一种用于换流阀的振动控制装置的制作方法

本发明涉及换流设备技术领域，具体涉及一种用于换流阀的振动控制装置。

背景技术：

随着高压直流输电技术的发展，直流输电在中国电网的构成中，尤其是“西电东送”中发挥了巨大的作用。作为电力来源的西南地区，其处于地震多发地带，相关的电力设备在地震作用下的安全性需要受到关注。换流阀是超高压及特高压直流输电系统的最为重要的设备之一，地震作用下换流阀的抗震性能是确保输电系统安全可靠运行的关键。换流阀价格昂贵，换流站成套设备中换流阀的价格约占总价的25％，换流阀在地震中如果发生破坏会造成经济上的重大损失。

换流阀悬挂于换流阀厅的钢结构屋架上，类似于悬挂钟摆体系。这种悬挂结构有效地减小了换流阀塔自身受到的地震作用，使得阀塔的应力响应大大减小。但是由于阀塔本身的水平刚度过小，若地面输入地震波的低频成分丰富，则地震作用下阀塔产生的水平位移可以超过1m，可能导致阀厅内与阀塔连接的金具的破坏。阀厅内设备众多且各设备间耦联关系复杂，在特高压换流阀厅内阀塔的巨大的水平位移可能导致阀厅内电气设备的绝缘问题，危及整个换流站的安全运行。由于目前还有没有可靠的技术能让特高压换流站准确无误地在地震波到来前及时切断电源，所以必须保证换流阀在地震作用下不产生过大位移以防止阀厅内出现闪络现象。此外，由于悬吊绝缘子长细比过大，在竖向地震作用下其有可能发生受压屈曲，从而导致阀塔在竖向产生瞬时的冲击作用，产生巨大的竖向加速度响应和应力响应。

在规范中，除了换流阀以外的悬吊类结构被要求通过与地面拉结来限制其水平向的位移。但是对于换流阀目前对于暂没有统一和有效的方案来限制其水平位移。瑞典ABB公司曾使用底部支柱式液压阻尼器装置限制低电压等级换流阀的水平位移并取得了成功。但是当电压等级提升到800kV时，换流阀所需的绝缘距离也随之提高，当换流阀底部离地面距离较大时，支柱式液压阻尼器的限位效果大大减弱，支柱自身在地震下的安全性也受到威胁。所以对于特高压换流阀塔，这种振动控制方案难以奏效。

将悬挂类设备与地面拉结是一种简单有效的能减小其水平位移的方法。在多种不同结构类型的换流阀塔中，部分阀塔的底层屏蔽罩并没有完全遮蔽换流阀的受力框架，使得将换流阀底部与地面拉结成为可能。且根据现有技术，换流阀塔与地面拉结后的杂散电容问题亦可以得到解决。

但作为精密的电气设备，换流阀塔上的各类设备无法承受过大的加速度及应力。若直接将换流阀通过交叉斜撑形式的绝缘子与地面拉结，则在水平地震作用下，有一端绝缘子会受压屈曲，从而产生水平向的瞬时冲击，造成巨大的水平加速度。若将换流阀直接通过竖向的张拉绝缘子与阀塔相连，则会在悬吊绝缘子中产生巨大的拉力，可能将换流阀厅的钢屋架拉跨。当换流阀悬挂于阀厅屋顶时，换流阀的基频与阀厅基频差距很大，所以在低阶振型上阀厅与阀塔不会发生共振。若直接将阀厅与地面相连，则阀塔的基频必定会有所升高，如果连接刚度过大则可能导致阀塔的基频与阀厅基频接近而产生共振。所以仅仅将换流阀塔直接与地面相连亦无法解决换流阀塔的振动控制问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、易于安装、限位效果及振动控制效果好的用于换流阀的振动控制装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于换流阀的振动控制装置，所述换流阀的顶部通过若干悬吊绝缘子固定在阀厅上，换流阀的底部通过若干耐张绝缘子与地面斜向拉结，每个所述耐张绝缘子通过阻尼装置与地面连接，所述阻尼装置包括上连接板、下连接板以及设置在两块连接板之间的若干弹簧及阻尼器，所述上连接板通过上双向铰链与所述耐张绝缘子的下端连接，所述下连接板通过下双向铰链与地面连接。

由于特高压换流阀塔在地震作用下可能产生巨大的水平位移，本发明提出使用耐张绝缘子将换流阀底部与地面拉结的限位方法，同时在耐张绝缘子与地面连接处，设置阻尼装置并施加预张力，以限制其水平位移。耐张绝缘子用于换流阀的电气绝缘，且与地面呈一定的倾角。阻尼装置用于提供与阀塔运动方向相反的阻尼力，并通过耐张绝缘子将阻尼力传递到阀塔上，用于限制水平位移。由于底部的耐张绝缘子属于细长结构，一旦受压自身会产生屈曲而无法承受荷载，所以需要保证耐张绝缘子维持受拉状态以传递阻尼力，因此需要通过弹簧维持预张力。

所述的弹簧均匀对称地设置在阻尼器的外围，多个弹簧产生的合力与所述阻尼器的中心重合。

所述的弹簧的个数为2、4、6或8。

阻尼器优选为液压阻尼器。

上述装置中，针对不同的换流阀，所需的斜拉距离、阻尼器阻尼系数、弹簧刚度和预张力大小都是不一样的，具体计算过程如下：

根据阀厅内设备布置图确定斜拉距离的允许范围，根据现有阻尼器产品和弹簧产品确定阻尼器阻尼系数允许范围，根据阀塔的质量及悬吊绝缘子强度确定预张力允许范围。根据四个待定参数允许范围，排列组合出多个参数组合。

将阀厅-阀塔结构体系离散为多自由度结构体系，并根据体系的质量和刚度参数建立多自由度体系运动方程。

对该体系输入多条地震波进行时程分析运算，并输出结构的位移和应力等结果。对所有参数组合的结果进行分析，选择其中位移和应力峰值均较小的参数组合作为该振动控制体系的最佳参数组合。

所述的下连接板的中心设有花篮螺栓，所述花篮螺栓通过下双向铰链与地面连接。

地面上设有支座，所述支座包括楔形的底座以及固定于底座上的预埋件，所述预埋件通过下双向铰链与所述花篮螺栓铰接。花篮螺栓用于安装时调节安装高度，以便在各张拉杆件中均匀施加预张力。同时，花篮螺栓可以用于微调预张力大小，以防各张拉杆件中预张力差异过大。

所述底座与地面所成的角度和耐张绝缘子与垂直方向所成的角度相同。

所述的悬吊绝缘子的数量和耐张绝缘子的数量相同，使得传力直接，以防在阀塔内部产生过大应力。这样的设置，可以将上层悬吊绝缘子的力直接传递到耐张绝缘子上，如果两者数量不等，那么阀塔的主梁就会承受一个很大的跨中力。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)通过阻尼器限制阀塔的水平位移，通过弹簧的预张力防止耐张绝缘子屈曲，保证换流阀的限位效果及振动控制效果，且不影响设备的正常电气功能，尤其适用于高地震烈度区的特高压换流阀塔；

(2)设置花篮螺栓用于安装时调节安装高度，以便在各张拉杆件中均匀施加预张力，安装方便。

附图说明

图1为本发明在换流阀塔上的安装位置示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为地面上支座的结构示意图；

图4为4自由度阀厅-阀塔理论分析模型示意图。

其中，1为换流阀，2为耐张绝缘子，3为阻尼装置，4为支座，5为斜拉距离，6为阀厅，7为悬吊绝缘子，8为上双向铰链，9为上连接板，10为液压阻尼器，11为弹簧，12为下连接板，13为花篮螺栓，14为下双向铰链，15为预埋件，16为底座，17为阀厅等效点，18为悬吊绝缘子等效杆件，19为换流阀等效点，20为耐张绝缘子等效杆件。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于换流阀的振动控制装置，其安装位置如图1所示，换流阀1的顶部通过若干悬吊绝缘子7固定在阀厅6上，换流阀1的底部通过若干耐张绝缘子2与地面斜向拉结，具有一个斜拉距离5，每个耐张绝缘子2通过阻尼装置3与地面上的支座4连接.。悬吊绝缘子7的数量和耐张绝缘子2的数量相同，以防在阀塔内部产生过大应力。

其中，阻尼装置的结构如图2所示，阻尼装置包括上连接板9、下连接板12以及设置在两块连接板之间的若干弹簧11及液压阻尼器10，弹簧11及液压阻尼器10的两端分别焊接在上连接板9和下连接板12上，上连接板9通过上双向铰链8与耐张绝缘子2的下端连接，下连接板12通过下双向铰链14与地面连接。

弹簧11均匀对称地设置在阻尼器的外围，多个弹簧11产生的合力与阻尼器的中心重合。

下连接板12的中心设有花篮螺栓13，花篮螺栓13通过下双向铰链14与地面连接。花篮螺栓13用于安装时调节安装高度，以便在各张拉杆件中均匀施加预张力。花篮螺栓13可以用于微调预张力大小，以防各张拉杆件中预张力差异过大。

地面上设有支座，支座包括楔形的底座16以及固定于底座16上的预埋件15，其结构如图3所示，预埋件15通过下双向铰链与花篮螺栓铰接。

底座16与地面所成的角度和耐张绝缘子2与垂直方向所成的角度相同。

根据换流阀的电气绝缘要求及电气设备安全要求选定位移控制要求，并根据阀厅内的换流阀及其它设备的布置情况设定振动控制装置的斜拉距离。根据阀厅的强度及换流阀的机械强度设定悬吊绝缘子中能允许的最大拉力。

将阀厅-阀塔结构体系离散为4自由度结构体系，如图4所示。将阀厅等效为两自由度等效质量点17，将所有悬吊绝缘子等效为等效杆件18，将换流阀本体等效为质量点19，将耐张绝缘子等效为两根等效杆件20。根据体系的质量和刚度参数建立多自由度体系运动方程，其中需要考虑几何非线性。

对该体系输入多条地震波进行时程分析运算，并输出结构的位移和应力等结果。

对所有参数组合的结果进行分析，剔除耐张绝缘子中出现压力的参数组合，选择其中位移和应力峰值均较小的参数组合作为该振动控制体系的最佳参数组合。

将理论模型中获取的多组满足限值要求的参数组合输入到阀厅-换流阀数值仿真模型中，计算整体结构在三向地震波下的位移响应及悬吊绝缘子张力，从所有结果中选择位移达到要求且悬吊绝缘子中张力最小的参数组合。以上计算可以确定阻尼装置中弹簧的刚度、液压阻尼器阻尼系数和耐张绝缘子的预张力。

根据阻尼装置中弹簧的刚度、液压阻尼器阻尼系数选用现有的弹簧及液压阻尼器。根据下部耐张绝缘子中张力的大小选用强度符合要求的绝缘子、双向铰接、花篮螺栓和预埋件。

实施时，根据斜拉距离在阀厅内地面上浇筑并建造钢筋混凝土底座，底座内需要设置足够的钢筋抵抗预张力。现场首先将耐张绝缘子与阻尼装置连接，在换流阀厅钢屋架上悬吊好换流阀后，将耐张绝缘子与换流阀连接。在阻尼装置的下连接板施加预张力，此过程中弹簧和液压阻尼器将产生明显的变形。施加过程中需要控制施加速率，且各振动控制装置需要同时施加预张力。预张力施加完毕后，调节花篮螺栓长度，使得下双向铰链与预埋件可以可靠连接后，释放预张力。之后可通过调节花篮螺栓对施加的预张力进行微调，以保证张力达到目标值且各振动控制装置中的张力均衡。