CN207248471U - 特高压直流换流阀抗震性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置，包括吊装于阀厅下方的换流阀，与所述换流阀连接的反力支架，以及与所述换流阀连接的测试装置；所述换流阀包括吊装于阀厅下的多串长棒绝缘子，连接于所述长棒绝缘子下端的阀塔结构、防护屏蔽罩、以及避雷器串；所述测试装置包括设置于所述换流阀上的多个测试传感器，所述测试传感器包括设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩及避雷器串上的三向加速度传感器，设置于所述长棒绝缘子上的应力传感器，以及设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩上的位移传感器。本实用新型提出的技术方案，可以对特高压直流换流阀抗震性能进行检测验证，以便于对其结构进行优化设计。

Description

特高压直流换流阀抗震性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及输变电站技术领域，特别涉及一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置。

背景技术

随着我国输变电工程向高压、超高压和特高压方向发展，直流换流站中装备了大量的关键设备，如特高压直流换流阀。特高压直流换流阀悬挂安装在阀厅的框架上，是电力系统的抗震薄弱环节。因而，在抗震要求比较严格的区域，应对特高压直流换流阀进行抗震性能校核和检验。在传统技术中，对特高压直流换流阀进行抗震性能主要处于理论研究阶段，主要是基于ANSYS有限元软件建立单塔换流阀体的有限元模型,通过模态分析计算结构的动态特性,应用反应谱法计算换流阀塔的地震响应。但是，这种理论研究还缺乏试验检测验证，不利于特高压直流换流阀的结构优化设计。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置，可以对特高压直流换流阀抗震性能进行检测验证，以便于对其结构进行优化设计。

本实用新型解决其技术问题所述采用的技术方案如下：

一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置，包括吊装于阀厅下方的换流阀，与所述换流阀连接的反力支架，以及与所述换流阀连接的测试装置；

所述测试装置包括设置于所述换流阀上的多个测试传感器，与所述测试传感器连接的数据采集机构，以及与所述数据采集机构连接的数据分析机构；

所述换流阀包括吊装于阀厅下的多串长棒绝缘子，连接于多串所述长棒绝缘子下端的阀塔结构和防护屏蔽罩，以及连接于一串所述长棒绝缘子下端的避雷器串；两个所述防护屏蔽罩分别设置于所述阀塔结构的顶部和底部，所述避雷器串连接设置于所述阀塔结构一侧；

所述测试传感器包括设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩及避雷器串上的三向加速度传感器，设置于所述长棒绝缘子上的应力传感器，以及设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩上的位移传感器，所述加速度传感器、应力传感器及位移传感器均与所述数据采集机构连接。

下面对进一步技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述反力支架包括支架主体，设置于所述支架主体上的位移施加机构，以及连接所述位移施加机构和换流阀的连接绳。

在其中一个实施例中，所述反力支架设置为格构式反力架，所述位移施加机构设置为所述反力支架顶部的千斤顶。

在其中一个实施例中，所述换流阀还包括穿设在所述阀塔结构上的冷却水管；所述冷却水管包括由上到下穿设于所述阀塔结构一侧的进水管，以及由下到上穿设于所述阀塔结构另一侧的出水管，所述进水管与所述出水管在所述阀塔结构底部连通。

在其中一个实施例中，所述阀塔结构包括穿设于多串所述长棒绝缘子上的多个阀层单元，多个所述阀层单元均垂直设置并依次连接，每个所述阀层单元的中心均设置有一个所述三向加速度传感器。

在其中一个实施例中，所述换流阀包括一端连接于所述阀塔结构、另一端连接于所述避雷器串中点的连接杆件，所述避雷器串与所述连接杆件连接处设置有一个所述三向加速度传感器。

在其中一个实施例中，每个所述防护屏蔽罩的中心处设置有一个所述三向加速度传感器。

在其中一个实施例中，每串所述长棒绝缘子与每个所述阀层单元连接处、每串所述长棒绝缘子与每个所述防护屏蔽罩连接处、以及所述长棒绝缘子与所述避雷器串的顶部连接处均设置有一组所述应力传感器；

每组所述应力传感器包括沿所述长棒绝缘子轴向设置的多个所述应力传感器，且多个所述应力传感器分别位于所述长棒绝缘子伞裙底部下侧不同的方位。

在其中一个实施例中，每个所述防护屏蔽罩上、以及所述阀塔结构的中部均沿X向和Y向各设置有一个所述位移传感器，且每个所述位移传感器均靠近所述反力支架设置。

在其中一个实施例中，所述位移传感器均设置于靠近所述反力支架的一串所述长棒绝缘子上，且所述反力支架靠近所述换流阀的一侧设置有与所述位移传感器对应的位移测量参照点。

本实用新型具有如下有益效果：通过理论计算分析得出换流阀在地震时的受力状态，并针对换流阀的结构特点，设置相应的测试点，并对换流阀施加位移模拟地震时的受力状态，对换流阀进行加速度、应力及位移检测，以测量换流阀的响应状态；可以通过试验的方式对换流阀在地震时的受力状态进行模拟验证，找出换流阀在地震时的薄弱环节进行优化改进，以获得良好的抗震效果。

附图说明

图1是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置的前视结构示意图；

图2是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置的俯视及所述换流阀与连接绳连接处的局部放大结构示意图；

图3是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置的换流阀的左视结构示意图；

图4是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置加速度测试点时的前视结构示意图；

图5是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置加速度测试点时的横截面结构示意图；

图6是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置应力测试点时的前视结构示意图；

图7是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置应力测试点时的横截面结构示意图；

图8是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置位移测试点时的前视结构示意图；

图9是本实用新型所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置设置位移测试点时的横截面结构示意图。

附图标记说明：

100-换流阀，110-长棒绝缘子，120-阀塔结构，122-阀层单元，130-防护屏蔽罩，140-避雷器串，150-冷却水管，200-反力支架，210-连接绳。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中各图中相同的标号表示相同的部分。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不理解为对本实用新型的限制。

如图1至图2所示，本实用新型提出一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置，包括吊装于阀厅下方的换流阀100，与所述换流阀100连接的反力支架200，以及与所述换流阀100连接的测试装置。通过所述反力支架200可以向所述换流阀100施加位移，模拟所述换流阀100受地震作用时的位移情况，而通过所述测试装置就可以测试所述换流阀100在模拟地震作用下的响应状态。从而，就能够通过试验装置对特高压直流换流阀的抗震性能进行测试，测试所述换流阀100在地震作用下的受力状况，便于对所述换流阀100的结构进行优化改进，使其具有良好的抗震性能。

此外，如图3所示，所述换流阀100包括吊装于阀厅下的多串长棒绝缘子110，连接于多串所述长棒绝缘子110下端的阀塔结构120和防护屏蔽罩130，以及连接于一串所述长棒绝缘子110下端的避雷器串140。两个所述防护屏蔽罩130分别设置于所述阀塔结构120的顶部和底部，所述避雷器串140连接设置于所述阀塔结构120一侧。这样，两个所述防护屏蔽罩130从顶部和底部两端对所述阀塔结构120进行屏蔽，而所述避雷器串140可为所述阀塔结构120进行避雷，并利用多串所述长棒绝缘子110将阀塔结构120、防护屏蔽罩130及避雷器串140吊装在阀厅下。此外，所述换流阀100还可包括穿设在所述阀塔结构120上的冷却水管150，用于对所述阀塔结构120进行冷却降温。而且，所述冷却水管150包括穿设在所述阀塔结构120上的进水管和出水管，可以对所述阀塔结构120进行循环冷却。具体地，所述冷却水管150包括由上到下穿设于所述阀塔结构120一侧的所述进水管，以及由下到上穿设于所述阀塔结构120另一侧的所述出水管，所述进水管与所述出水管在所述阀塔结构120底部连通。此外，所述冷却水管150设置于所述阀塔结构120的中部位置，使所述阀塔结构120受力均匀。

此外，所述反力支架200包括固定于地面上的支架主体，设置于所述支架主体上的位移施加机构，以及连接所述位移施加机构和换流阀100的连接绳210。所述反力支架200固定设置于所述换流阀100的一侧，通过所述支架主体上设置的位移施加机构可以对所述换流阀100施加位移，当达到位移目标值时，所述位移施加机构可以松开所述连接绳210，使所述换流阀100自由摆动，模拟所述换流阀受到地震作用时的受力状态，便于对所述换流阀100进行测试。而且，在本实施例中，所述反力支架200可设置为格构式反力架，格构式反力架是指由型钢、钢管或组合截面杆件连接而成的杆系结构所形成的反力架，结构的自重轻，便于承受横向载荷(即便于承受横向施加位移时的力)。而所述位移施加机构可设置为千斤顶，简单方便。将所述千斤顶设置在所述支架主体的顶部，通过所述千斤顶可以横向拉动所述连接绳210，从而利用连接所述千斤顶和换流阀100的连接绳210向所述换流阀100施加位移。

此外，所述测试装置包括设置于所述换流阀100上的多个测试传感器，与所述测试传感器连接的数据采集机构，以及与所述数据采集机构连接的数据分析机构。通过所述测试传感器可以测试所述换流阀100在模拟地震时的各种状态信息，而所述数据采集机构可对这些测试信息进行采集，并将采集的信息输送到所述数据分析机构进行处理分析。具体地，所述测试传感器包括设置于所述阀塔结构120、防护屏蔽罩130及避雷器串140上的三向加速度传感器，通过所述三向加速度传感器可以检测所述阀塔结构120、防护屏蔽罩130及避雷器串140在模拟地震时的三向(X向、Y向、Z向)加速度；设置于所述长棒绝缘子110上的应力传感器，所述应力传感器可检测所述长棒绝缘子110在模拟地震时的应力情况；以及设置于所述阀塔结构120、防护屏蔽罩130上的位移传感器，所述位移传感器可检测所述阀塔结构120、防护屏蔽罩130在模拟地震时的位移情况。而且，所述加速度传感器、应力传感器及位移传感器均与所述数据采集机构连接，可将测得的减速度信息、应力信息、位移信息均传输给所述数据采集机构。

而且，如图4至5所示，所述阀塔结构120包括穿设于多串所述长棒绝缘子110上的多个阀层单元122(每个所述阀层单元可包括两个晶闸管阀模块和一个反应器模块)，多个所述阀层单元122均垂直设置并依次连接(形成多层塔状)，每个所述阀层单元122的中心均设置有一个所述三向加速度传感器(Ax，Ay，Az)。由于每个所述阀层单元122的重心位于阀层中央处，因此每个所述阀层单元122中央处设置所述三向加速度传感器，以获取所述阀塔结构120的三向加速度(每个所述三向加速度传感器用于获取对应的所述阀层单元122的三向加速度)。此外，所述三向加速度传感器数量根据所述阀塔结构120的设备层数决定，在本实施例中所述阀塔结构120具有四个所述阀层单元122，因此就在所述阀塔结构120上设置有四个所述三向加速度传感器。

而且，所述换流阀100还包括一端连接于所述阀塔结构120、另一端连接于所述避雷器串140中点的连接杆件，所述避雷器串140与所述连接杆件连接处设置有一个所述三向加速度传感器(Ax，Ay，Az)。此外，所述防护屏蔽罩130设置为环状，其重心位于中心处。因此，每个所述防护屏蔽罩130的中心处设置有一个所述三向加速度传感器(Ax，Ay，Az)。这样，在本实施例中，所述换流阀100上可设置有七个所述三向加速度传感器，分别为(Ax-1，Ay-1，Az-1)、(Ax-2，Ay-2，Az-2)、(Ax-3，Ay-3，Az-3)、(Ax-4，Ay-4，Az-4)、(Ax-5，Ay-5，Az-5)、(Ax-6，Ay-6，Az-6)、(Ax-7，Ay-7，Az-7)。物体的加速度在重心处表现最准确可靠，因此在所述换流阀100的重心上设置所述三向加速度传感器，能够更好地测量所述换流阀的X向、Y向、Z向的加速度。

此外，如图6至7所示，在地震作用下，所述换流阀100的应力主要体现在所述长棒绝缘子110与所述阀塔结构120、防护屏蔽罩130、避雷器串140的连接处，因此在每串所述长棒绝缘子110与每个所述阀层单元122连接处、每串所述长棒绝缘子110与每个所述防护屏蔽罩130连接处、以及所述长棒绝缘子110与所述避雷器串140的顶部连接处均设置有一组所述应力传感器As，用于检测所述长棒绝缘子110连接处的应力变化。而且，每组所述应力传感器包括沿所述长棒绝缘子110轴向设置的多个所述应力传感器，且多个所述应力传感器分别位于所述长棒绝缘子110伞裙底部下侧不同的方位。在本实施例中，每组所述应力传感器包括有四个所述应力传感器，分别贴设在所述长棒绝缘子的外周面的四个方向，测量所述长棒绝缘子110的沿自身轴线方向的应变，检测准确可靠。而且，在本实施例中，共设置有七串所述长棒绝缘子110，其中六串所述长棒绝缘子110与所述阀塔结构120及防护屏蔽罩130连接，一串所述长棒绝缘子110与所述避雷器串140连接。因此，在本实施例中，与所述阀塔结构120及防护屏蔽罩130连接的六串所述长棒绝缘子110上设置有三十六组所述应力传感器(每个所述阀层单元、防护屏蔽罩上均设置有六组)，分别为As-1，As-2，As-3，As-4，As-5，As-6，As-7，As-8，As-9，As-10，As-11，As-12，As-13，As-14，As-15，As-16，As-17，As-18，As-19，As-20，As-21，As-22，As-23，As-24，As-25，As-26，As-27，As-28，As-29，As-30，As-31，As-32，As-33，As-34，As-35，As-36。此外，在所述避雷器串140与一串所述长棒绝缘子110的连接处也设置有一组所述应力传感器As-37。此外，所述应力传感器设置为贴片式结构，便于安装设置于所述长棒绝缘子110上。

此外，如图8至9所示，每个所述防护屏蔽罩130上、以及所述阀塔结构120的中部均沿X向和Y向各设置有一个所述位移传感器Ux，且每个所述位移传感器Ux均靠近所述反力支架200设置。因为对于所述换流阀100的位移作用是通过所述反力支架200施加的，所以靠近所述反力支架200的换流阀100的部分结构受到的位移作用最为明显，是最合适的位移测量点。而所述换流阀100的位移测量点的位移测量参照点设置在静止的所述反力支架200靠近所述换流阀的一侧，使得对所述换流阀100的位移测量简单方便。在本实施例中，所述位移传感器均设置于靠近所述反力支架200的一串所述长棒绝缘子110上，且所述反力支架110靠近所述换流阀120的一侧设置有与所述位移传感器对应的所述位移测量参照点。具体地，可设置六个所述位移传感器(X向设置三个，Y向设置三个)，分别为Ux-1、Ux-2，Ux-3，Ux-4，Ux-5，Ux-6。这些位移传感器也可以设置在靠近所述反力支架200的一串所述长棒绝缘子110上。此外，也可以设置十二个所述位移传感器，分别在X向设置六个，Y向设置六个，即分别在每个所述阀层单元、防护屏蔽罩处各设置两个所述位移传感器(X向设置一个，Y向设置一个)。

此外，所述特高压直流换流阀抗震性能试验装置的试验方法包括如下步骤：

S100、获取换流阀100在地震作用下的理论位移值。即首先通过数值仿真，计算换流阀100在地震作用下的自身位移，再依据此计算结果对换流阀100进行试验；

S200、分别在换流阀100上设置加速度测试点、应力测试点及位移测试点；

具体地，在步骤S200中，还包括如下步骤，即在换流阀100上设置加速度测试点，以获取换流阀100在地震作用下的加速度响应状态：

在换流阀100的阀塔结构120的每个阀层单元122的中心均设置有一个三向加速度传感器，以获取阀塔结构120的三向加速度，三向加速度传感器的数量根据阀塔结构120的设备层数决定；

在每个防护屏蔽罩130的中心处设置有一个所述三向加速度传感器，以获取防护屏蔽罩130的三向加速度；

在避雷器串140的中点与阀塔结构120连接处设置一个三向加速度传感器，以获取避雷器串140的三向加速度。

此外，在步骤S200中，还包括如下步骤，即在换流阀100上设置应力测试点，以获取换流阀100在地震作用下的应力响应状态：

在每串长棒绝缘子110与阀塔结构120的每个阀层单元122连接处、每串长棒绝缘子110与每个防护屏蔽罩130连接处、以及长棒绝缘子110与避雷器串140的顶部连接处均设置一组应力传感器，测量长棒绝缘子110沿自身轴线方向的应变；

将每组应力传感器的多个应力传感器沿所述长棒绝缘子110轴向设置，并将多个应力传感器分别设置于长棒绝缘子110伞裙底部下侧不同的方位上。

而且，在步骤S200中，还包括如下步骤，即在换流阀100上设置位移测试点，以获取换流阀100在地震作用下的位移响应状态：

在每个防护屏蔽罩130上、以及阀塔结构120的中部均沿X向和Y向各设置一个位移传感器，并使每个位移传感器均靠近反力支架200，测量阀塔结构120及防护屏蔽罩130的X向和Y向位移。

S300、对换流阀施加位移，进行测试。具体地，在步骤S300，还包括如下步骤：

S310、通过数值计算获得在地震作用下换流阀100沿水平X向的最大位移值DX和沿水平Y向的最大位移值DY；

S320、以DX、DY两个最大位移值为目标，分别在换流阀100的X和Y向施加位移；通过钢绞绳(即连接绳)连接反力支架200与换流阀100的主梁，并通过反力支架200上设置的位移施加机构给换流阀100施加位移，当施加位移达到目标值后，松开钢铰绳与反力支架的连接使换流阀自由摆动，并测量换流阀的响应状态。

而且，具体试验工况可安排如下：

即分别对所述换流阀施加上述表格中的位移值(X向和Y向各施加四个位移值进行检测)，并对所述换流阀100的响应状态(加速度响应状态、应力响应状态及位移响应状态)进行测试，并对测试结果进行计算分析，可与理论值进行验证，并可找出所述换流阀100在地震时的实际薄弱环节进行优化改进。

本实用新型提出的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，通过理论计算分析得出换流阀在地震时的受力状态，并针对换流阀的结构特点，设置相应的测试点，并对换流阀施加位移模拟地震时的受力状态，对换流阀进行加速度、应力及位移检测，以测量换流阀的响应状态；可以通过试验的方式对换流阀在地震时的受力状态进行模拟验证，找出换流阀在地震时的薄弱环节进行优化改进，以获得良好的抗震效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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

Claims (10)

1.一种特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，包括吊装于阀厅下方的换流阀，与所述换流阀连接的反力支架，以及与所述换流阀连接的测试装置；

所述测试装置包括设置于所述换流阀上的多个测试传感器，与所述测试传感器连接的数据采集机构，以及与所述数据采集机构连接的数据分析机构；

所述换流阀包括吊装于阀厅下的多串长棒绝缘子，连接于多串所述长棒绝缘子下端的阀塔结构和防护屏蔽罩，以及连接于一串所述长棒绝缘子下端的避雷器串；两个所述防护屏蔽罩分别设置于所述阀塔结构的顶部和底部，所述避雷器串连接设置于所述阀塔结构一侧；

所述测试传感器包括设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩及避雷器串上的三向加速度传感器，设置于所述长棒绝缘子上的应力传感器，以及设置于所述阀塔结构、防护屏蔽罩上的位移传感器，所述加速度传感器、应力传感器及位移传感器均与所述数据采集机构连接。

2.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述反力支架包括支架主体，设置于所述支架主体上的位移施加机构，以及连接所述位移施加机构和换流阀的连接绳。

3.根据权利要求2所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述反力支架设置为格构式反力架，所述位移施加机构设置为所述反力支架顶部的千斤顶。

4.根据权利要求1所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述换流阀还包括穿设在所述阀塔结构上的冷却水管；所述冷却水管包括由上到下穿设于所述阀塔结构一侧的进水管，以及由下到上穿设于所述阀塔结构另一侧的出水管，所述进水管与所述出水管在所述阀塔结构底部连通。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述阀塔结构包括穿设于多串所述长棒绝缘子上的多个阀层单元，多个所述阀层单元均垂直设置并依次连接，每个所述阀层单元的中心均设置有一个所述三向加速度传感器。

6.根据权利要求5所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述换流阀包括一端连接于所述阀塔结构、另一端连接于所述避雷器串中点的连接杆件，所述避雷器串与所述连接杆件连接处设置有一个所述三向加速度传感器。

7.根据权利要求5所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，每个所述防护屏蔽罩的中心处设置有一个所述三向加速度传感器。

8.根据权利要求5所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，每串所述长棒绝缘子与每个所述阀层单元连接处、每串所述长棒绝缘子与每个所述防护屏蔽罩连接处、以及所述长棒绝缘子与所述避雷器串的顶部连接处均设置有一组所述应力传感器；

每组所述应力传感器包括沿所述长棒绝缘子轴向设置的多个所述应力传感器，且多个所述应力传感器分别位于所述长棒绝缘子伞裙底部下侧不同的方位。

9.根据权利要求5所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，每个所述防护屏蔽罩上、以及所述阀塔结构的中部均沿X向和Y向各设置有一个所述位移传感器，且每个所述位移传感器均靠近所述反力支架设置。

10.根据权利要求9所述的特高压直流换流阀抗震性能试验装置，其特征在于，所述位移传感器均设置于靠近所述反力支架的一串所述长棒绝缘子上，且所述反力支架靠近所述换流阀的一侧设置有与所述位移传感器对应的位移测量参照点。