CN111478598A - 一种大容量海上柔性直流换流站布置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量海上柔性直流换流站布置系统，包括：交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室；所述交流接入GIS室、阀侧GIS室和阀厅及直流室布置在平台下端；所述联接变压器室和桥臂电抗器室布置在平台上端；其中，所述桥臂电抗器室布置在所述阀厅及直流室的上方；所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室布置在所述阀厅及直流室的侧面，所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室上下层布置；所述交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室依次连通；本布置系统适用于国产设备，可以保证各设备之间的电气连接结构不受影响，并能最大程度的节省平台的布置空间。

Description

一种大容量海上柔性直流换流站布置系统

技术领域

本发明涉及柔性直流换流站布置结构领域，尤其涉及一种大容量海上柔性直流换流站布置系统。

背景技术

术语解释：柔性直流，专指基于电压源换流器的新型直流输电技术。海上换流站，专指以海上平台型式建设的直流换流站，实现电能的交直流转换；目前包括两种类型，一种用于输配电领域，主要用在海上石油平台上，从陆地电网接收电能送出到海上平台；另一种用于发电领域，主要用于海上风电送出，从海上风场接收电能送出到陆地电网。

目前，国内海上风电送出都是采用的常规交流方案，通过海上升压变电站实现电能送出，但仍未具备采用柔性直流送出的案例。海上石油平台供电有采用柔性直流供电的案例，但其电压等级低(约10kV)、容量小(约10MW级)。对于柔性直流输电技术，国内在陆地应用的柔性直流输电技术已有完备的方案，并有相关的工程案例。相比于陆地的柔性直流换流站，海上柔性直流换流站的运行环境复杂，空间及重量受限，外界辅助设施缺乏，与陆地柔性直流换流站存在很大的差异。随着技术瓶颈不断突破，柔性直流输电技术向大容量、高电压、远距离输电方向不断发展，同时也逐渐由陆上向海上发展，其容易实现潮流反转和构建多端系统的优点，在输配电领域应用更为广阔，对于大容量多风场的海上风电送出也将是最佳的应用方案。

现有技术一，公开号为CN204190630U，为适用于海上石油平台的海上柔性直流换流站。海上石油平台一般采用海上自发电方式，通过自建电站及35kV交流海底电缆给周围平台供电，或通过35kV交流海底电缆在自建电站之间实现电力组网。随着区域油田开发规模越来越大，海上油田平台面临自建电站庞大、燃料气源不足以及节能减排等问题，因此提出了一种海上柔性直流换流站实现陆地大电网给海上石油平台供电的方案。现有技术一的技术方案，其包括一个由多个功能房间组成的联合钢结构建筑，上端部分分割成三个电气房间，中间为直流场，直流场两侧的两个电气房间为阀厅。下端部分分割成五个电气房间，中间为水冷设备间，直流场通过电缆竖井连接海底电缆，水冷设备间两侧的每一电气房间分别纵向分成前后端两部分，每一前端部分电气房间为控制保护室，每一后端部分电气房间为蓄电池间，最外侧的两个电气房间为交流室，位于联合钢结构建筑的外侧且紧挨交流室放置有联接变压器，每一联接变压器通过油气套管分别与交流室内的交流电气设备连接；直流场、阀厅、两控制保护室、两蓄电池间与两交流室均通过穿墙套管方式进行连接。

现有技术一主要存在的问题是：

1)该技术方案只适用于电压等级低(约10kV)、容量小(约10MW级)的海上换流站，对于高电压(例如320kV)、大容量(例如1000MW)的海上换流站则不适用，因为电气设备外形和设备之间的距离随着电压和容量的变大而变大，进而造成不同的房间会有不同程度的扩大，同时诸如空调机房、冷水机房等辅助设备房间也会增多，因此整个钢结构建筑的所有房间需要重新组合和布置。

2)海上平台一般都会把重的设备尽量布置在中央，这样有利于结构设计，现有技术一由于电压等级低、容量小，联接变压器和阀厅重量较轻，所以布置在平台侧面，但是对于高电压(例如320kV)、大容量(例如1000MW)的海上换流站，联接变压器和阀厅可能会达到上千吨，因此必须要布置在平台中央，否则整个平台的重量会严重偏心，这也是为什么现有技术一不适用于大容量海上柔性直流换流站的重要原因。

3)该技术方案适用的安装方式为吊装安装，吊装安装仅适用于重量较轻的小型平台，不适用于高电压和大容量的海上换流站，因为其总重一般都会超过1万吨，无法再采用吊装安装的方式，一般都采用运输船浮托安装的方式，此时换流站的布置方案还会受运输船通行空间的影响。

现有技术二，国外用于海上风电送出的大容量柔性直流换流站大多为西门子和ABB提供，以西门子的800MW容量海上换流站为例进行说明：现有技术二中的海上柔性直流换流站主要包括交流场、联接变压器区、桥臂电抗器区、换流阀区和直流场四大部分的设备布局。换流站二层包含了联接变压器、其中一极的换流阀、桥臂电抗器、直流场等设备；换流站一层包含了交流场、其中一极的换流阀、桥臂电抗器、直流场、阀冷却设备等。

现有技术二主要存在的问题是：

1)该方案每个房间都很小，仅适用于国外的小型化设备，不适用于国产设备，国产设备受制造工艺限制，外形较大，因此需要寻求一种能够适用国产设备的新的布置方案。

2)该方案对各个房间进行排列组合时，没有考虑设备之间连接顺序，只是为了整体方正和紧凑，造成平台上、下端接线复杂，很多管线需要穿越多个房间。

因此，目前市面上亟需一种大容量海上柔性直流换流站的布置策略，适用于国产设备，可以保证各设备之间的电气连接结构不受影响，并能最大程度的节省平台的布置空间。

发明内容

本发明提供了一种大容量海上柔性直流换流站布置系统，适用于国产设备，可以保证各设备之间的电气连接结构不受影响，并能最大程度的节省平台的布置空间。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种大容量海上柔性直流换流站布置系统，包括：交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室；

所述交流接入GIS室、阀侧GIS室和阀厅及直流室布置在平台下端；所述联接变压器室和桥臂电抗器室布置在平台上端；

其中，所述桥臂电抗器室布置在所述阀厅及直流室的上方；所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室布置在所述阀厅及直流室的侧面，所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室上下层布置；

所述交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室依次连通。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：应急柴油发电机室，所述应急柴油发电机室布置在平台上端。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：交流滤波器室，所述交流滤波器室布置在平台上端。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：电缆间和电缆竖井；所述电缆间布置在所述联接变压器室与所述阀厅及直流室之间；所述电缆竖井布置在所述交流接入GIS室与所述阀厅及直流室之间。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：直升机停机坪，所述直升机停机坪布置在平台的顶部。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：空调机房。

作为优选方案，所述空调机房布置在平台上端。

作为优选方案，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：冷却设备。

作为优选方案，所述冷却设备布置在平台下端。

作为优选方案，所述交流接入GIS室布置在所述阀侧GIS室的正下方。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

1、本发明技术方案将重量较重的联接变压器室布置在平台上端便于吊装；将体积尺寸最大的阀厅及直流室布置在平台下方，利于平台结构重心的下沉；将桥臂电抗器室布置在阀厅及直流室的上方以优化各设备之间的电气连接；并将交流接入GIS室和阀侧GIS室布置在阀厅及直流室的侧面上下层布置，以充分利用阀厅及直流室的高度方向的空间；可见，本布置系统适用于国产设备，可以保证各设备之间的电气连接结构不受影响，并能最大程度的节省平台的布置空间。

2、平台上端还布置有应急柴油发电机，以用于事故状态下的应急电源接入。

3、平台上端还布置有交流滤波器室，以用于预防交流系统谐振风险。

4、在联接变压器室与阀厅及直流室之间布置电缆间，并且在交流接入GIS室与阀厅及直流室之间布置电缆竖井，为平台各设备之间设置了专门的电缆通道，减少了对房间的影响，另一方面节省了穿墙套管。

附图说明

图1：为本发明实施例的大容量海上柔性直流换流站布置系统的结构正视图；

图2：为本发明实施例的大容量海上柔性直流换流站布置系统的结构上端布置图；

图3：为本发明实施例的大容量海上柔性直流换流站布置系统的结构下端布置图；

图4：为本发明实施例的大容量海上柔性直流换流站布置系统的工艺流程图；

其中，说明书附图的附图标记如下：

1、交流接入GIS室；2、联接变压器室；3、阀侧GIS室；4、桥臂电抗器室；5、阀厅及直流室；6、电缆间；7、电缆竖井；8、空调机房；9、冷却设备；10、交流滤波器室；11、直升机停机坪；12、应急柴油发电机室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

请参照图1至图3，本发明优选实施例提供了一种大容量海上柔性直流换流站布置系统，包括：交流接入GIS室1、联接变压器室2、阀侧GIS室3、桥臂电抗器室4和阀厅及直流室5；

所述交流接入GIS室1、阀侧GIS室3和阀厅及直流室5布置在平台下端；所述联接变压器室2和桥臂电抗器室4布置在平台上端；其中，所述桥臂电抗器室4布置在所述阀厅及直流室5的上方；所述交流接入GIS室1和所述阀侧GIS室3布置在所述阀厅及直流室5的侧面，所述交流接入GIS室1和所述阀侧GIS室3上下层布置；所述交流接入GIS室1、联接变压器室2、阀侧GIS室3、桥臂电抗器室4和阀厅及直流室5依次连通。在本实施例中，所述交流接入GIS室1布置在所述阀侧GIS室3的正下方。需要说明的是，交流接入GIS室1和阀侧GIS室3的上下层关系可以根据需求进行变换。

需要说明的是，空调机房8可以由多个空调机房通过不同的编号进行区分；而冷却设备间9也可以由多个冷却设备间通过不同的编号进行区分。

具体地，首先，对于联接变压器室2，由于重量较重(约600～700t)，平台自带吊机很难满足要求，考虑采用外部起重船起吊，为了方便起重船的吊装，联接变压器布置在平台上端。其次，对于阀厅及直流室5，由于房间最大，而单个换流阀检修单元重量小于1t，因此考虑布置在平台下端，这样既保证了尺寸最大的房间在下端，利于平台结构重心的下沉，也不影响运维，另外也可以普适大吨位运输船的通行空间要求。

为使平台上、下端尺寸匹配，同时满足各设备之间电气连接的顺畅，桥臂电抗器室4布置在阀厅及直流室5上方，交流接入GIS室1和阀侧GIS室3在阀厅及直流室5侧面上下层布置以充分利用阀厅高度方向的空间。

为了尽量使得平台外观方正，在平台上、下端空余位置布置辅助房间，具体如下：

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：应急柴油发电机室12，所述应急柴油发电机室12布置在平台上端，用于事故状态下的应急电源接入。

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：交流滤波器室10，所述交流滤波器室10布置在平台上端，用于预防交流系统谐振风险。

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：电缆间6和电缆竖井7；所述电缆间6布置在所述联接变压器室2与所述阀厅及直流室5之间；所述电缆竖井7布置在所述交流接入GIS室1与所述阀厅及直流室5之间，这样一方面为各设备之间的电气连接规划好了专门的电缆通道，减少了对房间的影响，另一方面节省了穿墙套管。

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：直升机停机坪11，所述直升机停机坪11布置在平台的顶部，以增加本平台的实用性。

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：空调机房8。在本实施例中，所述空调机房8布置在平台上端，以增加本平台的实用性。

在另一实施例中，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：冷却设备9。在本实施例中，所述冷却设备9布置在平台下端，以增加本平台的实用性。

本发明技术方案的优点在于：

1)首次提出了一种适用于大容量海上柔性直流换流站的布置方案，填补了国内这一空白，将重量较重的联接变压器室2布置在平台上端便于吊装；将体积尺寸最大的阀厅及直流室5布置在平台下方，利于平台结构重心的下沉；将桥臂电抗器室4布置在阀厅及直流室5的上方以优化各设备之间的电气连接；并将交流接入GIS室1和阀侧GIS室3布置在阀厅及直流室5的侧面上下层布置，以充分利用阀厅及直流室5的高度方向的空间；可见，本布置系统适用于国产设备，可以保证各设备之间的电气连接结构不受影响，并能最大程度的节省平台的布置空间。

2)可充分适用于国产化设备，有利于降低投资，打破国外设备对海上柔性直流换流站市场的垄断。

3)通过统筹考虑功能房间和辅助房间的布置需求，对布置方案进行了优化，同时规划了专门的电缆通道，这样既保证了各设备之间电气连接的顺畅，又最大程度减少平台尺寸，节省穿墙套管和用钢量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，包括：交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室；

所述交流接入GIS室、阀侧GIS室和阀厅及直流室布置在平台下端；所述联接变压器室和桥臂电抗器室布置在平台上端；

其中，所述桥臂电抗器室布置在所述阀厅及直流室的上方；所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室布置在所述阀厅及直流室的侧面，所述交流接入GIS室和所述阀侧GIS室上下层布置；

所述交流接入GIS室、联接变压器室、阀侧GIS室、桥臂电抗器室和阀厅及直流室依次连通。

2.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：应急柴油发电机室，所述应急柴油发电机室布置在平台上端。

3.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：交流滤波器室，所述交流滤波器室布置在平台上端。

4.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：电缆间和电缆竖井；所述电缆间布置在所述联接变压器室与所述阀厅及直流室之间；所述电缆竖井布置在所述交流接入GIS室与所述阀厅及直流室之间。

5.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：直升机停机坪，所述直升机停机坪布置在平台的顶部。

6.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：空调机房。

7.如权利要求6所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述空调机房布置在平台上端。

8.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述大容量海上柔性直流换流站布置系统还包括：冷却设备。

9.如权利要求8所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述冷却设备布置在平台下端。

10.如权利要求1所述的大容量海上柔性直流换流站布置系统，其特征在于，所述交流接入GIS室布置在所述阀侧GIS室的正下方。

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