CN112736751A - 一种海上风电联网直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风电联网直流断路器，具体包括：第一、第二密封筒体；IGBT阀串，安装在第一密封筒体中；开关组件，安装在第二密封筒体中；第一密封筒体和第二密封筒体之间密封连接有过渡连接管，IGBT阀串与开关组件之间连接有导电排，导电排通过过渡连接管实现在两密封筒体之间的导电互联；第二密封筒体的端部安装有进出线套管；第一、第二密封筒体内用于充装绝缘气体。这样的直流断路器自成气体绝缘金属密封模块，体积较小、容易保证气密封的可靠性，而且相对空气绝缘设备，能够降低海上平台的搭建面积，降低了系统成本。

Description

一种海上风电联网直流断路器

技术领域

本发明涉及紧急开关技术领域，尤其涉及一种海上风电联网直流断路器。

背景技术

随着新型能源技术的不断发展，海上风电技术也得到了进一步的研究和应用。海上风电技术发展方向之一是采用直流输电将远海中的发电平台产生的电能传输至陆地，而直流断路器作为柔性直流系统中实现直流故障隔离最为理想的一种方式，其成为海上风电技术直流输电系统中最优的选择。但是与传统的地面高压直流输电相比，海上风电直流汇入电网系统的主接线结构、运行方式更加复杂多样，而且高温、高湿、高盐雾、高震动的运行环境对断路器的结构设计提出了较高的要求。

目前现有技术中也有针对海上风电的直流输电系统提出相关设计方案，其多是将传统直流断路器以及其他电器设备都集中安装在集装箱内，集装箱内部正常的空气绝缘。但是这种方式集装箱占用空间较大，增大了整个海上平台的面积，提高了海上平台的搭建成本；体积较大的集装箱密封位置较多，在海上环境密封要求很难保证，给整个设备的可靠性造成很大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电联网直流断路器，在用于海上风电平台的直流输电系统中时，结构紧凑、可靠性高。

本发明的海上风电联网直流断路器包括：

并列布置的第一、第二密封筒体；

IGBT阀串，安装在第一密封筒体中；

开关组件，安装在第二密封筒体中；

第一密封筒体和第二密封筒体之间密封连接有过渡连接管，IGBT阀串与开关组件之间连接有导电排，导电排通过过渡连接管实现在两密封筒体之间的导电互联；

第二密封筒体的端部安装有进出线套管；

第一、第二密封筒体内用于充装绝缘气体。

本发明的海上风电联网直流断路器通过两个密封筒体将IGBT阀串以及开关组件密封在内，通过过渡连接管分别与两密封筒体的连接，实现IGBT阀串与开关组件的电连接，这样直流断路器自成气体绝缘金属密封模块，体积较小、容易保证气密封的可靠性，而且能够降低海上平台的搭建面积，减小需要充注的绝缘气体的体量，降低了系统成本。

进一步的，IGBT阀串和/或开关组件通过抽屉式活动结构绝缘安装在对应的密封筒体内，且抽屉式活动结构的抽拉方向沿对应的密封筒体的轴线延伸。这样在安装时可将IBGT、开关组件等电气部件从密封筒体的一端装入，在检修时只需打开密封筒体一端的密封端盖即方便的从一端拉出，整个拆装过程较为便捷。

进一步的，所述抽屉式活动结构包括绝缘支撑车架以及固定轨道，所述绝缘支撑车架用于固定支撑对应的电气部件，固定轨道固定安装在对应的密封筒体内，绝缘支撑车架能够沿固定轨道往复运动。这种抽屉式活动结构能够将绝缘支撑车架从密封筒体内取出，便于向其上安装电气部件，固定轨道安装在密封筒体上，也能够在一定程度上降低密封筒体的制造难度，降低制造成本。

进一步的，所述开关组件包括快速机械开关、避雷器以及耦合负压装置，三部分电气部件分别通过独立的绝缘支撑车架安装在固定轨道上。这样的设计，在需要对三部分电气部件中的哪部分进行维修时，抽拉对应的绝缘支撑车架即可，并不需要移动所有的电气部件，安装检修较为方便。

更优化的一种方案，所述抽屉式活动结构上配置有阻尼器，用于削弱绝其与电气部件之间的振动传递。

更进一步的，密封筒体内固定设置有锁定结构，用于在绝缘支撑车架推入对应密封筒体内处时，将其相对密封筒体锁定。这样能够保证绝缘支撑车架在密封筒体内位置的稳定性，避免海上平台的晃动和振动导致绝缘支撑车架在密封筒体内发生位移，保证了设备运行的可靠性。

更进一步的，所述锁定结构布置在对应密封筒体的端部或靠近端部位置，这样便于实施锁定或解锁操作，提高设备安装的别捷性。

具体的，所述锁定结构包括固定在密封筒体或固定轨道上的止位块，止位块上旋装有锁止螺栓，绝缘支撑车架上设有与锁止螺栓对应配合的锁止孔。这种锁定结构简单易操作，锁定可靠。

此外，所述过渡连接管有两个，且分别连接在密封筒体的靠近两端位置处。这样便于进行导电排的布设工作。

而且，第一密封筒体的外壁上固定安装有控制器，第一密封筒体的外壁上固定安装有密封插座，控制器内的电元器件通过密封插座与第一密封筒体内的电气部件连接。这样便于在外侧进行调试和控制操作。

附图说明

图1为本发明的海上风电联网直流断路器（端部未安装封盖）的立体示意图；

图2为显示图1所示的海上风电联网直流断路器的第一、第二密封筒体内部安装部件的结构示意图；

图3为第二密封筒体的结构示意图；

图4为显示绝缘支撑车架与固定轨道配合形式的放大图；

图中：1-密封筒体；10-固定轨道；11-止位块；12-锁止螺栓；13-滚轮；19-固定支腿；2-绝缘支撑车架；3-IGBT阀串；30-隔离变；4-导电排；5-过渡连接筒；70-快速隔离开关；71-避雷器；72-耦合负压装置；8-支撑绝缘子；9-控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的海上风电联网直流断路器的具体实施例一：

如图1-4所示，海上风电联网直流断路器主要包括第一、第二两个铝合金制成的密封筒体1，两个密封筒体1并列布置而轴向平行，密封筒体1的外表面涂有防护漆，密封筒体的两端分别密封安装有封盖。两个密封筒体的下侧外壁上分别连接有固定支腿，用于固定放置或固定连接在海上风电平台上。第一密封筒体内用于安装放置IGBT阀串3，第二密封筒体内用于安装放置开关组件，且两个密封筒体1之间通过径向延伸的过渡连接管5密封连通，IGBT阀串3与开关组件之间连接的导电排4从过渡连接管5中穿过。这样第一第二密封筒体通过过渡连接管的连通，形成互通内腔，在装配完成之后，可直接向互通内腔中注入一定压力的绝缘气体（例如六氟化硫）即可。其中本实施例中，过渡连接管5有两个，且分别处于密封筒体的靠近端部位置，两个导电排分别穿过对应的过渡连接管5。第二密封筒体的端部密封安装有高压套管，开关组件的外接线通过高压套管引出。这样整体形式的直流断路器，做到了尽可能的小型化，有助于缩减海上平台的搭建尺寸，降低搭建成本，而且整体形成气体绝缘金属密封模块，对IGBT阀串以及开关组件的密封防护效果较好。

其中，更为具体的也是更为优化的，本实施例中，IGBT阀串以及开关组件均通过抽屉式活动结构安装在对应的密封筒体内，而且抽屉式活动结构能够保证IGBT阀串以及开关组件与对应密封筒体的绝缘。如图1-4所示，抽屉式活动结构的抽拉方向沿对应的密封筒体的轴线延伸，主要包括绝缘支撑车架2以及固定轨道10，绝缘支撑车架2用于固定支撑对应的电气部件（即IGBT阀串或开关组件），固定轨道10固定安装在对应的密封筒体1内，绝缘支撑车架2可沿固定轨道10往复运动，以便于操作人员推入和拉出。具体的，固定轨道10包括两个并行的开口朝上的U形槽，绝缘支撑车架2上安装有两列滚轮，每列滚轮包含在绝缘支撑车架2的长度方向上间隔安装的多个滚轮13，绝缘支撑车架2通过滚轮13可沿固定轨道10直线运动。绝缘支撑车架2包括框架结构的底盘以及固定安装在底盘上的支撑绝缘子8，电气部件整体固定在支撑绝缘子8上，进而保证电气部件与底盘之间的绝缘性能。

由于第二密封筒体内安装的开关组件主要包括快速机械开关、避雷器以及耦合负压装置三部分电气部件，为了便于各部分电气部件的安装和检修，本实施例中，更为优选的，采用三个绝缘支撑车架2分别承载和安装三部分电气部件，且三部分电气部件在第二密封筒体的轴向上依次布置。

由于海上风电平台处于海水的实时冲击环境下，经常处于振动状态，为了尽可能的降低密封筒体内的电气部件的振动，保证各部分的正常可靠运行，本实施例中，绝缘支撑车架2上配置有阻尼器，这样在密封筒体随海上平台发生晃动或振动时，阻尼器能够衰减密封筒体传递到电气部件上的振动。

此外，密封筒体内还固定设置有锁定结构，锁定结构用于在绝缘支撑车架推入对应密封筒体内处时将其相对密封筒体锁定。这样能够保证绝缘支撑车架在密封筒体内位置的稳定性，避免海上平台的晃动和振动导致绝缘支撑车架在密封筒体内发生位移，保证了设备运行的可靠性。具体的，锁定结构可以从图4中清楚的看出，锁定结构布置在对应密封筒体的端部，包括固定在密封筒体上、处于固定轨道旁侧的止位块11，止位块11竖向延伸，且其上端安装有锁止螺栓12，锁止螺栓12水平延伸。绝缘支撑车架2的靠近密封筒体端部的一端开设有水平锁孔，在绝缘支撑车架2推入到密封筒体内后，操作锁止螺栓12对应伸入水平锁孔内，即可实现对绝缘支撑车架2的锁定。

第一密封筒体的外壁上固定安装有控制器9，控制器9包括固定连接在密封筒体外壳上的封闭盒体结构以及安装在封闭盒体结构内的控制器件，密封筒体的在对应于封闭盒体结构的筒壁上安装有密封插座，控制器件通过密封插座与第一密封筒体内的电气部件连接。这样不仅保证了控制器的密封防护，而且也便于在密封筒体的外侧对设备进行调试和控制操作。

通过以上对本实施例的海上风电联网直流断路器的介绍可知，本实施例的海上风电联网直流断路器结构紧凑、占用空间小、防护效果好，密封筒体内部的阻尼器能够很好的衰减传递到电气部件上的振动，保证电气部件稳定可靠的运行，而且通过绝缘支撑车架能够方便的实现设备的拆装和维修。

当然，本发明的海上风电联网直流断路器并不仅限于上述介绍的实施方式，以下还提供了其他几种基于本发明的设计构思的海上风电联网直流断路器。

如在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，第一密封筒体和第二密封筒体之间的过渡连接管有一个，连接IGBT阀串以及开关组件的两根导电排穿设在同一过渡连接管内，此时需要将过渡连接管的管径增大，以保证两个导电排之间的绝缘。该一个过渡连接管可以处于密封筒体的中部位置或一端位置。

如在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，抽屉式活动结构包括固定安装架，固定安装架包括圆周方向上均布的两个或三个绝缘的弧形滑板，各弧形滑板处于同一圆周上，且能够与密封筒体的内壁面在轴向上滑动配合，各弧形滑板之间通过支架连接，支架上形成用于安装电气部件的安装平台。这样固定安装架可直接与密封筒体的内壁面滑动配合进而进行插入和拔出。

如在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，绝缘支撑车架与固定轨道之间可以采用燕尾槽和燕尾形滑块的滑动配合形式滑动配合，这样的配合方式配合精度高，能够避免该处产生振动。

再如在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，开关组件所包含的各部分电气部件均安装在同一绝缘支撑车架上，这样更容易保证开关组件所包含的各电气部件的整体性，有利于消除各电气部件之间的相互振动。

再如在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，锁定结构为插装在固定轨道上的挡块，在绝缘支撑车架推入对应密封筒体内后，将挡块插装在固定轨道上，挡块能够挡在滚轮的一侧，阻止滚轮转动，实现对绝缘支撑车架的锁止。

或者在其他实施方式中，与上述介绍的实施方式不同的是，控制器安装在绝缘支撑车架上，在设备正常状态下，控制器处于密封筒体内部，在需要调试或控制操作时，打开密封筒体的一端封盖进行操作即可。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上风电联网直流断路器，其特征是，包括：

并列布置的第一、第二密封筒体；

IGBT阀串，安装在第一密封筒体中；

开关组件，安装在第二密封筒体中；

第一密封筒体和第二密封筒体之间密封连接有过渡连接管，IGBT阀串与开关组件之间连接有导电排，导电排通过过渡连接管实现在两密封筒体之间的导电互联；

第二密封筒体的端部安装有进出线套管；

第一、第二密封筒体内用于充装绝缘气体。

2.根据权利要求1所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，IGBT阀串和/或开关组件通过抽屉式活动结构绝缘安装在对应的密封筒体内，且抽屉式活动结构的抽拉方向沿对应的密封筒体的轴线延伸。

3.根据权利要求2所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述抽屉式活动结构包括绝缘支撑车架以及固定轨道，所述绝缘支撑车架用于固定支撑对应的电气部件，固定轨道固定安装在对应的密封筒体内，绝缘支撑车架沿固定轨道往复运动。

4.根据权利要求3所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述开关组件包括快速机械开关、避雷器以及耦合负压装置，三部分电气部件分别通过独立的绝缘支撑车架安装在固定轨道上。

5.根据权利要求2所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述抽屉式活动结构上配置有阻尼器，用于削弱绝其与电气部件之间的振动传递。

6.根据权利要求3或4或5所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，密封筒体内固定设置有锁定结构，用于在绝缘支撑车架推入对应密封筒体内处时，将其相对密封筒体锁定。

7.根据权利要求6所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述锁定结构布置在对应密封筒体的端部或靠近端部位置。

8.根据权利要求6所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述锁定结构包括固定在密封筒体或固定轨道上的止位块，止位块上旋装有锁止螺栓，绝缘支撑车架上设有与锁止螺栓对应配合的锁止孔。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，所述过渡连接管有两个，且分别连接在密封筒体的靠近两端位置处。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的海上风电联网直流断路器，其特征是，第一密封筒体的外壁上固定安装有控制器，第一密封筒体的外壁上固定安装有密封插座，控制器内的电元器件通过密封插座与第一密封筒体内的电气部件连接。

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