CN201789408U - 一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于所述晶闸管换流阀阀模块包括两个阀段(1，2)，每一阀段在结构上为一整体，每一阀段包括一些常规组件；所述晶闸管单元(4)、阻尼电阻单元(5)、直流均压电阻单元、取能电阻单元、门极单元(6)和阻尼电容单元(7)固定连接成在结构上为一整体的晶闸管级组件；在一个晶闸管级组件中，门极单元(6)位于晶闸管单元(4)的一侧，阻尼电阻单元(5)和阻尼电容单元(7)位于晶闸管单元(4)的另一侧；阻尼电阻单元(5)采用小型模块化，其外壳为阻燃的塑料材料；阻尼电容单元(7)为干式电容器。该阀模块不易漏水、几何尺寸小、重量轻、组装方便且便于维护。
Description
[技术领域]
本实用新型属于高压直流输电领域，具体地讲，涉及一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块。
[背景技术]
换流阀作为高压直流输电系统的核心部件，其发展和应用已经有多年的历史。传统高压直流输电的换流阀阀模块是以晶闸管串联结构为核心，同时又包含了晶闸管的控制、触发和保护系统。目前在运行的换流阀存在着一些问题，比如易漏水、重量大、结构尺寸大、安装和维护不方便等缺点。漏水是目前影响换流阀安全运行的关键因素，换流阀结构和重量特性又关系到换流阀的成本和安装维护方便性，安装和维护特性又关系到换流阀关系到工程应用的可操作性和工作效率。
目前换流阀阀模块在结构设计上主要分为两种结构形式：框架式结构和模块化分散式结构。对于框架式结构，多采用金属材料或者金属材料与绝缘材料构成阀模块的支撑框架，在阀模块内部分散布置各种元器件。这种结构形式存在重量载荷集中的问题，对阀模块的支撑框架结构强度要求高，对材料的性能要求提高，增加阀模块的设计难度，也不可避免的增加了阀模块的重量和结构尺寸。对于模块化分散式结构，则将阀模块内部的晶闸管、阻尼电阻、阻尼电容、门极单元和饱和电抗器的等采用模块化组装，这种结构设计存在阀模块内部的分散的子模块数量太多，造成了阀模块工程现场组装的难度，也不利于阀模块安装效率的提高，同时，这种模块化分散式结构对现场安装的精度要求很高，安装的技术操作相对复杂，对阀模块安装的技术人员的操作技能有很高的要求。
目前在运行的换流阀的元器件选型更新换代缓慢，没有应用目前元器件的最小技术，且不能适应目前直流输电升压和增容的需要。
[实用新型内容]
本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，该阀模块不易漏水、几何尺寸小、重量轻、组装方便且便于维护，可以有效的提高了阀模块安装效率的提高，且安装的技术操作相对简单，对阀模 块安装的技术人员的操作技能的要求不高。
本实用新型提供的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，其中所述晶闸管换流阀阀模块包括两个阀段，每一阀段在结构上为一整体，每一阀段包括饱和电抗器、晶闸管单元、直流均压电阻单元、取能电阻单元、阻尼电阻单元、门极单元和水冷系统；所述晶闸管单元、阻尼电阻单元、直流均压电阻单元、取能电阻单元、门极单元和阻尼电容单元固定连接成在结构上为一整体的晶闸管级组件；在一个晶闸管级组件中，门极单元位于晶闸管单元的一侧，阻尼电阻单元和阻尼电容单元位于晶闸管单元的另一侧；阻尼电阻单元采用小型模块化，其外壳为阻燃的的塑料材料；阻尼电容单元为气干式电容器。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述直流均压电阻和取能电阻选用模块化的厚膜电阻。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述晶闸管单元由若干个晶闸管级串联而成，每个晶闸管级在晶闸管单元中采用纵向排列；每个晶闸管级包括若干晶闸管，每个晶闸管两侧设有散热器；每个晶闸管级都对应着一个阻尼电阻单元、阻尼电容单元、直流均压电阻单元、取能电阻单元和门极单元；对于每个晶闸管级，阻尼电容单元采用横向布置。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述每个阀段中，饱和电抗器和晶闸管单元的重心靠近阀模块框架的几何中心。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述晶闸管级组件与一个饱和电抗器在电气连接上串联连接构成一个阀段。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述两个阀段之间及饱和电抗器与晶闸管级组件之间均采用软连接母排进行电气连接。
本实用新型提供的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，所述水路系统，即在每个阀段中，于晶闸管单元与门极单元之间设有主进水管，在阻尼电阻单元与阻尼电容单元之间设有主回水管；主进水管与主回水管上分别设有分支水管。
上述技术方案及其设计：
两个阀段包括由铝合金横梁和绝缘槽梁构成的结构支撑框架，晶匣管级组件安装在结构支撑框架上。
晶闸管换流阀阀模块的外围设有包括角屏蔽罩和短屏蔽罩在内的棱角呈圆弧形的屏蔽罩；角屏蔽罩位于阀段中靠近饱和电抗器一侧的铝合金横梁上，短屏蔽罩位于阀段中 靠近门极单元一侧的绝缘槽梁上。
阻尼电阻单元采用小型模块化，其外壳为阻燃的的塑料材料；阻尼电容单元为干式充气电容器。阻尼电容电容器分为两种类型：两个接线端子的电容器或三个接线端子的电容器，其均有一个接线端子位于电容器的尾部，同时也作为电容器的固定端子。
直流均压电阻和取能电阻选用模块化的厚膜电阻。
A、阀模块的设计：将阀模块分为两个完全相同的阀段，且每一个阀段在结构上为一个整体，这样可以有效的将阀模块的重量载荷进行分散，将一个阀模块的重量分散在两个阀段上，降低了阀模块重量载荷对结构设计强度的要求，也降低了对材料性能的要求，可以选用较低强度和较小截面尺寸的结构支撑件，这样就有效的降低阀模块的成本、几何尺寸和重量。
对于每一个阀段，晶闸管级组件和饱和电抗器组件都采用模块化设计，相对独立，一个阀模块由两个晶闸管级组件和两个饱和电抗器组件组成。
B、对于一个晶闸管级组件，门极单元、阻尼电阻与阻尼电容单元分别位于晶闸管单元的两侧，在结构设计上：
晶闸管级组件的重心与几何中心偏离不是太远，有利于改善阀段框架的受力状况；对于一个阀段，重量最大的饱和电抗器和晶闸管单元，其重心靠近阀段结构的几何中心，从而改善了整个阀段的受力状况。
对于一个晶闸管级，阻尼电容单元采用横向放置，缩短了阻尼电容接线端子与其他电气连接元器件之间的距离，可以缩短晶闸管级的电气接线长度，优化了晶闸管级的电气性能。
C、阀模块在电气连接上，一个阀段内部的饱和电抗器组件与晶闸管级组件之间采用软连接母排进行电气连接，连个阀段之间也通过软连接母排进行连接：可以避免由于换流阀在运行过程中产生的震动造成对连接母排的破坏，同时也可以保证连接母排之间的长期连接可靠性，提高了换流阀工作的安全性。
D、在水路设计上：全并联的水路设计保证了更好的冷却效果，也保证了晶闸管级被冷却元器件冷却效果的一致性，有利于保持元器件性能不会因为冷却温度的差异而出现性能的差异。在水管设计上，采用较大内径的水管。较大内径的水管和全并联的水路设计，可以有效降低水冷系统内的水压要求，从而避免了由于水压过大而造成的水管接头漏水的发生，且提高了水路管路系统的工作寿命，提高的了阀模块长期运行的可靠性。
E、在元器件选型上：采用小型的模块化设计的塑料壳体的阻尼电阻，可以降低阀模 块的几何尺寸，减轻阀模块的重量，且便于阀模块的组装。阻尼电容为干式充气电容器，体积小，重量轻，有利于结构布置和安装，且可以降低阀模块的结构尺寸和重量。
F、由于阀模块的绝缘材料选择了具有阻燃性的材料，且阻尼电阻的壳体采用阻燃性材料：增加了阀模块的防火特性，使得阀模块具有很好的阻燃特性，可以有效的降低由火灾引起的产品损失。
G、阀段的铝合金横梁和绝缘槽梁构成结构支撑框架：用于支撑饱和电抗器和晶闸管级组件。
H、对于一个阀段，在晶闸管单元与门极单元之间布置了主进水管，在阻尼电阻与阻尼电容之间布置了主回水管；主进水管和主回水管上设置了多个分支水管：
主进水管通过分支水管直接给晶闸管散热器供水，该水路再通过晶闸管散热器与阻尼电阻之间的分支水管回到主回水管；晶闸管级的水路采用全并联设计；水冷系统同时冷却饱和电抗器的绕组和铁心，饱和电抗器绕组冷却水路和铁心冷却水路也采用并联设计；两个阀段之间的水路系统相对独立。
另外，对于一个晶闸管级组件，晶闸管单元、直流均压电阻和取能电阻构成一个单独的子模块，阻尼电阻单元、阻尼电容单元和门极单元也采用单独的子模块设计，可以独立的组装，每一个子模块组装完毕后，再组装成一个晶闸管级组件。
阀模块采用绝缘材料具有阻燃性能，元器件在选型上也考虑了阻燃特性，比如阻尼电容采用干式电容器，而非充油式电容器，阻尼电阻的壳体则采用具有阻燃性材料制成。该模块将晶闸管进行串联组合，以满足不同输电功率和不同输电电压等级的要求。
与现有技术相比，本实用新型提供的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块具有以下优点：
1、不易漏水、几何尺寸小、重量轻、组装方便。
2、对阀模块的支撑框架结构强度要求不高，对材料的性能要求不高，降低了阀模块的设计难度，也避免增加阀模块的重量和结构尺寸。
3、不存在阀模块内部的分散的子模块数量太多的问题，降低了阀模块工程现场组装的难度，有效的提高了阀模块安装效率的提高。
4、模块化分散式结构对现场安装的精度要求不高，安装的技术操作相对简单，对阀模块安装的技术人员的操作技能的要求不高。
5、能适应目前直流输电升压和增容的需要。
6、可以应用于DC(直流电)侧不同电压等级要求，包括特高压800kV及以上电压。
[附图说明]
图1-2是：本实用新型的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块的整体结构示意图。
图3是：本实用新型的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块的阀段支撑框架、阻尼电阻单元及阻尼电容单元结构示意图。
图中：1、阀段；2、阀段；3、饱和电抗器；4、晶闸管单元；5、阻尼电阻单元；6、门极单元；7、阻尼电容单元；8、角屏蔽罩；9、短屏蔽罩；10、支撑框架。
[具体实施方式]
以下结合附图说明通过具体实施方式，对本实用新型提供的一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块做进一步更详细的说明。
[实施例1]
本实施例的用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，阀模块的绝缘材料选择了具有阻燃性的塑料材料，且阻尼电阻的壳体采用阻燃性塑料材料、阻尼电容采用充气电容器：增加了阀模块的防火特性，使得阀模块具有很好的阻燃特性，可以有效的降低由火灾引起的产品损失。
其中所述晶闸管换流阀阀模块包括两个阀段，阀段1和阀段2，每一阀段在结构上为一整体：以有效的将阀模块的重量载荷进行分散，将一个阀模块的重量分散在两个阀段上，降低了阀模块重量载荷对结构设计强度的要求，也降低了对材料性能的要求，可以选用较低强度和较小截面尺寸的结构支撑件，这样就有效的降低阀模块的成本、几何尺寸和重量。
每一阀段包括饱和电抗器3、晶闸管单元4、直流均压电阻单元、取能电阻单元、阻尼电阻单元5、门极单元6和水冷系统；所述晶闸管单元4、阻尼电阻单元5、直流均压电阻单元、取能电阻单元、门极单元6和阻尼电容单元7固定连接成在结构上为一整体的晶闸管级组件；在一个晶闸管级组件中，门极单元6位于晶闸管单元4的一侧，阻尼电阻单元5和阻尼电容单元7位于晶闸管单元4的另一侧，另外，直流均压电阻单元与晶闸管单元4为一体，即晶匣管单元4中晶匣管的两侧设有直流均压电阻，若干这样的直流均压电阻结构构成直流均压电阻单元；取能电阻单元与阻尼电阻单元5安装在同一 匣子内，使之结构上成为一体。
晶闸管单元4由若干个晶闸管级串联而成，每个晶闸管级在晶闸管单元4中采用纵向排列；每个晶闸管级包括若干晶闸管，每个晶闸管两侧设有散热器；每个晶闸管级都对应着一个阻尼电阻单元5、阻尼电容单元7、直流均压电阻单元、取能电阻单元和门极单元6；对于每个晶闸管级，阻尼电容单元7采用横向布置；采用横向布置缩短了阻尼电容接线端子与其他电气连接元器件之间的距离，可以缩短晶闸管级的电气接线长度，优化了晶闸管级的电气性能。
每个阀段中，饱和电抗器3和晶闸管单元4的重心靠近阀模块框架10的几何中心，即其中重量最大的晶闸管单元4与饱和电抗器3，其重心靠近阀段结构的几何中心，从而改善了整个阀段的受力状况；另外，晶闸管级组件与饱和电抗器3串联。
晶闸管级组件的重心与其几何中心有轻度偏离，即晶闸管级组件的重心与几何中心偏离不是太远，有利于改善阀段框架10的受力状况。
晶闸管级组件与一个饱和电抗器3在电气连接上串联连接构成一个阀段。
两个阀段1，2之间及饱和电抗器3与晶闸管级组件之间均采用软连接母排进行电气连接：可以避免由于换流阀在运行过程中产生的震动造成对连接母排的破坏，同时也可以保证连接母排之间的长期连接可靠性，提高了换流阀工作的安全性。
在每个阀段中，于晶闸管单元4与门极单元6之间设有主进水管，在阻尼电阻单元5与阻尼电容单元7之间设有主回水管；主进水管与主回水管上分别设有分支水管。主进水管通过分支水管直接给晶闸管散热器供水，该水路再通过晶闸管散热器与阻尼电阻之间的分支水管回到主回水管；晶闸管级的水路采用全并联设计。水冷系统同时冷却饱和电抗器的绕组和铁心，饱和电抗器绕组冷却水路和铁心冷却水路也采用并联设计；两个阀段之间的水路系统相对独立。
另外，晶闸管换流阀阀模块的外围设有包括角屏蔽罩8和短屏蔽罩9在内的棱角呈圆弧形的屏蔽罩；角屏蔽罩8位于阀段中靠近饱和电抗器3一侧的铝合金横梁上，短屏蔽罩9位于阀段中靠近门极单元一侧的绝缘槽梁上。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本实用新型申请待批权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于高压直流传送的晶闸管换流阀阀模块，其特征在于所述晶闸管换流阀阀模块包括两个阀段(1，2)，每一阀段在结构上为一整体，每一阀段包括饱和电抗器(3)、晶闸管单元(4)、直流均压电阻单元、取能电阻单元、阻尼电阻单元(5)、门极单元(6)和水冷系统；所述晶闸管单元(4)、阻尼电阻单元(5)、直流均压电阻单元、取能电阻单元、门极单元(6)和阻尼电容单元(7)固定连接成在结构上为一整体的晶闸管级组件；在一个晶闸管级组件中，门极单元(6)位于晶闸管单元(4)的一侧，阻尼电阻单元(5)和阻尼电容单元(7)位于晶闸管单元(4)的另一侧；阻尼电阻单元(5)采用小型模块化，其外壳为阻燃的的塑料材料；阻尼电容单元(7)为干式电容器。
2.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述直流均压电阻和取能电阻选用模块化的厚膜电阻。
3.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述晶闸管单元(4)由若干个晶闸管级串联而成，每个晶闸管级在晶闸管单元(4)中采用纵向排列；每个晶闸管级包括若干晶闸管，每个晶闸管两侧设有散热器；每个晶闸管级都对应着一个阻尼电阻单元(5)、阻尼电容单元(7)、直流均压电阻单元、取能电阻单元和门极单元(6)；对于每个晶闸管级，阻尼电容单元(7)采用横向布置。
4.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述每个阀段中，饱和电抗器(3)和晶闸管单元(4)的重心靠近阀模块框架的几何中心。
5.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述晶闸管级组件与一个饱和电抗器(3)在电气连接上串联连接构成一个阀段。
6.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述两个阀段(1，2)之间及饱和电抗器(3)与晶闸管级组件之间均采用软连接母排进行电气连接。
7.根据权利要求1所述的阀模块，其特征在于所述水路系统，即在每个阀段中，于晶闸管单元(4)与门极单元(6)之间设有主进水管，在阻尼电阻单元(5)与阻尼电容单元(7)之间设有主回水管；主进水管与主回水管上分别设有分支水管。
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Free format text: FORMER OWNER: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Effective date: 20140321 Owner name: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Effective date: 20140321 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100192 HAIDIAN, BEIJING TO: 100031 XICHENG, BEIJING |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140321 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: China Electric Power Research Institute Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Patentee before: China Electric Power Research Institute |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110406 |
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| CX01 | Expiry of patent term |