂。立式阀单元通常借助多个竖直对齐的支柱绝缘子而被支撑在阀厅的地面上，并且经常使用交叉支撑(cross bracings)以通过减小支柱绝缘子上的转矩负载来增强支撑。

CN 104270016 A公开了一种晶闸管换流阀的阀塔。该阀塔主体借助于悬挂绝缘子串而从阀厅顶部处的钢梁的下边缘被悬挂。

发明内容

高压阀单元被悬挂的负载承载支撑结构可以承受不同类型的外部负载。支撑结构可以在运输、安装期间以及当承受环境负载时移动。环境负载可以包括风、浪和地震事件。对于离岸设备，周围水域的海浪可能会刺激支撑结构的移动。

不期望被悬挂的阀单元的过多移动，因为这些移动可能减小阀单元与周围环境(例如，负载承载支撑结构)之间的有效电气间隙并且造成阀单元的损坏。例如，当支撑结构移动时，该移动将被传递到阀单元。特别地，如果刺激频率接近于被悬挂的阀单元的钟摆频率，那么该移动将被放大。

本公开的一个目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置增加被悬挂的高压阀单元的使用寿命。

本公开的另一目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置提供了力的减小，特别是作用于被悬挂的高压阀单元上的剪力和应力的减小。

本公开的又一目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置有助于高压系统的紧凑设计，该高压系统包括由悬挂装置悬挂的高压阀单元。

本公开的又一目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置具有简单、便宜和/或可靠的设计。

本公开的又一目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置能够实现简单和/或有效的安装和/或维护。

本公开的又一目的是提供一种悬挂装置，该悬挂装置包括解决一个或多个前述目的的悬挂装置和高压阀单元。

根据一个方面，提供一种用于从负载承载支撑结构悬挂高压阀单元的悬挂装置。悬挂装置包括：支撑构件；至少一个悬挂绝缘子，用于从支撑构件悬挂高压阀单元；以及耦合装置，被配置为将支撑构件连接到支撑结构，以及被配置为允许支撑构件相对于支撑结构围绕至少一个基本水平的轴线旋转。支撑构件围绕水平轴线的旋转可以备选地被称为倾斜移动。

代替将至少一个悬挂绝缘子直接固定到支撑结构，支撑构件构成在至少一个悬挂绝缘子与支撑结构之间的中间构件。因为耦合装置被配置为允许支撑构件和支撑结构围绕至少一个基本水平的轴线的相对旋转，例如由环境负载引起的支撑结构的水平或旋转移动没有被传递到阀单元的旋转移动。因此，可以减小阀单元上的内部剪力和内部应力。

耦合装置可以直接或间接(例如，经由一个或多个中间构件)连接到支撑构件。类似地，耦合装置可以直接或间接(例如，经由一个或多个中间构件)连接到或可连接到支撑结构。

根据本公开的高压阀单元例如可以由高压直流(HVDC)半导体阀结构构成。高压阀单元的进一步的示例是电容器和断路器应用。在本公开中的高压可以是至少100kV的电压。因此根据本公开的高压系统可以具有至少100kV的系统电压。

根据本公开的每个悬挂绝缘子可以由支柱绝缘子构成。支柱绝缘子可以备选地称为绝缘棒、绝缘条、绝缘柱或绝缘支柱。悬挂绝缘子具有细长的外观并且可以是基本上笔直的。至少一个悬挂绝缘子的功能是使阀单元与电接地(即，与支撑构件、耦合装置和支撑结构)电绝缘。

悬挂装置悬挂阀单元的支撑结构可以是多种类型的，例如平台结构或阀厅的天花板。在任何情况下，在没有环境负载作用于支撑结构时，支撑结构可以是固定的。

在悬挂装置安装在阀厅中的情况下，支撑结构可以或不可以由阀厅天花板构成。支撑结构例如可以备选地由阀承载脚手架(load carrying scaffold)的一部分构成。支撑结构可以具有总体平面的外观。此外，支撑结构可以是水平的或基本水平的。根据本公开的悬挂装置可以备选地被称为挂式结构(hanging structure)。

耦合装置可以包括万向节(universal joint)。虽然万向节最经常与万向接头(cardan joints)相关联，但是根据本公开的万向节可以是包括至少两个角度自由度的任何类型的节。因此，本文中使用的万向节可以备选地被称为枢转构件，该枢转构件包括至少两个角度自由度。

作为万向接头之外的另一示例，万向节可以由多轴球形接头构成。这样的球形接头可以被布置为防止支撑构件与支撑结构之间围绕竖直轴线的相对旋转。

当耦合装置包括万向节时，由悬挂装置从支撑结构悬挂的阀单元将与支撑结构围绕水平轴线的任何角运动相解耦。这允许了阀单元的自由钟摆运动。因此，可以进一步减小阀单元上的内部剪力和内部应力。

万向节可以定义两个旋转轴线，以允许支撑构件相对于支撑结构围绕至少一个基本水平的轴线并围绕另一基本水平的轴线旋转。万向节可以由万向接头构成。万向接头可以包括两个彼此垂直的铰链。

耦合装置可以进一步包括用于将耦合装置连接到支撑结构的两个耳部，以及连接到支撑构件或与支撑构件一体形成的两个耳部。用于将耦合装置连接到支撑结构的两个耳部可以可连接到支撑结构、连接到支撑结构或与支撑结构一体形成。例如，支撑结构可以包括两个支撑结构梁，并且耦合装置的耳部中的两个耳部可以被连接到相应的结构梁。耦合装置还可以包括每个耳部中的轴承，枢轴可以容纳在该耳部中。这样的枢轴例如可以在万向交叉上形成。

耦合装置可以进一步包括一个或两个轭，该一个或两个轭包括耳部中的两个耳部。例如，两个耳部可以经由第一轭而被连接到支撑结构，并且两个耳部可以经由第二轭而被连接到支撑构件。

支撑构件可以包括框架，或可以由框架构成。备选地或附加地，支撑构件可以是基本上水平取向的。根据一种变型，支撑构件由金属框架构成。贯穿本公开，支撑构件可以被称为中间支撑构件，因为其在支撑结构与悬挂绝缘子之间竖直地定位。

悬挂装置可以进一步包括至少一个阻尼装置，该至少一个阻尼装置被布置为抑制支撑构件与支撑结构之间的围绕至少一个基本水平的轴线的相对旋转，即相对倾斜移动。以这种方式，可以抑制例如由海浪引起的作用于支撑结构上的阀单元的钟摆运动。如果支撑结构以接近于阀单元的本征频率(例如0.2Hz)的频率移动，那么支撑结构的移动将被极大地放大到阀单元。支撑结构10mm的移动例如可以被放大到阀单元几百毫米的移动。一个或多个阻尼装置可以抑制阀单元移动的三分之二或更多。

在支撑构件是基本上水平取向的情况下，每个阻尼装置可以被布置为吸收支撑结构与支撑构件之间的相对竖直位移。根据一种变型，悬挂装置包括四个阻尼装置。

至少一个阻尼装置中的每一个阻尼装置可以被布置在支撑构件与支撑结构之间。与直接连接到阀单元的阻尼装置相反，根据本公开的至少一个阻尼装置因此可以设置在电接地水平处。将阻尼装置直接连接到高压阀单元在一些应用中可能还不能实现，或者将需要增加的绝缘距离。对于空间昂贵的离岸设备来说，非常不希望增加绝缘距离。

至少一个阻尼装置可以被配置为抑制支撑构件与支撑结构之间的围绕至少一个基本水平的轴线的相对旋转，该相对旋转具有0.1Hz到0.3Hz、诸如0.15Hz到0.25Hz、诸如近似0.2Hz的频率。然而，至少一个阻尼装置可以被调整为优化悬挂装置的结构响应。具有2到3米浪高的海浪通常具有0.2Hz的频率，其可能接近于与阀单元的钟摆频率的谐振。这样的海浪可能作用于支撑结构好几天。利用阻尼装置的最优特性，与没有附加阻尼的传统悬挂装置(其中悬挂绝缘子被固定连接到支撑结构)相比，阀单元的运动可以减少两到三倍。

至少一个阻尼装置可以包括粘性阻尼器，或可以由粘性阻尼器构成。粘性阻尼器可以是线性粘性阻尼器。线性粘性阻尼器包括一个或多个构件，该一个或多个构件向一个或多个腔室线性移动、并且远离一个或多个腔室线性移动。备选地，每个阻尼装置可以包括摩擦阻尼器，或可以由摩擦阻尼器构成。在任何情况下，每个阻尼装置可以是基本上竖直取向的。

悬挂装置可以进一步包括至少一个绝缘子接头，该至少一个绝缘子接头与至少一个悬挂绝缘子中的每一个悬挂绝缘子相关联。该悬挂装置可以包括用于允许悬挂绝缘子与支撑构件之间的相对旋转的上部绝缘子接头，和/或用于允许悬挂绝缘子与阀单元之间的相对旋转的下部绝缘子接头。因此，阀单元可以经由一个或多个悬挂绝缘子、并且经由与每个悬挂绝缘子相关联的一个或两个绝缘子接头而从支撑构件悬挂。绝缘子接头例如可以由铰链或球形接头构成。在悬挂绝缘子的不与绝缘子接头相关联的端部，悬挂绝缘子可以被固定地附接到支撑构件和/或阀单元。

悬挂装置可以包括至少三个悬挂绝缘子。根据一种变型，悬挂装置包括四个悬挂绝缘子。多个悬挂绝缘子可以是基本上竖直取向的。

根据另一方面，提供一种高压系统，该高压系统包括高压阀单元、以及根据本公开的用于从负载承载支撑结构悬挂阀单元的悬挂装置。高压系统可以包括多个悬挂装置以及与每个悬挂装置相关联的高压阀单元。该系统可以构成HVDC输电设备，或构成HVDC输电设备的一部分。此外，该系统可以包括支撑结构，例如阀厅或阀厅的天花板。

高压系统可以是离岸高压系统或基于陆地的高压系统。对于离岸实现，高压系统可以安装在站立在海床上的平台上。

如本文所用的，基本上垂直/平行的关系包括完全垂直/平行的关系、以及与完全垂直/平行的关系至多5％的偏离，诸如至多2％的偏离。此外，本文所用的基本上水平的轴线包括完全水平的轴线、以及与完全水平的轴线的至多5％的偏离，诸如至多2％的偏离。此外，本文所用的竖直方向是指与重力的方向对准的方向，并且水平方向是指与竖直方向垂直的方向。

附图说明

通过结合附图和如下实施例，本公开进一步的细节、优点和方面将变得明显，在附图中：

图1：示意性地示出了包括阀单元和悬挂装置的高压系统的一个示例的透视图；以及

图2：示意性地示出了图1中高压系统的局部放大透视图。

具体实施方式

在下文中，将描述一种用于悬挂高压阀单元的悬挂装置以及一种高压系统，其中该悬挂装置包括耦合装置、从而允许支撑构件倾斜，该高压系统包括阀单元和悬挂装置。相同的附图标记将用于标识相同或相似的结构特征。

图1示意性地示出了高压系统10的一个示例的透视图，该高压系统10包括阀单元12和悬挂装置14。阀单元12由悬挂装置14从负载承载支撑结构16悬挂。该示例的支撑结构16由阀厅中天花板的两个结构梁18构成。支撑结构16、悬挂装置14和阀单元12位于图1的中性位置。图1还表示了竖直轴线Z、第一水平轴线X和第二水平轴线Y，第二水平轴线Y垂直于第一水平轴线X。

悬挂装置14包括支撑构件20和耦合装置22。耦合装置22将支撑构件20连接到支撑结构16。悬挂装置14进一步包括多个悬挂绝缘子24(图1中为四个)，该多个悬挂绝缘子24被布置为从支撑构件20悬挂阀单元12。图1中的悬挂装置14是挂式结构，使得阀单元12的整个重力负载通过悬挂绝缘子24而被传递到支撑构件20。

阀单元12可以是HVDC半导体阀单元。该示例的阀单元12包括若干阀层，每个阀层包括八个阀模块26。电屏蔽结构包括多个电屏蔽件、诸如电晕屏蔽件，它们可以被布置在阀单元12的阀层周围，以便降低电场来最小化局部放电和/或闪络的风险。

该示例的阀单元12进一步包括顶板28、底板30和四对内部吊架元件32。图1中的悬挂装置14还包括与每个悬挂绝缘子相关联的两个绝缘子接头34。在该示例中，每个悬挂绝缘子24经由绝缘子接头34而被附接到阀单元12的顶板28，并且每个悬挂绝缘子24经由绝缘子接头34而被附接到支撑构件20。每个绝缘子接头34可以包括至少一个铰链。

阀单元12的典型高度是7000mm。悬挂绝缘子24的典型长度是3000mm。悬挂绝缘子24由电气绝缘材料制成，例如陶瓷、聚合物或环氧树脂。悬挂绝缘子24为阀单元12建立到接地(即，到支撑构件20)的绝缘距离。每个悬挂绝缘子24可以具有约30mm的内径。

该示例的高压阀单元12具有基本为矩形的横截面，并且一个悬挂绝缘子24与阀单元12的每个角落相关联。然而，阀单元12可能具有备选的形状。阀单元12可以承受数百千伏的电压。

图1中的悬挂装置14还包括多个阻尼装置36(图1中只描绘了一个阻尼装置)，该多个阻尼装置36结合图2进行更详细的描述。

图2示意性地示出了图1中高压系统10的局部放大透视图。同样在图2中，高压系统10位于中性位置。

如图2中可以看出，该示例的支撑构件20由框架构成，该框架由四个支撑梁38组成。支撑梁38可以例如由金属制成。支撑构件20具有总体平坦的外观，并且在中性位置基本水平地取向。与支撑结构16相比，当支撑结构16倾斜时，支撑构件20将同样保持基本水平的取向。当支撑结构16倾斜或当支撑结构16水平移动时，支撑构件20与阀单元12一起例如可以仅倾斜±1°

图2进一步示出了耦合装置22包括万向节40，这里实现为包括万向交叉的万向接头。万向接头定义了两个旋转轴线42、44。耦合装置22进一步包括容纳轴承(例如，滚柱轴承或滚针轴承)的四个耳部46。两个耳部46附接导支撑结构16的相应结构梁18，并且两个耳部46附接到支撑构件20的相应支撑梁38。

万向节40的两个枢轴48被容纳在连接到支撑结构16的结构梁18的耳部46的相应轴承中，并且万向节40的两个枢轴48被容纳在连接到支撑构件20的支撑梁38的耳部46的相应轴承中。由此，万向节40被布置为相对于支撑结构16围绕平行于X轴线的旋转轴线42进行旋转，并且支撑构件20被布置为相对于万向节40围绕平行于Y轴线的旋转轴线44进行旋转。作为结果，支撑构件20可以围绕与支撑结构16相关的任何水平轴线倾斜。因此，该示例的耦合装置22允许与支撑结构16相关的支撑构件20围绕至少一个基本水平的轴线旋转。

阻尼装置36由粘性阻尼器构成，并且基本上竖直地布置。如图2所示，每个阻尼装置36被布置在支撑构件20与支撑结构16之间，更具体地是在支撑构件20的支撑梁38与支撑结构16的结构梁18之间。

阻尼装置36可以是商用的阻尼装置。每个阻尼装置36可以具有固定的阻尼常数、例如由制造者设定，或者是用于现场调节的可调节阻尼常数。阻尼常数可以是几百kN/m。阻尼装置36在竖直方向Z上的工作区域可以距所示的中性位置约为±5mm。阻尼装置可以被配置为抑制支撑构件20与支撑结构16之间的相对倾斜移动，该支撑结构16的频率接近于被悬挂的阀单元12的约为0.2Hz的本征频率，例如，由2到3米高度的海浪引起的支撑结构16的水平移动。

每个阻尼装置36提供针对支撑构件20与支撑结构16之间相关移动的阻尼力。例如，如果支撑结构16围绕旋转轴线44顺时针方向倾斜，那么左边两个阻尼装置36膨胀并且右边两个阻尼装置36(图2中仅示出一个)压缩。作为另一示例，如果支撑结构16向右移动然后停止，那么左边两个阻尼装置36膨胀并且右边两个阻尼装置36压缩，并且支撑构件20仅轻微地围绕旋转轴线44旋转。阻尼装置36由此被布置为抑制支撑构件20与支撑结构16之间的围绕至少一个基本水平的轴线(该示例中为旋转轴线44)的相对旋转。

尽管本公开已经参考典型的实施例来描述，但是要理解，本发明不限于上文所描述的实施例。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要而变化。因此，本发明仅受本文所附权利要求范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于从负载承载支撑结构(16)悬挂高压阀单元(12)的悬挂装置(14)，所述悬挂装置(14)包括：

-支撑构件(20)；

-至少一个悬挂绝缘子(24)，用于从所述支撑构件(20)悬挂所述阀单元(12)；以及

-耦合装置(22)，被配置为将所述支撑构件(20)连接到所述支撑结构(16)，并且被配置为允许所述支撑构件(20)相对于所述支撑结构(16)围绕至少一个基本水平的轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的悬挂装置(14)，其中所述耦合装置(22)包括万向节(40)。

3.根据权利要求2所述的悬挂装置(14)，其中所述万向节(40)定义了两个旋转轴线(42、44)，以允许所述支撑构件(20)相对于所述支撑结构(16)围绕所述至少一个基本水平的轴线并且围绕另一基本水平的轴线旋转。

4.根据权利要求2或3所述的悬挂装置(14)，其中所述万向节(40)由万向接头构成。

5.根据权利要求4所述的悬挂装置(14)，其中所述耦合装置(22)进一步包括：用于将所述耦合装置(22)连接到所述支撑结构(16)的两个耳部(46)，以及连接到所述支撑构件(20)或与所述支撑构件(20)一体形成的两个耳部(46)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，其中所述支撑构件(20)包括框架或由框架构成。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，其中所述支撑构件(20)是基本水平取向的。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，进一步包括至少一个阻尼装置(36)，所述至少一个阻尼装置(36)被布置为：抑制所述支撑构件(20)与所述支撑结构(16)之间的围绕所述至少一个基本水平的轴线的相对旋转。

9.根据权利要求8所述的悬挂装置(14)，其中所述至少一个阻尼装置(36)中的每个阻尼装置被布置在所述支撑构件(20)与所述支撑结构(16)之间。

10.根据权利要求8或9所述的悬挂装置(14)，其中所述至少一个阻尼装置(36)被配置为：抑制所述支撑构件(20)与所述支撑结构(16)之间的围绕所述至少一个基本水平的轴线的相对旋转，所述相对旋转具有的频率为0.1Hz到0.3Hz、诸如0.15Hz到0.25Hz、诸如约为0.2Hz。

11.根据权利要求8到10中的任一项所述的悬挂装置(14)，其中所述至少一个阻尼装置(36)包括粘性阻尼器或由粘性阻尼器构成。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，进一步包括至少一个绝缘子接头(34)，所述至少一个绝缘子接头(34)与所述至少一个悬挂绝缘子(24)中的每个悬挂绝缘子相关联。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，其中所述悬挂装置(14)包括至少三个悬挂绝缘子(24)。

14.一种高压系统(10)，包括高压阀单元(12)以及根据前述权利要求中的任一项所述的悬挂装置(14)，所述悬挂装置(14)用于从负载承载支撑结构(16)悬挂所述阀单元(12)。

15.根据权利要求14所述的高压系统(10)，其中所述高压系统(10)是离岸高压系统(10)或基于陆地的高压系统(10)。

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