CN116633163A - 双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法，用于填补国内对称双极海上换流站设计的空白，对称双极海上柔性直流换流站的柔性直流阀厅内布置有换流阀、阀交流侧避雷器、阀交流侧接地开关、阀交流侧电流测量装置、阀直流侧避雷器、阀直流侧接地开关、阀直流侧电流测量装置、直流穿墙套管等设备。本发明能够满足对称双极电气接线的工艺需求，同时电气布置简洁、紧凑，设备间连接合理，满足空气净距要求和设备检修要求，具有良好的运行可靠性和检修便利性，可极大的减小对称双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸，降低工程造价。能够解决远海风电送出过程中阀厅不易检修、海风电输送可用率低的技术问题。

Description

双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法

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，尤其涉及双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法。

背景技术

柔性直流输电系统包括对称单极和双极两种接线方式。目前，世界范围内已投运的海风柔直输电工程均采用对称单极接线。对称单极接线简单，设备数量少，整体投资较低，但是如果直流系统任一元件发生故障将失去全部功率输送能力。

双极接线方式在直流侧发生单极设备故障时仍具备一半输送功率能力，适合应用于远离陆地、不易检修的大容量远海风电送出场景，能够提高海风电输送可用率。目前国内尚无对称双极海上换流站设计经验，且对称单极系统的布置结构及尺寸确定方法无法适用于对称双极系统中，因此，设计一种双极海上换流站用于远海风电送出是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法，能够解决远海风电送出过程中阀厅不易检修、海风电输送可用率低的技术问题，同时阀厅布置清晰、简洁，可极大减小对称双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸。

为实现上述目的，本发明设计双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，包括对称布置的至少两个阀厅；

每个阀厅均为中空结构，空腔内平行安装有三相桥臂，每个桥臂包括至少由两个串联的换流阀塔组成的换流阀组，沿换流阀组长度方向两侧分别为交流侧和直流侧；

所述换流阀组的交流侧通过阀交流侧连接导线依次连接有交流侧电压测量装置、交流侧避雷器、交流侧进线电缆终端、交流侧地刀；所述交流侧避雷器的端部通过阀交流侧连接导线与位于交流侧的换流阀塔连接；

所述换流阀组的直流侧通过阀直流侧连接导线依次连接有直流电流测量装置、直流侧避雷器、直流侧进线穿墙套管、直流侧地刀；所述直流侧进线穿墙套管的端部通过阀直流侧连接导线与位于直流侧的换流阀塔连接。

作为优选方案，所述交流侧电压测量装置、交流侧避雷器、交流侧进线电缆终端、交流侧地刀均安装在阀厅交流侧的地面上。

作为优选方案，所述交流侧避雷器、交流侧进线电缆终端的顶端均安装有阀交流侧连接金具。

作为优选方案，所述阀厅的顶部垂直安装有阀交流侧悬吊绝缘子，所述交流侧避雷器的端部通过阀交流侧连接导线经阀交流侧悬吊绝缘子与位于交流侧的换流阀塔连接。

作为优选方案，所述直流电流测量装置、直流侧避雷器均安装在阀厅直流侧的地面上，所述直流侧进线穿墙套管垂直安装在阀厅直流侧的顶部，所述直流侧地刀安装在阀厅直流侧的侧墙上。

作为优选方案，所述直流侧避雷器的顶端安装有阀直流侧连接金具。

本发明还设计双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，包括以下步骤，

确定单个阀厅沿桥臂方向的水平长度尺寸为：L₁+L₂+L₃；

式中L₁为阀厅交流侧墙面至换流阀塔交流侧间净距，式中L₂为柔直换流阀桥臂长度，式中L₃为阀厅直流侧墙面至换流阀塔直流侧间净距；

确定单个阀厅的水平宽度尺寸为：

W＞6×b+4×D₃+D₄+2×max{D₁，D₂}+2×R；

式中W为阀厅宽度方向尺寸，b为单个换流阀塔的宽度，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，D₂为检修车辆要求净宽，D₃为同桥臂相间空气净距，D₄为上下桥臂间空气净距，R为阀厅主结构柱半径；

确定单个阀厅的高度尺寸为：

H＞c+h₁+max{D₁，H₁}；

式中H为阀厅高度方向尺寸，c为阀塔高度，h₁为顶部行车或单轨吊轨道底部距阀厅顶部梁底的距离，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，H₁为阀塔冷却水管等组部件吊装所需高度。

作为优选方案，阀厅交流侧墙面至换流阀塔交流侧间净距L₁：

L₁＞e+d₁+d₂

式中e为满足电缆终端均压环对侧墙净距要求下的交流侧进线电缆终端中心距阀厅交流侧墙面的距离，d₁为交流侧避雷器与交流侧进线电缆终端之间的距离，d₂为换流阀同相上下桥臂相邻布置方式下交流侧避雷器与换流阀塔间净距。

作为优选方案，柔直换流阀桥臂长度L₂：

L₂＝a×n+d×(n-1)

式中a为换流阀塔单塔长度，n为单桥臂串联阀塔数，d为桥臂串联的两个换流阀塔的间距。

作为优选方案，阀厅直流侧墙面至换流阀塔直流侧间净距L₃：

L₃＞e+d₁+d₂

式中e为满足电缆终端均压环对侧墙净距要求下的交流侧进线电缆终端中心距阀厅交流侧墙面的距离，d₁为交流侧避雷器与交流侧进线电缆终端之间的距离，d₂为换流阀同相上下桥臂相邻布置方式下交流侧避雷器与换流阀塔间净距。

本发明的有益效果：

本发明首次提出对称双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法，用于填补国内对称双极海上换流站设计的空白。对称双极海上柔性直流换流站的柔性直流阀厅内布置有换流阀、阀交流侧避雷器、阀交流侧接地开关、阀交流侧电流测量装置、阀直流侧避雷器、阀直流侧接地开关、阀直流侧电流测量装置、直流穿墙套管等设备。柔性直流阀厅尺寸主要由换流阀布置尺寸、换流阀交流侧进线、直流侧设备布置接线、空气净距以及检修维护通道等因素决定。

本发明能够满足对称双极电气接线的工艺需求，同时电气布置简洁、紧凑，设备间连接合理，满足空气净距要求和设备检修要求，具有良好的运行可靠性和检修便利性，可极大的减小对称双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸，降低工程造价。能够解决远海风电送出过程中阀厅不易检修、海风电输送可用率低的技术问题。

附图说明

图1为本发明单个阀厅的布置结构示意图。

图2为图1的局部剖视示意图。

附图标记说明：

交流侧：交流侧地刀1、交流侧进线电缆终端2、交流侧避雷器3、交流侧电压测量装置4、阀厅交流侧墙面10、阀交流侧悬吊绝缘子13、阀交流侧连接导线15、阀交流侧连接金具16；

直流侧：直流侧电流测量装置6、直流侧避雷器7、直流侧进线穿墙套管8、直流侧地刀9、阀厅直流侧墙面11、阀直流侧连接导线17、阀直流侧连接金具18；换流阀塔5、阀厅短轴方向侧墙面12。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

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”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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；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。

本发明涉及双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构及尺寸确定方法，用于填补国内对称双极海上换流站设计的空白，对称双极海上柔性直流换流站的柔性直流阀厅内布置有换流阀、阀交流侧避雷器、阀交流侧接地开关、阀交流侧电流测量装置、阀直流侧避雷器、阀直流侧接地开关、阀直流侧电流测量装置、直流穿墙套管等设备。柔性直流阀厅尺寸主要由换流阀布置尺寸、换流阀交流侧进线、直流侧设备布置接线、空气净距以及检修维护通道等因素决定。阀厅布置清晰、简洁，并便于检修维护，可极大的减小对称双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸，降低工程造价。

本发明涉及双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，所述换流站阀厅包括正极阀厅、负极阀厅，两个阀厅对称布置，根据实际情况可以选择上下对称布置或左右对称布置。

下面以正极阀厅为例，对其布置结构进行说明，如图1、图2所示。正极阀厅由一面阀厅交流侧墙面10、一面阀厅直流侧墙面11、两面阀厅短轴方向侧墙面12合围成的长方形空腔。正极阀厅内同时设有两个正极A相桥臂、两个正极B相桥臂和两个正极C相桥臂，阀厅内的六个桥臂呈“ABCCBA”结构平行布置，布置结构如图1所示，每个桥臂包括至少由两个串联的换流阀塔5组成的换流阀组，沿换流阀组长度方向两侧分别为交流侧和直流侧。

换流阀组的交流侧通过阀交流侧连接导线15依次连接有交流侧电压测量装置4、交流侧避雷器3、交流侧进线电缆终端2、交流侧地刀1；所述交流侧电压测量装置4、交流侧避雷器3、交流侧进线电缆终端2、交流侧地刀1均安装在正极阀厅交流侧的地面上；交流侧避雷器3、交流侧进线电缆终端2的顶端均安装有阀交流侧连接金具16，正极阀厅的顶部垂直安装有阀交流侧悬吊绝缘子13，所述交流侧避雷器3的端部通过阀交流侧连接导线15经阀交流侧悬吊绝缘子13与位于交流侧的换流阀塔5连接。

换流阀组的直流侧通过阀直流侧连接导线17依次连接有直流电流测量装置6、直流侧避雷器7、直流侧进线穿墙套管8、直流侧地刀9，直流侧避雷器7的顶端安装有阀直流侧连接金具18；所述直流电流测量装置6、直流侧避雷器7均安装在正极阀厅直流侧的地面上；所述直流侧进线穿墙套管8垂直布置，安装在正极阀厅直流侧的顶部，直流侧进线穿墙套管8的端部通过阀直流侧连接导线17与换流阀塔5连接；所述直流侧地刀9为侧墙式，安装在正极阀厅的阀厅直流侧墙面11上。

负极阀厅内的布置结构如正极阀厅内的布置结构类似，只需把三相桥臂改为负极即可。

本发明还涉及双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，包括以下步骤，

单个阀厅沿桥臂方向的水平长度尺寸为：L₁+L₂+L₃。

其中

(1)交流侧进线回路长度：

L₁＞e+d₁+d₂

式中L₁为阀厅交流侧墙面10至换流阀塔5交流侧间净距，e为满足电缆终端均压环对侧墙净距要求下的交流侧进线电缆终端2中心距阀厅交流侧墙面10的距离，d₁为交流侧避雷器3与交流侧进线电缆终端2之间的距离，d₂为换流阀同相上下桥臂相邻布置方式下交流侧避雷器3与换流阀塔5间净距；d₁与d₂均需考虑检修空间。

(2)换流阀桥臂长度：

L₂＝a×n+d×(n-1)

式中L₂为柔直换流阀桥臂长度，a为换流阀塔5单塔长度，n为单桥臂串联阀塔数，d为桥臂串联的两个换流阀塔5的间距；

(3)换流阀直流侧进线回路长度：

L₃＞e+d₁+d₂

式中L₃为阀厅直流侧墙面11至换流阀塔5直流侧间净距。d₁与d₂均需考虑检修空间。

单个阀厅的水平宽度尺寸为：

W＞6×b+4×D₃+D₄+2×max{D₁，D₂}+2×R

式中W为阀厅宽度方向尺寸，b为单个换流阀塔5的宽度，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，D₂为检修车辆要求净宽，D₃为同桥臂相间空气净距，D₄为上下桥臂间空气净距，R为阀厅主结构柱半径。

单个阀厅的高度尺寸为：

H＞c+h₁+max{D₁，H₁}

式中H为阀厅高度方向尺寸，c为阀塔高度(含底座基础)，h₁为顶部行车或单轨吊轨道底部距阀厅顶部梁底的距离(需考虑形变量)，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，H₁为阀塔冷却水管等组部件吊装所需高度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：包括对称布置的至少两个阀厅；

每个阀厅均为中空结构，空腔内平行安装有三相桥臂，每个桥臂包括至少由两个串联的换流阀塔(5)组成的换流阀组，沿换流阀组长度方向两侧分别为交流侧和直流侧；

所述换流阀组的交流侧通过阀交流侧连接导线(15)依次连接有交流侧电压测量装置(4)、交流侧避雷器(3)、交流侧进线电缆终端(2)、交流侧地刀(1)；所述交流侧避雷器(3)的端部通过阀交流侧连接导线(15)与位于交流侧的换流阀塔(5)连接；

所述换流阀组的直流侧通过阀直流侧连接导线(17)依次连接有直流电流测量装置(6)、直流侧避雷器(7)、直流侧进线穿墙套管(8)、直流侧地刀(9)；所述直流侧进线穿墙套管(8)的端部通过阀直流侧连接导线(17)与位于直流侧的换流阀塔(5)连接。

2.根据权利要求1所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：所述交流侧电压测量装置(4)、交流侧避雷器(3)、交流侧进线电缆终端(2)、交流侧地刀(1)均安装在阀厅交流侧的地面上。

3.根据权利要求2所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：所述交流侧避雷器(3)、交流侧进线电缆终端(2)的顶端均安装有阀交流侧连接金具(16)。

4.根据权利要求3所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：所述阀厅的顶部垂直安装有阀交流侧悬吊绝缘子(13)，所述交流侧避雷器(3)的端部通过阀交流侧连接导线(15)经阀交流侧悬吊绝缘子(13)与位于交流侧的换流阀塔(5)连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：所述直流电流测量装置(6)、直流侧避雷器(7)均安装在阀厅直流侧的地面上，所述直流侧进线穿墙套管(8)垂直安装在阀厅直流侧的顶部，所述直流侧地刀(9)安装在阀厅直流侧的侧墙上。

6.根据权利要求5所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的布置结构，其特征在于：所述直流侧避雷器(7)的顶端安装有阀直流侧连接金具(18)。

7.双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，其特征在于：包括以下步骤，

确定单个阀厅沿桥臂方向的水平长度尺寸为：L₁+L₂+L₃；

式中L₁为阀厅交流侧墙面至换流阀塔交流侧间净距，式中L₂为柔直换流阀桥臂长度，式中L₃为阀厅直流侧墙面至换流阀塔直流侧间净距；

确定单个阀厅的水平宽度尺寸为：

W＞6×b+4×D₃+D₄+2×max{D₁，D₂}+2×R；

式中W为阀厅宽度方向尺寸，b为单个换流阀塔的宽度，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，D₂为检修车辆要求净宽，D₃为同桥臂相间空气净距，D₄为上下桥臂间空气净距，R为阀厅主结构柱半径；

确定单个阀厅的高度尺寸为：

H＞c+h₁+max{D₁，H₁}；

式中H为阀厅高度方向尺寸，c为阀塔高度，h₁为顶部行车或单轨吊轨道底部距阀厅顶部梁底的距离，D₁为换流变阀侧对地空气净距和桥抗阀侧对地空气净距的较大值，H₁为阀塔冷却水管等组部件吊装所需高度。

8.根据权利要求7所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，其特征在于：

阀厅交流侧墙面至换流阀塔交流侧间净距L₁：

L₁＞e+d₁+d₂

式中e为满足电缆终端均压环对侧墙净距要求下的交流侧进线电缆终端中心距阀厅交流侧墙面的距离，d₁为交流侧避雷器与交流侧进线电缆终端之间的距离，d₂为换流阀同相上下桥臂相邻布置方式下交流侧避雷器与换流阀塔间净距。

9.根据权利要求8所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，其特征在于：

柔直换流阀桥臂长度L₂：

L₂＝a×n+d×(n-1)

式中a为换流阀塔单塔长度，n为单桥臂串联阀塔数，d为桥臂串联的两个换流阀塔的间距。

10.根据权利要求9所述的双极柔性直流海上换流站阀厅的尺寸确定方法，其特征在于：

阀厅直流侧墙面至换流阀塔直流侧间净距L₃：

L₃＞e+d₁+d₂

式中e为满足电缆终端均压环对侧墙净距要求下的交流侧进线电缆终端中心距阀厅交流侧墙面的距离，d₁为交流侧避雷器与交流侧进线电缆终端之间的距离，d₂为换流阀同相上下桥臂相邻布置方式下交流侧避雷器与换流阀塔间净距。