CN112421938B - 均压耗能换流阀塔及均压耗能装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种均压耗能换流阀塔及均压耗能装置，涉及电力电子技术领域。一种均压耗能换流阀塔包括阀塔本体和支撑所述阀塔本体的多个阀基绝缘子；所述阀塔本体包括多个阀塔层和支撑相邻阀塔层的多个层间绝缘子；所述多个阀塔层包括多个均压耗能模组单元阀段和多个二极管阀串阀段。根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔在不增加占地的情况下，电气连接简单，便于检修维护。

Description

均压耗能换流阀塔及均压耗能装置

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种均压耗能换流阀塔及具有该均压耗能换流阀塔的均压耗能装置。

背景技术

目前柔性直流输电技术已在风电、太阳能等新能源并网、孤岛输电、城市环网、不同步的电力系统互联、无功补偿等领域得到越来越多的应用。利用柔性直流技术并网的新能源等领域均需面对直流极线有功富余而导致的直流过压问题，因此需要在系统中采用直流斩波技术将富余的有功通过耗能电阻转变为热量耗散掉。

发明内容

本申请旨在提供一种均压耗能换流阀塔，在不增加占地的情况下，电气连接简单，便于检修维护。

本公开的其该用户特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本申请的第一方面，提供一种均压耗能换流阀塔，所述均压耗能换流阀塔包括阀塔本体和支撑所述阀塔本体的多个阀基绝缘子；所述阀塔本体包括多个阀塔层和支撑相邻阀塔层的多个层间绝缘子；所述多个阀塔层包括多个均压耗能模组单元阀段和多个二极管阀串阀段。

根据一些实施例，所述均压耗能换流阀塔具有两排并列式结构。

根据一些实施例，所述多个阀塔层包括至少一个第一阀塔层和至少一个第二阀塔层；所述多个均压耗能模组单元阀段集中设置于所述至少一个第一阀塔层；所述多个二极管阀串阀段集中设置于所述至少一个第二阀塔层。

根据一些实施例，所述多个阀塔层包括至少一个第三阀塔层，所述第三阀塔层包括至少两个均压耗能模组单元阀段和至少一个二极管阀串阀段。

根据一些实施例，所述二极管阀串阀段包括：阀段框架；阀段横梁，设置于所述阀段框架；至少一个二极管阀串，设置于所述阀段横梁；

根据一些实施例，均压耗能换流阀塔还包括至少一个过压保护器，所述至少一个过压保护器设置于所述多个二极管阀串阀段的至少部分二极管阀串阀段中，且与所述至少一个二极管阀串并联连接。

根据一些实施例，所述二极管阀串阀段还包括：冷却管，用于冷却所述至少一个二极管阀串。

根据一些实施例，所述二极管阀串包括：二极管支撑件；二极管压紧机构，设置于所述二极管支撑件；多个二极管，通过所述二极管压紧机构固定。

根据一些实施例，所述均压耗能模组单元阀段包括：阀段框架；阀段横梁，设置于所述阀段框架；多个均压耗能模组单元，设置于所述阀段横梁；冷却管，支撑于所述阀块框架；光缆槽，支撑于所述阀块框架。

根据一些实施例，所述多个均压耗能模组单元阀段和多个二极管阀串阀段串联连接。

根据本申请的第二方面，提供一种均压耗能装置，包括前述任一均压耗能换流阀塔。

根据本申请的第三方面，提供一种均压耗能换流阀塔，其为均压耗能装置的全部或一部分，所述均压耗能装置连接于直流输电线路的正负极之间。阀塔包括至少一个均压耗能模组单元阀段、至少一个二极管阀串阀段、阀基绝缘子、层间绝缘子。均压耗能模组单元阀段或二极管阀串阀段构成阀塔层，所述阀塔层之间通过层间绝缘子连接构成阀塔本体，所述阀塔本体通过阀基绝缘子进行支撑。阀塔其中一层集中可布置二极管阀串阀段，其余各层可布置均压耗能模组单元阀段。

根据一些实施例，二极管阀串阀段相互之间为串联连接，其与均压耗能模组单元阀段连接关系也为串联；同一层的均压耗能模组单元阀段之间为串联连接，均压耗能模组单元阀段各层之间也为串联连接。

根据一些实施例，阀塔为两列并排式结构，阀塔层数不小于2，每一层阀段数不小于2。

根据一些实施例，二极管阀串阀段包括至少一个二极管阀串、阀段框架、阀段横梁。可选地，阀段包括避雷器，避雷器与二极管阀串的连接关系为并联。二极管、避雷器可自然冷却也可水冷。二极管阀串可包含至少一个二极管、二极管压紧机构、二极管支撑件。

根据一些实施例，均压耗能模组单元阀段可包括均压耗能模组单元、阀段框架、阀段横梁、水管、光缆槽。均压耗能模组单元可包括电容、耗能电阻、至少一个IGBT、至少一个晶闸管。

根据一些实施例，换流阀塔外侧周围区域安装有屏蔽均压罩、屏蔽均压环。

根据本申请的一些实施例，将二极管集中布置在均压耗能阀塔其中一层，能够不增加均压耗能换流阀塔本身占地。另外，这样的设置方案在不增加占地的情况下，电气连接简单，可控性强，同时便于检修维护。

根据本申请的一些实施例，或者将二极管阀串阀段和均压耗能模组单元阀段一起布置在阀塔层中，在不增加占地的情况下，电气连接简单，同时便于检修维护。另外，可灵活地满足单向导通二极管单元的电压需求

根据本申请的一些实施例，将直流耗能系统中的二极管、过压保护器等集中布置在均压耗能阀塔的其中一层，解决了二极管、避雷器单独成塔带来的占地大、系统复杂、检修维护不便的问题。同时，可兼顾机械强度、过电压与绝缘配合、关键器件的合理布局和散热性能、元器件之间电气接线的易操作性和高可靠性等方面。

根据一些实施例，将二极管单独成串、成段，集中布置到阀塔的一层或多层中，耗能电阻、储能电容分散布置在各个均压耗能模组单元中。这样得到的结构整体性强，满足电力设备的耐受高压、耐受大电流、耐受强电磁干扰等要求。另外，具备散热性能好、电气接线易操作、可维护性高等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1A示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的正视图。

图1B示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的右视图。

图1C示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的俯视图。

图2示出根据本申请另一实施例的阀塔层的一种布置结构示意图。

图3示出根据本申请实施例的均压耗能模组单元阀段的布置示意图。

图4示出根据本申请实施例的均压耗能模组单元的电路示意图。

图5示出根据本申请实施例的二极管阀串阀段的布置示意图。

图6示出根据本申请另一实施例的二极管阀串阀段的布置示意图。

图7示出根据本申请实施例的二极管阀串的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本申请技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。其只是包含了本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本申请的各种变化获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在利用柔性直流技术并网的新能源等领域，一般需要在系统中采用直流斩波技术将富余的有功通过耗能电阻转变为热量耗散掉。为防止直流线路在接地故障时均压耗能模组单元的电容向故障点馈入短路电流，需要设置与均压耗能模组单元串联的单向导通二极管单元。为此，通常需要单独设置二极管阀塔。此外，另一种方式是将二极管设置在模组单元中。

对于单独设置的二极管阀塔，发明人在实践中发现，这会导致系统复杂、占地面积大；同时，同时由于需要连接的器件位于不同的阀塔中，因此系统连接和控制也较为复杂。另一方面，如果将二极管设置在模组单元中，因为绝缘、连接等因素的影响，会造成模组单元体积庞大，进而造成换流阀塔体积庞大。

为此，发明人提出一种新的均压耗能换流阀塔结构，将二极管集中布置在均压耗能阀塔其中一层，或者将二极管阀串阀段和均压耗能模组单元阀段一起布置在阀塔层中，从而能够不增加均压耗能换流阀塔本身占地。另外，这样的设置方案在不增加占地的情况下，电气连接简单，可控性强，同时便于检修维护。

以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。

图1A示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的正视图；图1B示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的右视图；图1C示出根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的俯视图。

如图1A-1C所示，根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔包括阀塔本体110和支撑阀塔本体110的多个阀基绝缘子130。

阀塔本体110包括多个阀塔层112a和112b和支撑相邻阀塔层的多个层间绝缘子114。

多个阀塔层112a和112b包括多个均压耗能模组单元阀段10和多个二极管阀串阀段20。

参见图1A-1C，可选地，均压耗能换流阀塔具有两排并列式结构，从而易于连接和布置及维护，但本申请不限于此。

虽然图1A-1C示出均压耗能换流阀塔具有至少一个集中设置均压耗能模组单元阀段10的第一阀塔层112a和一个集中设置二极管阀串阀段20的第二阀塔层112b，但本申请的技术方案不限于此。根据一些实施例，多个阀塔层中可包括多个第二阀塔层112b。例如，两个或更多个第二阀塔层112b可与多个第一阀塔层112a穿插设置，从而灵活满足不同的单向导通二极管单元的连接需求。此外，具有电气连接简单，可控性强等优点，同时便于检修维护。

根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔不限于图1所示的均压耗能模组单元阀段和二极管阀串阀段分别集中设置于不同阀塔层。根据一些实施例，均压耗能模组单元阀段10和二极管阀串阀段20也可设置在相同的阀塔层。

根据示例实施例，多个均压耗能模组单元阀段10和多个二极管阀串阀段20可串联连接，可为防止直流线路在接地故障时均压耗能模组单元的电容向故障点馈入短路电流。

根据一些实施例，均压耗能换流阀塔还可包括至少一个过压保护器，至少一个过压保护器设置于多个二极管阀串阀段的至少部分二极管阀串阀段中，且与至少一个二极管阀串并联连接。

根据示例实施例，均压耗能换流阀塔外侧周围区域安装有屏蔽均压罩50、屏蔽均压环60，以达到屏蔽目的。

图2示出根据本申请另一实施例的均压耗能换流阀塔的阀塔层的一种布置结构示意图。根据该实施例，多个阀塔层包括至少一个第三阀塔层112c。

如图2所示，根据该实施例的第三阀塔层112c包括至少两个均压耗能模组单元阀段10和至少一个二极管阀串阀段20。

根据图2所示的实施例，通过将至少两个均压耗能模组单元阀段10和至少一个二极管阀串阀段20设置在同一个阀层中，能够灵活地满足单向导通二极管单元的电压需求。

图3示出根据本申请实施例的均压耗能模组单元阀段的布置示意图。

如图3所示，根据示例实施例的均压耗能模组单元阀段10包括均压耗能模组单元301、阀段框架302、阀段横梁303、冷却管304及光缆槽305。

参见图3，阀段横梁303设置于阀段框架302，多个均压耗能模组单元301设置于阀段横梁303。冷却管304和光缆槽305支撑于阀块框架302。

根据一些实施例，如图4所示，均压耗能模组单元301包括直流电容4、耗能支路、第一旁路支路，直流电容、耗能支路、第一旁路支路并联连接。耗能支路由第一功率半导体器件5与耗能电阻6串联连接构成，耗能电阻6可并联一个二极管7。第一旁路支路包括第一旁路开关10。

可选地，均压耗能模组单元301还可包括第二旁路支路，与第一旁路支路并联。第二旁路支路由第二旁路开关8与第一放电电阻9串联连接构成。

可选地，均压耗能模组单元301还可包括与第一旁路支路并联的均压电阻11。

均压耗能模组单元301也可采用其他电路结构，不限于此处给出的示例方式，其他具体实现不再赘述。

图5示出根据本申请实施例的二极管阀串阀段的布置示意图。

如图5所示，根据示例实施例的二极管阀串阀段20包括至少一个二极管阀串501、阀段框架502及阀段横梁503。

如图5所示，阀段横梁503设置于阀段框架502。至少一个二极管阀串501设置于阀段横梁。

根据示例实施例，二极管阀串501可包括多个二极管7011，二极管压紧机构7012，二极管支撑件7013，如图7所示。

可选地，二极管阀串阀段20还可包括冷却管(未示出)，用于冷却至少一个二极管阀串501。

图6示出根据本申请另一实施例的二极管阀串阀段的布置示意图。

图6所示二极管阀串阀段与图5所示出的基本相同，区别在于，在图6所示实施例中，一些二极管阀串阀段20还可包括至少一个过压保护器604。根据示例实施例，至少一个过压保护器604与至少一个二极管阀串并联连接，从而可保护二极管在过电压下不被击穿。

根据示例实施例，通过将过压保护器604与二极管阀串相邻设置在同一阀段中，可以简化连接关系，易于安装和维护。

根据一些实施例，过压保护器604可以是避雷器，但本申请不限于此。本领域技术人员也可以采用其他合适的过压保护器。

下面描述根据本申请实施例的均压耗能换流阀塔的装配过程。

根据实施例，首先，装设阀基绝缘子。

然后，在地面装设均压耗能模组单元阀段，包括多个均压耗能模组单元、阀段框架、阀段横梁、冷却管以及光缆槽。

接着，完成二极管阀串的安装，其包括多个二极管、二极管压紧机构、二极管支撑件。

然后，在地面装设二极管阀串阀段。可选地，一些二极管阀串阀段中可安装过压保护器，例如避雷器。

下一步，将均压耗能模组单元阀段、二极管阀串阀段架设于阀基绝缘子之上。包括均压耗能模组单元阀段和/或二极管阀串阀段的各阀塔层之间通过层间绝缘子连接。

接着，完成各阀塔层的阀段与阀段间以及层与层之间的电气连接。

最后，装设屏蔽均压罩和屏蔽均压环。

根据本申请的一些实施例，还提供一种均压耗能装置，可包括根据本申请实施例描述的一个或多个均压耗能换流阀塔。所述均压耗能装置连接于直流输电线路的正负极之间。易于理解，阀塔可为均压耗能装置的全部或一部分。

需要说明的是，以上参照附图所描述的每个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (11)

1.一种均压耗能换流阀塔，其特征在于，

所述均压耗能换流阀塔包括阀塔本体和支撑所述阀塔本体的多个阀基绝缘子；

所述阀塔本体包括多个阀塔层和支撑相邻阀塔层的多个层间绝缘子；

所述多个阀塔层包括多个均压耗能模组单元阀段和多个二极管阀串阀段；

其中，所述多个二极管阀串阀段集中布置于所述阀塔本体的一层或多层中。

2.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，所述均压耗能换流阀塔具有两排并列式结构。

3.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，

所述多个阀塔层包括至少一个第一阀塔层和至少一个第二阀塔层；

所述多个均压耗能模组单元阀段集中设置于所述至少一个第一阀塔层；

所述多个二极管阀串阀段集中设置于所述至少一个第二阀塔层。

4.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，

所述多个阀塔层包括至少一个第三阀塔层，所述第三阀塔层包括至少两个均压耗能模组单元阀段和至少一个二极管阀串阀段。

5.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，所述二极管阀串阀段包括：

阀段框架；

阀段横梁，设置于所述阀段框架；

至少一个二极管阀串，设置于所述阀段横梁。

6.如权利要求5所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，还包括至少一个过压保护器，所述至少一个过压保护器设置于所述多个二极管阀串阀段的至少部分二极管阀串阀段中，且与所述至少一个二极管阀串并联连接。

7.如权利要求5所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，所述二极管阀串阀段还包括：冷却管，用于冷却所述至少一个二极管阀串。

8.如权利要求5所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，所述二极管阀串包括：

二极管支撑件；

二极管压紧机构，设置于所述二极管支撑件；

多个二极管，通过所述二极管压紧机构固定。

9.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，所述均压耗能模组单元阀段包括：

阀段框架；

阀段横梁，设置于所述阀段框架；

多个均压耗能模组单元，设置于所述阀段横梁；

冷却管，支撑于所述阀段框架；

光缆槽，支撑于所述阀段框架。

10.如权利要求1所述的均压耗能换流阀塔，其特征在于，

所述多个均压耗能模组单元阀段和多个二极管阀串阀段串联连接。

11.一种均压耗能装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的均压耗能换流阀塔。

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