CN112803471B - 海上柔性直流换流站直流场布置结构及其尺寸计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电柔性直流输电工程技术领域，公开了一种海上柔性直流换流站直流场布置结构，包括两个直流场，两个直流场对称布置，一个直流场内设有正极三相桥臂电抗器，另一个直流场内设有负极三相桥臂电抗器，且六个桥臂电抗器呈“ABCCBA”对称布置，桥臂电抗器的进线均连有直流穿墙套管，出线均与汇流管型母线并联接线，汇流管型母线依次连有直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流隔离开关和避雷器，最终通过直流海缆终端与直流海缆连接。本发明还公开了一种海上柔性直流换流站直流场布置结构的尺寸计算方法。本发明海上柔性直流换流站直流场布置结构及其尺寸计算方法，可减小直流场的尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电柔性直流输电工程技术领域，具体涉及一种海上柔性直流换流站直流场布置结构及其尺寸计算方法。
背景技术
近年来，随着近海风电资源日趋紧张，海上柔性直流输电技术得到了较大的发展，采用对称单极(伪双极)接线的海上柔性直流输电工程在欧洲得到了广泛应用。
直流场电气设备是海上柔性直流输电系统的重要组成部分，以往陆上柔性直流换流站通常采用桥臂电抗器设置在换流阀的交流侧、且在直流极线上设置直流电抗器的技术方案，需同时考虑桥臂电抗器的布置、直流极线回路及直流电抗器的布置。
与陆上柔性直流换流站不同的是，考虑到海上柔性直流换流站电气设备特殊的运行环境以及海上柔性直流换流站对空间尺寸和整体重量限制要求，海上柔性直流换流站的电气设备布置需结合海上柔性直流换流站全封闭、紧凑化、轻型化、层叠式的布置要求进行设计。因此，海上柔性直流换流站通常考虑将桥臂电抗器设置在换流阀的直流侧，且取消直流电抗器，达到减小海上柔性直流换流站尺寸的目的。
但是由于桥臂电抗器尺寸较大、重量较重，桥臂电抗器设置在换流阀的直流侧，这将在一定程度上影响海上柔性直流换流站的整体平台布置。目前，我国对于海上柔性直流换流站的研发和设计经验尚不成熟，特别是较少针对海上柔性直流换流站直流场的电气设备布置开展相关的研究工作，如何给出合理的海上柔性直流换流站直流场的电气设备的布置结构，是现阶段亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种海上柔性直流换流站直流场布置结构及其尺寸计算方法，可减小直流场的尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求。
为实现上述目的，本发明所涉及的海上柔性直流换流站直流场布置结构，包括直流场，所述直流场的数量为两个，两个所述直流场对称布置，一个所述直流场内设有正极A相桥臂电抗器、正极B相桥臂电抗器和正极C相桥臂电抗器，另一个所述直流场内设有负极A相桥臂电抗器、负极B相桥臂电抗器和负极C相桥臂电抗器，且两个所述直流场内的六个桥臂电抗器呈“ABCCBA”对称布置，每个所述直流场内的桥臂电抗器的进线均连有直流穿墙套管，出线均与汇流管型母线并联接线，所述汇流管型母线通过连接导体依次连有直流电压测量装置、直流电流测量装置、直流隔离开关和避雷器，最终通过直流海缆终端与直流海缆连接，所述直流电流测量装置两端通过支柱绝缘子支持固定，所述汇流管型母线通过悬式绝缘子吊装在所述直流场的室内顶部。
优选地，所述直流电压测量装置位于所述汇流管型母线的正下方。
优选地，所述直流穿墙套管、桥臂电抗器、直流电压测量装置、直流电流测量装置、避雷器和直流海缆终端均安装在所述直流场的地面上。
优选地，所述连接导体上设有直流隔离开关，所述直流隔离开关安装在所述直流场的地面上。
一种所述海上柔性直流换流站直流场布置结构的尺寸计算方法，所述直流场(1)的水平长度尺寸为：
L≥D1+Da1+Db1+Da2+2×D4
其中，D1为布置桥臂电抗器所需的长度尺寸，Da1为避雷器、直流隔离开关、支柱绝缘子与直流场侧墙凸起物之间的最大水平距离，Db1为直流隔离开关与直流电压测量装置之间水平距离，Db2为直流穿墙套管与直流场侧墙凸起物之间的最大水平距离，D4为直流场侧墙凸起物体与侧墙轴线之间的水平距离，Dp为桥臂电抗器的防磁范围外径，DL为桥臂电抗器的外径，Df1为桥抗电抗器阀侧的相对地空气净距，D1同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即D1＝max(Dp,DL+2×Df1)，Df2为桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距，Da1同时满足桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距Df2和检修通道宽度尺寸Dm的要求，Da2同时满足桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1和检修通道宽度尺寸Dm的要求，即Da1＝max(Df2,Dm)，Da2＝max(Df1,Dm)；
所述直流场的水平宽度尺寸为W≥2×D2+2×Dc1+2×D4
其中，D2为直流场布置桥臂电抗器所需的宽度尺寸，Dc1为桥臂电抗器与直流场侧墙凸起物之间的水平距离，Df3为桥臂电抗器阀侧的相间空气净距，D2同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及阀侧电抗器阀侧的相间空气净距Df3的要求，即D2＝max(Dp,DL+Df3)；
所述直流场的高度尺寸为
H≥HL+Du+Dk
其中，HL为桥臂电抗器本体的高度尺寸，Du为桥臂电抗器与直流场顶部的凸起物之间的垂直距离，Dk为直流场顶部的凸起物与直流场顶部结构梁轴线之间的垂直距离，Dq为桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸，Du同时满足桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸Dq与桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即Du＝max(Dq,Df1)。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、通过将汇流管型母线吊装的方式汇流桥臂电抗器直流侧出线，可减小直流场长度方向尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求；
2、通过将直流电压测量装置布置在汇流管型母线下方，可减小直流场宽度方向的尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求；
3、直流场电气设备布置的最小尺寸除满足配电装置的带电距离外，还满足桥臂电抗器防磁范围的要求，确保桥臂电抗器周围设备的安全运行。
附图说明
图1为本发明海上柔性直流换流站直流场布置结构的电气示意图。
图中各部件标号如下：
直流场1、正极A相桥臂电抗器2、正极B相桥臂电抗器3、正极C相桥臂电抗器4、负极A相桥臂电抗器5、负极A相桥臂电抗器5、负极C相桥臂电抗器7、直流穿墙套管8、汇流管型母线9、连接导体10、直流电压测量装置11、直流电流测量装置12、避雷器13、直流海缆终端14、支柱绝缘子15、悬式绝缘子16、直流隔离开关17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明海上柔性直流换流站直流场布置结构，包括直流场1，直流场1的数量为两个，两个直流场1对称布置，一个直流场1内设有正极A相桥臂电抗器2、正极B相桥臂电抗器3和正极C相桥臂电抗器4，另一个直流场1内设有负极A相桥臂电抗器5、负极B相桥臂电抗器6和负极C相桥臂电抗器7，且两个直流场1内的六个桥臂电抗器呈“ABCCBA”对称布置，每个桥臂电抗器的进线均连有直流穿墙套管8，出线均与汇流管型母线9并联接线，汇流管型母线9通过连接导体10依次连有直流电压测量装置11、直流电流测量装置12、直流隔离开关17和避雷器13，最终通过直流海缆终端14与直流海缆连接出线。
其中，直流电流测量装置12两端通过支柱绝缘子15支持固定，直流电压测量装置11位于汇流管型母线9的正下方。
本实施例中，汇流管型母线9通过悬式绝缘子16吊装在直流场1的室内顶部，直流穿墙套管8、桥臂电抗器、直流电压测量装置11、直流电流测量装置12、避雷器13和直流海缆终端14均安装在直流场1的地面上。
另外，连接导体10上设有直流隔离开关17，直流隔离开关17安装在直流场1的地面上。
在本实施例中，流经桥臂电抗器的工作电流中包含较大的工频交流分量和二倍频分量，会在周围空间产生较大的感应交变磁场。由于电磁感应，会在附近的金属材料中感应出电流，相伴产生焦耳热损耗，导致金属材料发热问题。因此，桥臂电抗器周围的一定范围内不能布置导磁材料，这一范围称作防磁范围。导磁材料长期发热将极大影响设备安全运行，并影响结构的机械性能及寿命，同时也会增加桥臂电抗器的有功损耗。直流场1的最小布置尺寸除满足配电装置的带电距离外，还需要满足防磁范围的要求，确保桥臂电抗器周围设备的安全运行。
为此，本实施例中，直流场1的水平长度尺寸为：
L≥D1+Da1+Db1+Da2+2×D4
其中，D1为布置桥臂电抗器所需的长度尺寸，Da1为避雷器13、直流隔离开关17、支柱绝缘子15与直流场1侧墙凸起物之间的最大水平距离，Db1为直流隔离开关17与直流电压测量装置11之间水平距离，Db2为直流穿墙套管8与直流场1侧墙凸起物之间的最大水平距离，D4为直流场1侧墙凸起物体与侧墙轴线之间的水平距离，Dp为桥臂电抗器的防磁范围外径，DL为桥臂电抗器的外径，Df1为桥抗电抗器阀侧的相对地空气净距，D1同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即D1＝max(Dp,DL+2×Df1)，Df2为桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距，Da1同时满足桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距Df2和检修通道宽度尺寸Dm的要求，Da2同时满足桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1和检修通道宽度尺寸Dm的要求，即Da1＝max(Df2,Dm)，Da2＝max(Df1,Dm)；
直流场1的水平宽度尺寸为W≥2×D2+2×Dc1+2×D4
其中，D2为直流场1布置桥臂电抗器所需的宽度尺寸，Dc1为桥臂电抗器与直流场1侧墙凸起物之间的水平距离，Df3为桥臂电抗器阀侧的相间空气净距，D2同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及阀侧电抗器阀侧的相间空气净距Df3的要求，即D2＝max(Dp,DL+Df3)；
直流场1的高度尺寸为
H≥HL+Du+Dk
其中，HL为桥臂电抗器本体的高度尺寸，Du为桥臂电抗器与直流场1顶部的凸起物之间的垂直距离，Dk为直流场1顶部的凸起物与直流场1顶部结构梁轴线之间的垂直距离，Dq为桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸，Du同时满足桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸Dq与桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即Du＝max(Dq,Df1)。
本发明海上柔性直流换流站直流场布置结构及其尺寸计算方法，通过将汇流管型母线9吊装的方式汇流桥臂电抗器直流侧出线，可减小直流场1长度方向尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求；通过将直流电压测量装置11布置在汇流管型母线9下方，可减小直流场1宽度方向的尺寸，满足海上柔性直流换流站紧凑化布置要求；直流场1电气设备布置的最小尺寸除满足配电装置的带电距离外，还满足桥臂电抗器防磁范围的要求，确保桥臂电抗器周围设备的安全运行，及金属结构件的机械性能及寿命。
Claims (1)
1.一种海上柔性直流换流站直流场布置结构的尺寸计算方法，其特征在于：所述海上柔性直流换流站直流场布置结构包括直流场(1)，所述直流场(1)的数量为两个，两个所述直流场(1)对称布置，一个所述直流场(1)内设有正极A相桥臂电抗器(2)、正极B相桥臂电抗器(3)和正极C相桥臂电抗器(4)，另一个所述直流场(1)内设有负极A相桥臂电抗器(5)、负极B相桥臂电抗器(6)和负极C相桥臂电抗器(7)，且两个所述直流场(1)内的六个桥臂电抗器呈“ABCCBA”对称布置，每个所述桥臂电抗器的进线均连有直流穿墙套管(8)，出线均与汇流管型母线(9)并联接线，所述汇流管型母线(9)通过连接导体(10)依次连有直流电压测量装置(11)、直流电流测量装置(12)、直流隔离开关(17)和避雷器(13)，最终通过直流海缆终端(14)与直流海缆连接，所述直流电流测量装置(12)两端通过支柱绝缘子(15)支持固定，所述汇流管型母线(9)通过悬式绝缘子(16)吊装在所述直流场(1)的室内顶部，所述直流电压测量装置(11)位于所述汇流管型母线(9)的正下方，所述直流穿墙套管(8)、桥臂电抗器、直流电压测量装置(11)、直流电流测量装置(12)、避雷器(13)和直流海缆终端(14)均安装在所述直流场(1)的地面上，所述连接导体(10)上设有直流隔离开关(17)，所述直流隔离开关(17)安装在所述直流场(1)的地面上，所述直流场(1)的水平长度尺寸为：
L≥D1+Da1+Db1+Da2+2×D4
其中，D1为布置桥臂电抗器所需的长度尺寸，Da1为避雷器(13)、直流隔离开关(17)、支柱绝缘子(15)与直流场(1)侧墙凸起物之间的最大水平距离，Db1为直流隔离开关(17)与直流电压测量装置(11)之间水平距离，Db2为直流穿墙套管(8)与直流场(1)侧墙凸起物之间的最大水平距离，D4为直流场(1)侧墙凸起物体与侧墙轴线之间的水平距离，Dp为桥臂电抗器的防磁范围外径，DL为桥臂电抗器的外径，Df1为桥抗电抗器阀侧的相对地空气净距，D1同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即D1＝max(Dp,DL+2×Df1)，Df2为桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距，Da1同时满足桥臂电抗器直流侧的相对地空气净距Df2和检修通道宽度尺寸Dm的要求，Da2同时满足桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1和检修通道宽度尺寸Dm的要求，即Da1＝max(Df2,Dm)，Da2＝max(Df1,Dm)；
所述直流场(1)的水平宽度尺寸为W≥2×D2+2×Dc1+2×D4
其中，D2为直流场(1)布置桥臂电抗器所需的宽度尺寸，Dc1为桥臂电抗器与直流场(1)侧墙凸起物之间的水平距离，Df3为桥臂电抗器阀侧的相间空气净距，D2同时满足桥臂电抗器的防磁范围Dp、桥臂电抗器本体尺寸DL及阀侧电抗器阀侧的相间空气净距Df3的要求，即D2＝max(Dp,DL+Df3)；
所述直流场(1)的高度尺寸为
H≥HL+Du+Dk
其中，HL为桥臂电抗器本体的高度尺寸，Du为桥臂电抗器与直流场(1)顶部的凸起物之间的垂直距离，Dk为直流场(1)顶部的凸起物与直流场(1)顶部结构梁轴线之间的垂直距离，Dq为桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸，Du同时满足桥臂电抗器的防磁范围相当于桥臂电抗器顶部的垂直高度尺寸Dq与桥臂电抗器阀侧的相对地空气净距Df1的要求，即Du＝max(Dq,Df1)。
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