一种换流阀塔结构
技术领域
本发明属于支柱式阀塔领域,具体涉及一种换流阀塔结构。
背景技术
柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,其依托模块化多电平技术,将若干基本功能单元模块进行串联连接,实现高电压、大功率的交流电与直流电之间的变换和传输。
换流阀的基本功能单元又称为子模块,其采用具有可关断功能的电力电子器件作为其核心功能单元,例如IGBT。由于单个子模块中的电力电子器件承受的电压等级较低,一般需要将若干子模块串联后使用。各个柔性直流输电工程根据其额定电压和输送容量的不同,串联子模块数一般会在数百个不等。如果将每个子模块在工程现场逐个串联安装,其工作量将十分巨大。因此工程技术人员选择将数量较少的子模块,预先在工厂内串联组装成一个在电气和结构上都相对独立的单元,再将这个单元运输至工程现场安装,这个独立的单元称为阀模块。
阀模块内串联的子模块数量大于等于二,不同子模块之间存在电压差,因此阀模块内用于固定多个子模块的结构梁需使用绝缘梁,例如玻纤增强环氧树脂U型梁;绝缘梁的两端安装金属梁,其与绝缘梁一起,构成一个矩形框架结构,这种结构可提供足够的强度用于子模块的运输和安装,以及抵抗工程所在地可能发生的地震载荷。
换流站内用于安装换流阀的建筑物称为阀厅,考虑到占地经济因素,阀模块或者子模块不会直接平铺安装在阀厅地面上。工程技术人员在阀厅地面上设计了一种类似于仓库货架的分层结构,阀模块将被安装到这些分层结构的空格中,再通过其他辅助设施,将各个阀模块串联连接,这个分层安装结构称为换流阀塔。
阀塔内距离地面最近的阀模块称为第一层阀模块。第一层阀模块与地面之间采用绝缘子支撑,这部分绝缘子称为阀基支柱绝缘子。阀基支柱绝缘子的顶部法兰与阀模块框架四角的法兰底面相连,底部法兰与阀厅地面的预埋地脚螺栓相连。从第一层阀模块往上,每层阀模块之间也采用绝缘子支撑,这部分绝缘子称为层间支柱绝缘子。
现有技术中,相邻的两阀模块之间共用层间支柱绝缘子,这种结构导致被共用的层间支柱绝缘子的重力负载是“非共用”层间支柱绝缘子的两倍。出于工程安装简易性考虑,同一座阀塔的层间支柱绝缘子不会因为存在共用和非共用,就设计两种承载规格,而是按照最大承载规格设计。这就造成了“非共用”层间支柱绝缘子承载力的浪费,经济效益欠佳。同时,在阀塔受到地震载荷作用时,被共用的层间支柱绝缘子承受的弯曲负载将是“非共用”层间支柱绝缘子的两倍甚至更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换流阀塔结构,以解决现有技术中当阀塔受到地震载荷作用时,阀基支柱绝缘子所受的弯曲负载较大而导致的易损坏的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是提供一种换流阀塔结构,包括若干层堆叠设置的阀模块和用于支撑所述阀模块的支撑机构,所述支撑机构包括第一支撑组件和第二支撑组件,所述第二支撑组件包括位于每一所述阀模块底部的支撑框架,所述支撑框架的底部边角处均设置有层间支柱绝缘子,所述第一支撑组件包括位于第二支撑组件底部的阀基支柱绝缘子,所述阀基支柱绝缘子的数量少于每层所述层间支柱绝缘子的数量。
进一步地,所述支撑框架的顶部设置有支撑柱,所述支撑柱与所述层间支柱绝缘子相对应且固定于所述层间支柱绝缘子的上方,所述支撑柱的高度与所述阀模块的高度相同。
进一步地,相邻所述阀模块的支撑柱之间设有连接梁。
进一步地,所述第一支撑组件还包括位于所述阀基支柱绝缘子顶端的支撑平台,所述层间支柱绝缘子可位于所述支撑平台的顶端。
进一步地,所述支撑平台包括连接横梁和连接纵梁,所述连接横梁与所述连接纵梁交错连接组成所述支撑平台。
进一步地,所述阀基支柱绝缘子上设置有增加所述阀基支柱绝缘子稳固性的阀基支柱加固件。
进一步地,所述阀基支柱加固件包括若干底座和阀基拉杆绝缘子,所述底座位于所述阀基支柱绝缘子的底端,所述阀基拉杆绝缘子的一端与所述底座连接,所述阀基拉杆绝缘子的另一端与所述支撑平台连接;所述阀基拉杆绝缘子与所述阀基支柱绝缘子之间具有夹角。
进一步地,还包括位于相邻所述阀模块间的母排组件,所述母排组件上设有转向母线,所述转向母线位于所述母排组件的顶端且可改变所述母排组件出线方向。
进一步地,所述母排组件包括若干连接同层相邻列的所述阀模块的同层直母排以及若干连接同层同列的所述阀模块的模块连接母排,所述同层直母排和所述模块连接母排相连接环绕一周组成母排单元。
进一步地,所述母排组件还包括若干连接错层所述母排单元的跨层斜母排。
进一步地,还包括对所述阀模块降温的冷却管路组件,所述冷却管路组件位可穿过所述阀模块之间。
进一步地,所述冷却管路组件包括阀基管路和层间管路,所述阀基管路位于所述支撑平台的底端,所述层间管路可于若干层所述阀模块的一侧穿过,且所述层间管路的底端通过第一连接件与所述阀基管路相连接,所述第一连接件与所述支撑平台等电位,所述支撑框架的一侧设置有第二连接件,所述第二连接件与所述阀模块外侧的子模块等电位,相邻所述层间管路通过所述第二连接件相连接。
进一步地,还包括模块管路,其位于所述阀模块的一侧,所述模块管路的一端连接于第二连接件,所述模块管路的另一端设有封堵端头,所述封堵端头与临近的所述子模块等电位,所述模块管路为非金属材质。
进一步地,还包括位于所述阀模块外围的屏蔽罩,所述屏蔽罩可拆卸的连接于所述阀模块。
进一步地,所述换流阀塔上设置有用于对所述屏蔽罩安装定位的定位组件。
进一步地,所述定位组件包括位于所述阀模块外侧的定位销轴以及位于所述屏蔽罩上且与所述定位销轴相配合的定位套管。
本实发明的有益效果在于:
1、阀模块框架的底部四角均设置有层间支撑绝缘子,阀模块框架不再共用层间支柱绝缘子,每根层间支柱绝缘子的承载力基本相同,可以充分利用层间支柱绝缘子的承载力,提高了经济效益。同时,在阀塔受到地震载荷作用时,层间支柱绝缘子承受的弯曲负载力基本相同,对层间支柱绝缘子的安全性有保障;阀基支柱绝缘子的数量少于层间支柱绝缘子的数量,使得阀基支柱绝缘子不必与每层的层间支柱绝缘子上下对应,增加了阀基支柱绝缘子横向和纵向的间距,便于后续安装阀基拉杆绝缘子。同时,相邻阀基支柱绝缘子间隔跨度变大时,阀基拉杆绝缘子与阀基支柱绝缘子形成的夹角也会变大,这种较大的间隔跨度和较大的夹角,对阀塔基础稳定和抗震能力非常有利。
2、支撑柱的高度与阀模块的高度相同,在保证阀模块层间高度不变的前提下,通过设置支撑柱而减小了层间支柱绝缘子的高度,使层间支柱绝缘子的伞裙在高度方向上与子模块无重叠,节约材料,提高了材料的利用率。
3、通过设置连接梁,将相邻阀模块的支撑柱固定在一起,增强了支撑柱的稳固性,利于换流阀塔的稳固。
4、通过设置支撑平台,可使其与阀基支柱绝缘子、阀基拉杆绝缘子构成一个稳固的框架结构,有利于换流阀塔的稳固。
5、支撑平台包括连接横梁和连接纵梁,通过连接横梁与连接纵梁的连接,可以根据阀模块串联数量对连接横梁与连接纵梁进行扩展连接,便于调整支撑平台的尺寸,更加利于支撑平台的支撑。
6、通过设置阀基支柱加固件,加强阀基支柱绝缘子的支撑稳固性,进而加强阀塔整体的稳固性。
7、阀基拉杆绝缘子的一端与底座连接,阀基拉杆绝缘子的另一端与支撑平台连接,避免了阀基支柱绝缘子的上下法兰与阀基拉杆绝缘子连接,此种安装方式不会损伤阀基支柱绝缘子的上下法兰。
8、母排组件的进线端与出线端位于阀塔的同一端,使多个阀塔串联连接时接线不便。通过设置转向母线,可以把阀塔最顶层母排的接线转向至阀塔的另一端,便于多个阀塔的串联连接。
9、同层直母排、跨层斜母排和模块连接母排均设置成折弯,使其变成立体母排,从而能消解因安装误差或者地震载荷产生的应力。
10、大功率电力电子器件在运行期间,会产生大量热损耗,这些热量若不及时散发出去,会对器件产生严重损伤,因此在换流阀内设置冷却管路组件对换流阀塔进行降温。装置由子模块内的散热器、子模块管路、阀模块管路、阀塔管路组成。
11、由于冷却管路组件的冷却介质和换流阀塔主电路的器件之间有电接触,进而会产生电位差,并导致介质中出现泄露电流。这部分泄露电流会对冷却管路组件中的金属部分产生电位腐蚀。通过冷却管路组件各处的等电位处理,使整个冷却管路组件电位清晰,阀塔绝缘更可靠,避免了冷却管路组件中冷却介质的泄露电流对冷却管路组件中的金属部分产生电位腐蚀。
12、通过封堵端头与临近的子模块等电位设置,使整个冷却管路组件电位清晰,阀塔绝缘更可靠,避免了冷却管路组件中冷却介质的泄露电流对冷却管路组件中的金属部分产生电位腐蚀。
13、因为屏蔽罩在阀模块的外围,一定程度会遮挡住其中的阀模块,给阀模块的检修和更换造成了不便。通过屏蔽罩可拆卸的设置,便于对阀模块进行检修和更换。
14、通过设置定位组件,便于对屏蔽罩快速进行定位安装,在一定程度上节省了安装屏蔽罩的时间,提高了工作效率。
15、通过定位销轴和定位套管的配合,对屏蔽罩进行定位安装,定位销轴和定位套管结构简单且定位精度较高,在定位安装中应用较广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的换流阀塔结构的立体结构示意图;
图2为本发明实施例提供的换流阀塔结构的内部结构示意图;
图3为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的第一支撑组件的整体结构示意图;
图4为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的第二支撑组件的整体结构示意图;
图5为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的第二连接件的位置示意图;
图6为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的连接梁的位置示意图;
图7为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的母排组件的整体结构示意图;
图8为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的定位组件的整体结构示意图;
图9为本发明实施例提供的换流阀结构所采用的冷却管路组件组件的整体结构示意图。
附图标记说明:
1、阀模块;2、支撑机构;21、第一支撑组件;211、阀基支柱绝缘子;212、支撑平台;2121、连接纵梁;2122、连接横梁;213、阀基支柱加固件;2131、底座;2132、阀基拉杆绝缘子;2133、第一调节件;22、第二支撑组件;221、支撑框架;2211、支撑柱;222、层间支柱绝缘子;223、连接梁;224、层间支柱加固件;2241、层间拉杆绝缘子;2242、第二调节件;3、母排组件;31、转向母线;32、母排单元;321、同层直母排;322、模块连接母排;33、跨层斜母排;4、冷却管路组件;41、阀基管路;411、第一连接件;42、层间管路;421、第二连接件;43、模块管路;431、封堵端头;5、屏蔽罩;6、定位组件;61、定位销轴;62、定位套管;63、固定螺栓。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参照图1和图2,作为本发明提供的一种换流阀塔结构,包括多层堆叠设置的阀模块1和用于支撑阀模块1的支撑机构2,支撑机构2包括第一支撑组件21和第二支撑组件22,第一支撑组件21位于第二支撑组件22的下方。
参照图2和图3,具体地,第一支撑组件21包括阀基支柱绝缘子211和支撑平台212,阀基支柱绝缘子211位于地面上,支撑平台212位于阀基支柱绝缘子211的顶端,阀模块1位于支撑平台212的顶端。支撑平台212包括连接横梁2122和连接纵梁2121,连接横梁2122与连接纵梁2121呈“井”字型的横纵连接组成支撑平台212,本实施例中的连接方式为螺栓连接。通过连接横梁2122与连接纵梁2121的连接,可以根据阀模块1串联数量对连接横梁2122与连接纵梁2121进行扩展连接,便于调整支撑平台212的尺寸,更加利于支撑平台212的支撑。
其中,连接横梁2122与连接纵梁2121的连接方式可以替换为焊接插接等方式。横梁与纵梁也可不进行“井”字型的连接,连接横梁2122与连接纵梁2121连接后可以满足支撑即可。支撑平台212还可以为一整块的板,然后进行冲压成型,形成满足功能需求的支撑平台212。
参照图3,具体地,阀基支柱绝缘子211上设置有增加阀基支柱绝缘子211稳固性的阀基支柱加固件213,阀基支柱加固件213包括底座2131和阀基拉杆绝缘子2132,每根阀基支柱绝缘子211的底部均设有底座2131,底座2131为弹性材质,具有减震作用,可以加强阀基支柱绝缘子211的支撑稳固性。阀基拉杆绝缘子2132的一端与底座2131固定连接,阀基支柱绝缘子211的另一端与支撑平台212上的连接横梁2122或连接纵梁2121连接,且阀基拉杆绝缘子2132与阀基支柱绝缘子211之间具有夹角。上述安装方式,避免了阀基支柱绝缘子211的上下法兰与阀基拉杆绝缘子2132连接,此种安装方式不会损伤阀基支柱绝缘子211的上下法兰。阀基拉杆绝缘子2132靠近底座2131的一端设置有第一调节件2133,本实施例中第一调节件2133为调节螺栓扣,第一调节件2133可以调节阀基拉杆绝缘子2132的拉力值,使得阀基拉杆绝缘子2132处于拉紧状态,加强了阀基支柱绝缘子211的支撑稳固性。
其中,底座2131可以替换成橡胶垫,橡胶垫粘贴在阀基支柱绝缘子211的底端,此时阀基拉杆绝缘子2132的一端需固定连接在阀基柱绝缘子上靠近底端的位置。第一调节件2133还可以定位销和定位孔的卡接,底座2131上设置有定位销,阀基拉杆绝缘子2132上设置有多个定位孔,定位销插接进不同的定位孔,可以调节阀基拉杆绝缘子2132的拉力值。
参照图4,第二支撑组件22包括支撑框架221和层间支柱绝缘子222,支撑框架221位于阀模块1的底端,且每一个阀模块1的底端均设置有支撑框架221。支撑框架221整体上呈方形,每一支撑框架221的底部四个边角均设置有层间支柱绝缘子222。支撑框架221的顶部边角设置有支撑柱2211,支撑柱2211与层间支柱绝缘子222相对应且固定于层间支柱绝缘子222的上方,支撑柱2211的高度与阀模块1的高度相同。支撑柱2211的高度与阀模块1的高度相同,在保证阀模块1层间高度不变的前提下,通过设置支撑柱2211而减小了层间支柱绝缘子222的高度,使层间支柱绝缘子222的伞裙在高度方向上与子模块无重叠,节约材料,提高了材料的利用率。相邻的阀模块1的支撑柱2211之间设有连接梁223,通过设置连接梁223,将相邻阀模块1的支撑柱2211固定在一起,增强了支撑柱2211的稳固性,利于换流阀塔的稳固。
其中,支撑框架221的底部边角均设置有层间支柱绝缘子222是为了稳固性考虑,支撑框架221的底部也可设置一个层间支柱绝缘子222,但此时需要把层间支柱绝缘子222设置在支撑框架221的重心所在的直线位置上,才能满足支撑的条件。此时支撑柱2211的数量也要做相应的调整,使其与层间支柱绝缘子222相对应。
参照图2至图4,具体地,层间支柱绝缘子222位于阀基柱绝缘子的上方,且阀基支柱绝缘子211的数量少于每层层间支柱绝缘子222的数量。阀基支柱绝缘子211的数量少于层间支柱绝缘子222的数量,使得阀基支柱绝缘子211不必与每层的层间支柱绝缘子222上下对应,增加了阀基支柱绝缘子211横向和纵向的间距,便于后续安装阀基拉杆绝缘子2132。同时,相邻阀基支柱绝缘子211间隔跨度变大时,阀基拉杆绝缘子2132与阀基支柱绝缘子211形成的夹角也会变大,这种较大的间隔跨度和较大的夹角,对阀塔基础稳定和抗震能力非常有利。
参照图4和图5,具体地,位于阀模块1长度方向上的同一侧的两个层间支柱绝缘子222之间设置层间支柱加固件224,层间支柱加固件224包括层间拉杆绝缘子2241和第二调节件2242,层间拉杆绝缘子2241与层间支柱绝缘子222之间具有夹角。通过设置层间拉杆绝缘子2241,加强了层间支柱绝缘子222的连接强度,进而使得换流阀塔的结构更加稳固。层间拉杆绝缘子2241靠近层间支柱绝缘子222底部的一端设置有第二调节件2242,本实施例中,第二调节件2242为调节螺栓扣,第二调节件2242可以调节阀基拉杆绝缘子2132的拉力值,使得阀基拉杆绝缘子2132处于拉紧状态,加强了层间支柱绝缘子222的支撑稳固性。
参照图2和图7,进一步地,在本发明实施例中,换流阀塔为“双列式”换流阀塔,即同一列首尾相接串联多联阀模块1,构成两列、多联或多层的阀塔结构。其中,每一个阀模块1称为一“联”,一列内串联的联数可以从二联至十联,甚至更多。双列式阀塔比较常用的阀模块1串联的联数是二联和三联,本实施例中采用的是三联。两列相邻的阀模块1之间设置有母排组件3,母排组件3包括同层直母排321和模块连接母排322,同层直母排321连接同层相邻列的阀模块1,模块连接母排322连接同层同列的阀模块1,同一层的同层直母排321和模块连接母排322相连接环绕一周形成一侧带有缺口的母排单元32。母排组件3还包括跨层斜母排33,跨层斜母排33通过母排单元32的缺口处连接相邻层的母排单元32。经过多层的母排单元32和跨层斜母排33的连接可形成一个沿着顺时针或者逆时针方向的螺旋电流通路。母排组件3的顶端设置有转向母线31,转向母线31可改变母排组件3的出线方向。因为阀塔内的阀模块1成两列背靠背布置,这样阀塔的进线和出线经螺旋环绕后,会位于阀塔的同一端,这就使多个阀塔串联连接时接线不便。通过设置转向母线31,可以把阀塔最顶层母排的接线转向至阀塔的另一端,便于多个阀塔的串联连接。
参照图7,具体地,同层直母排321、所述跨层斜母排33和模块连接母排322均设置成弯折,使其变成立体母排,从而能消解因安装误差或者地震载荷产生的应力。其中,可以设置成“几字型”弯折或者“三角形”弯折等,对其具体的弯折形状不进行限定。
参照图2和9,进一步地,作为本发明提供的一种换流阀塔结构,还包括对阀模块1降温的冷却管路组件4,冷却管路组件4位于相邻两列阀模块1之间。冷却管路组件4包括阀基管路41、层间管路42和模块管路43,阀基管路41位于支撑平台212的底端,层间管路42从相邻两列阀模块1之间穿过,模块管路43位于阀模块1的一侧。
参照2、图3和图9,具体地,阀基管路41从地面起始,至支撑平台212终止。阀基管路41通过设置的第一连接件411与第一层层间管路42相连接,本实施例中,第一连接件411为金属法兰,法兰连接紧固性较好,常用于管路连接。第一连接件411与支撑平台212等电位。支撑框架221的一侧设置有第二连接件421,本实施例中的第二连接件421为三通管件,第二连接件421的上下出口分别与上下层间管路42连接,第二连接件421与每层阀模块1最外侧子模块等电位。第二连接件421的第三出口连接有模块管路43,模块管路43的末端设置有封堵端头431。且封堵端头431与临近的子模块等电位。模块管路43为非金属材质,便于绝缘。由于冷却管路组件4的冷却介质和换流阀塔主电路的器件之间有电接触,进而会产生电位差,并导致介质中出现泄露电流。这部分泄露电流会对冷却管路组件4中的金属部分产生电位腐蚀。通过冷却管路组件4各处的等电位处理,使整个冷却管路组件4电位清晰,阀塔绝缘更可靠,避免了冷却管路组件4中冷却介质的泄露电流对冷却管路组件4中的金属部分产生电位腐蚀。
参照图1和图8,进一步地,作为本发明提供的一种换流阀塔结构,还包括位于阀模块1外围的屏蔽罩5,屏蔽罩5可拆卸的连接于阀模块1。因为屏蔽罩5在阀模块1的外围,一定程度会遮挡住其中的阀模块1,给阀模块1的检修和更换造成了不便。通过屏蔽罩5可拆卸的设置,便于对阀模块1进行检修和更换。
参照图8,具体地,换流阀塔上设置有用于屏蔽罩5安装定位的定位组件6。通过设置定位组件6,便于对屏蔽罩5快速进行定位安装,在一定程度上节省了安装屏蔽罩5的时间,提高了工作效率。
参照图8,定位组件6定位销轴61和定位套管62,定位销轴61安装在换流阀塔上,定位套管62安装在屏蔽罩5上,定位套管62与定位销轴61相配合。通过定位销轴61和定位套管62的配合,对屏蔽罩5进行定位安装,定位销轴61和定位套管62结构简单且定位精度较高,在定位安装中应用较广泛。在安装屏蔽罩5时,先在阀模块1的外侧上安装两个或两个以上的定位销轴61,然后在屏蔽罩5上的对应位置安装对应数量的定位套管62,接着将屏蔽罩5上的定位管套与换流阀塔上的定位销轴61对应插入,最后再用一个固定螺栓63将屏蔽罩5上的螺母紧固,即完成了屏蔽罩5的安装。本实施例中,固定螺栓63采用不脱出螺栓,即固定螺栓63从固定螺母拧出后不脱离屏蔽罩5。
其中,定位销轴61和定位套管62的位置可以进行互换,即定位套管62安装在阀模块1上,定位销轴61安装在屏蔽罩5上。固定螺栓63也可采用普通的螺栓。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。