一种用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的制作方法

本发明涉及一种用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统。

背景技术：

海上风电柔性直流输电领域中，风场将电能汇集至海上升压站，升压变压器升压后经海上换流站高压大容量的换流器将交流换成直流，再经过海底直流电缆输送至岸上换流站并入陆上电网系统。换流阀作为柔性直流输电工程的核心单元，在运行过程中会产生大量的热，所以换流阀冷却系统（以下简称阀冷系统）就成为直流输电工程的核心设备。目前常用的换流阀稳压方式有氮气稳压方式。

氮气稳压方式为在阀冷系统中施加一定压力的氮气，通过恒定压力的氮气维持阀冷系统中的压力和容纳阀冷系统中冷却介质因温度变化而引起的体积变化。目前常规的阀冷氮气稳压系统均是在陆地上使用，氮气消耗完后运维人员能很方便的进行更换，而海上换流阀冷却系统由于其冷却介质容积较大，冷却介质容积受环境温度变化以及换流阀功率变化引起的体积变化比较明显，当环境温度发生变化或换流阀功率发生变化后，阀冷系统改为了达到系统压力稳定的效果，需要频繁向阀冷氮气稳压系统中补气和排气，排气是直接排放入大气中，存在氮气消耗量高的缺点，而由于海上距离陆地较远，氮气频繁补气的过程增加了阀冷氮气稳压系统的运维成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统，以解决现有技术中的阀冷氮气稳压系统气体消耗量大且应用在海上时运维成本高的技术问题。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统采用如下技术方案：

一种用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统，包括：

膨胀罐；

补气管路，串接有补气缓冲罐和储气罐接口，储气罐接口用于与氮气罐连接，补气缓冲罐与膨胀罐之间的管路中串接有补气阀门；

排气管路，串接有排气缓冲罐，排气缓冲罐与膨胀罐之间的管路中串接有排气阀门；

回收管路，连接在排气缓冲罐与补气缓冲罐之间，其上串接有压缩机，用于将排气缓冲罐中的气体压缩并回收至补气缓冲罐内；

膨胀罐和补气缓冲罐均配置有压力检测装置；

用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统还包括控制器，控制器可控制各阀门以及压缩机的开启和关闭；

在补气缓冲罐压力低于补气预设值时，控制器通过补气管路向补气缓冲罐内补充气体；在膨胀罐的压力低于最低预设值时，控制器打开补气阀门以向膨胀罐内补气，在膨胀罐压力高于最高预设值时，控制器打开排气阀门，以将膨胀罐内的气体排出至排气缓冲罐。

本发明的有益效果是：本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统中，在控制器对各个阀门的控制作用下，可通过补气管路、排气管路实现膨胀罐中气体压力的平衡，回收管路可将膨胀罐中排出气体回收至补气缓冲罐，以减少阀冷氮气稳压系统中气体的消耗量，并且还可减少向阀冷氮气稳压系统中补气的次数，降低阀冷氮气稳压系统应用在海上时的运维成本。

进一步地，所述补气阀门、排气阀门与膨胀罐之间通过三通连接。

其有益效果是：上述结构设置可减少膨胀罐上设置的接口数量，以简化膨胀罐的结构，便于管路连接。

进一步地，所述补气管路中连接有至少两条补气支路，补气支路用于串接在氮气罐与补气缓冲罐之间，各补气支路中均设置有补气支路阀门。

其有益效果是：上述结构设置可在其中一条补气支路中没有气体或者阀门故障无法供气时，通过其余补气支路向补气缓冲罐内补气，以确保补气管路及整个阀冷氮气稳压系统的正常工作。

进一步地，所述补气管路中有两条，两条补气支路与补气缓冲罐之间通过三通连接。

其有益效果是：上述结构设置可减少补气缓冲罐上设置的接口数量，简化补气缓冲罐的结构，便于管路连接。

进一步地，所述补气支路中连接有至少三个所述储气罐接口，各储气罐接口均配置有储气罐阀门。

其有益效果是：上述结构设置可在其中一个氮气罐无气或储气罐阀门故障时，通过该补气支路中的其余氮气罐向补气缓冲罐内补气，以确保补气支路、补气管路以及整个阀冷氮气稳压系统的正常工作。

进一步地，所述排气缓冲罐配置有压力检测装置，所述回收管路中串接有回收阀门，在排气缓冲罐的压力低于排气预设值时，压缩机和回收阀门均处于关闭状态，在排气缓冲罐的压力高于排气预设值时，控制器打开压缩机和回收阀门，以将排气缓冲罐内的气体回收至补气缓冲罐内。

其有益效果是：上述结构设置可在当排气缓冲罐的压力低于排气预设值时，使压缩机处于关闭状态，仅在当排气缓冲罐的压力高于排气预设值时，使压缩机开始工作，可避免压缩机空转，减小整个阀冷氮气稳压系统中的能量损耗。

进一步地，所述回收管路中串接有回收管路止回阀，该回收管路止回阀连接在压缩机与补气缓冲罐之间。

其有益效果是：上述结构设置避免回收管路中的气体逆流而导致压缩机损坏。

进一步地，所述补气阀门、排气阀门均为电磁阀，所述控制器控制电磁阀的开启，以实现阀冷氮气稳压系统的自动控制。

其有益效果是：补气阀门、排气阀门均为通过控制器控制的电磁阀，以便于通过控制器对各阀门的控制。

附图说明

图1是本发明用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例1中用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的管路布局示意图；

图中：1-膨胀罐，2-补气管路，3-排气管路，4-补气缓冲罐，5-补气阀门，6-第一补气支路，7-第二补气支路，8-氮气罐，9-第一补气支路阀门，10-第二补气支路阀门，11-储气罐阀门，12-储气罐止回阀，13-排气缓冲罐，14-排气阀门，15-回收管路，16-压缩机，17-回收阀门，18-回收管路止回阀，19-压力变送器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例1：

如图1所示，本实施例中的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统（以下简称阀冷氮气稳压系统）包括膨胀罐1，膨胀罐1中用于通入氮气以及换流阀中的冷却介质，本发明的阀冷氮气稳压系统主要通过改变膨胀罐1中的氮气量，以使膨胀罐1中的压力维持在一定的范围内，从而使换流阀冷却系统中冷却介质的压力维持在一定的范围内。

具体的，本实施例中，如图1所示，阀冷氮气稳压系统包括向膨胀罐1中补充氮气的补气管路2，还包括将膨胀罐1中的氮气排出的排气管路3。补气管路2中串接有补气缓冲罐4和储气罐接口，储气罐接口用于与氮气罐8连接，补气缓冲罐4与膨胀罐1之间连接有补气阀门5，补气管路2中连接有两条补气支路，分别为第一补气支路6和第二补气支路7，各补气支路一端用于通过储气罐接口连接氮气罐8，另一端通过三通与补气缓冲罐4连接，以通过补气支路向补气缓冲罐4中补充氮气。第一补气支路6中串接有第一补气支路阀门9以及三个储气罐接口，第二补气支路7中串接有第二补气支路阀门10以及三个储气罐接口。靠近各储气罐接口位置处均配置有储气罐阀门11，在储气罐阀门11与储气罐接口之间还设置有储气罐止回阀12，以避免补气支路中的氮气倒流进入氮气罐8内。

本实施例中，如图1所示，排气管路3连接在排气缓冲罐13与膨胀罐1之间，排气管路3中还串接有排气阀门14，打开排气阀门14后可将膨胀罐1中的氮气沿排气管路3排出至排气缓冲罐13内。

本实施例中，如图1所示，阀冷氮气稳压系统还包括连接在排气缓冲罐13与补气缓冲罐4之间的回收管路15，回收管路中串接有压缩机16和回收阀门17，在回收阀门17和压缩机16均开启的条件下，回收管路15可将排气缓冲罐13中的氮气回收至膨胀罐1中。在压缩机16与补气缓冲罐4之间还连接有回收管路止回阀18，该回收管路止回阀18可避免回收管路15中的气体倒流而对压缩机16造成损坏。

本实施例中，阀冷氮气稳压系统还包括控制器（图1中未示出），如图1所示，膨胀罐1、补气缓冲罐4以及排气缓冲罐13上均配置有压力检测装置，该压力检测装置具体为压力变送器19，以分别对膨胀罐1、补气缓冲罐4和排气缓冲罐13内的压力进行检测，并将各压力信号传递给控制器，以通过控制器控制阀冷氮气稳压系统中各阀门以及压缩机16的开启与关闭。

具体的，本实施例中，各罐体均设置有压力预设值，补气缓冲罐4中的补气预设值为a，膨胀罐1中的压力预设值为b，排气缓冲罐13中的排气预设值为c，其中a、b、c的单位均为mpa，设定补气缓冲罐4中的压力具有最低补气预设值a-0.01mpa和最高补气预设值a+0.01mpa，膨胀罐1内的压力具有最低预设值b-0.02mpa和最高预设值b+0.02mpa，以使补气缓冲罐4中的压力稳定在±0.01mpa范围内，膨胀罐1内的压力稳定在±0.02mpa的范围内，实现阀冷氮气稳压系统中膨胀罐1内的压力平衡，并且确保补气缓冲罐4中始终具有向膨胀罐1提供的氮气。

需要说明的是，在上述预设值中a、b、c根据阀冷氮气稳压系统的工况取值，需要满足a-0.01mpa＞b+0.02mpa且b-0.02mpa＞c，即a＞b+0.03mpa且b-0.02mpa＞c。

本实施例中，氮气稳定系统具体的工作过程中，如图1所示，当补气缓冲罐4中的压力小于a-0.01mpa时，在控制器的控制作用下，第一补气支路6中的第一补气支路阀门9开启，第一补气支路6上连接n1氮气罐的vc01储气罐阀门开启，以使n1氮气罐向补气缓冲罐4内补充氮气。

当2分钟后补气缓冲罐4中的压力有所增加，但始终低于最低补气预设值a-0.01mpa，则依次打开n2氮气罐和n3氮气罐对应的vc02储气罐阀门和vc03储气罐阀门，直至补气缓冲罐4中的压力达到补气预设值，然后关闭第一补气支路阀门9以及所有储气罐阀门11，完成对补气缓冲罐4的补气过程。在向补气缓冲罐4补气的过程中，如果第一补气支路6中所有的阀门均打开后，不能使补气缓冲罐4内的压力达到补气预设值，则打开第二补气支路阀门10，并依次打开n4氮气罐、n5氮气罐和n6氮气罐对应的vc04储气罐阀门、vc05储气罐阀门和vc06储气罐阀门，直至补气完成。

打开第一补气支路阀门9和vc01储气罐阀门，在向补气缓冲罐4内补气的过程中，当2分钟内控制器检测到补气缓冲罐4内的压力无任何变化，则关闭vc01储气罐阀门，同时打开与n2氮气罐连接的vc02储气罐阀门，并发出vc01储气罐阀门故障报警信息；与n2氮气罐连接的vc02储气罐阀门控制和故障判断原理同vc01储气罐阀门类似，当vc02储气罐阀门故障时，关闭vc02储气罐阀门同时打开vc03储气罐阀门；与n3氮气罐连接的vc03储气罐阀门控制和故障判断原理同vc01储气罐阀门类似，但当vc03储气罐阀门同样被判断出故障后，控制器将关闭第一补气支路6中的所有阀门，并打开第二补气支路阀门10以及vc04储气罐阀门，以通过第二补气支路7以向补气缓冲罐4供气。第二补气支路7的控制原理和第一补气支路6的控制原理相同，此处不再赘述。

本实施例中，如图1所示，补气管路2中连接有两条补气支路，各支路中均设置一个补气支路阀门和三个储气罐接口，且每个储气罐接口均配置储气罐阀门11的设置可在其中一个阀门故障时，通过切换其他阀门以完成对补气缓冲罐4的补气过程，以确保阀冷氮气稳压系统的正常工作。

本实施例中，如图1所示，当补气缓冲罐4中的压力高于最高补气预设值a+0.01mpa时，关闭补气管路2中的所有阀门，完成补气缓冲罐4的补气操作。

本实施例中，如图1所示，当控制器检测到膨胀罐1中的压力低于最低预设值b-0.02mpa时，在控制器的控制作用下打开补气阀门5以向膨胀罐1中补气，若膨胀罐1内的压力高于最高预设值b+0.02mpa时，则关闭补气阀门5、打开排气阀门14，以通过排气管路3排出膨胀罐1中的多余氮气，排出的氮气收集到排气缓冲罐13中。

本实施例中，如图1所示，当控制器检测到排气缓冲罐13中的压力高于排气预设值c时，在控制器的控制作用下启动压缩机16，延时一定时间等压缩机16完全启动后，打开回收阀门17，将排气缓冲罐13中的氮气通过压缩机16升压后充入补气缓冲罐4内，以实现对排气缓冲罐13中氮气的回收利用，当排气缓冲罐13的压力接近0mpa时，关闭压缩机16和回收阀门17。当排气管路3工作的过程中，若排气缓冲罐13中的压力低于排气预设值c，此时压缩机16和回收阀门17均处于关闭状态，以节省阀冷氮气稳压系统中的能量消耗。

在上述阀冷氮气稳压系统中，需要说明的是，除回收管路止回阀18和储气罐止回阀12外的所有阀门均为电磁阀，以便于控制器对上述电磁阀的控制，实现阀冷氮气稳压系统的自动控制。

本实施例中的阀冷氮气稳压系统中，在控制器对各个阀门的控制作用下，可通过补气管路2、排气管路3实现膨胀罐1中气体压力的平衡，由于设置有回收管路15，可将从膨胀罐1中排出的氮气回收至补气缓冲罐4中重新利用，可减少阀冷氮气稳压系统中气体的消耗量，并且还可减少向阀冷氮气稳压系统中补气的次数，降低阀冷氮气稳压系统应用在海上时的运维成本。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例2：

其与具体实施例1的区别在于：在补气支路中的阀门不易发生故障的条件下，可仅在补气管路中设置一条补气支路。

其他实施例中，补气管路中补气支路的数量可以是三条以上，以满足补气缓冲罐中补气工作的正常进行。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例3：

其与具体实施例1的区别在于：各补气支路中的储气罐接口均设置有一个。其他实施例中，储气罐接口的数量还可以是三个以上。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例4：

其与具体实施例1的区别在于：回收管路中不设置回收阀门和回收管路止回阀，排气缓冲罐上也不设置压力检测装置，回收管路中的压缩机在阀冷氮气稳压系统工作过程中始终处于工作状态，以在膨胀罐中的多余氮气排放至排气缓冲罐中后，直接通过回收管路中的压缩机将排出的氮气回收至补气缓冲罐内。

本发明的用于海上柔性直流输电的阀冷氮气稳压系统的具体实施例5：

其与具体实施例1的区别在于：回收管路中不另外设置回收管路止回阀，压缩机配置有止回阀，以避免回收管路中的气体倒流而损坏压缩机。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。