本发明涉及超高压直流输电技术领域，尤其涉及一种超高压直流断路器电力电子支路阀塔结构。
背景技术：
柔性直流输电是当今最为先进的输电技术，自从1989年我国第一条±500KV葛洲坝-上海的超高压直流输电线路建成并投运以来，发展迅猛，是学术界的研究热点，是全世界输配电公司抢占的制高点。而在目前由于直流系统中没有大电流开断能力的直流断路器，因此，所以超高压直流断路器的研发是发展直流电网的关键技术之一。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种不仅结构紧凑、美观。分配合理。采用层叠式背靠背结构，而且所有单元、零件都可独立安装、拆卸和维护的一种应用在超高压直流断路器的电力电子支路阀塔结构。
为实现上述目的，本发明提供了一种超高压直流断路器电力电子支路阀塔结构，包括若干层单元、用于支撑层单元的支撑结构、高压线槽。
所述支撑结构包括若干第一支撑绝缘子、第二支撑绝缘子及设置于各个第二支撑绝缘子之间的安装横梁。所有第一支撑绝缘子围成了一个立方体区域。各个第一支撑绝缘子上方设置有相同数量的第二支撑绝缘子，各个第二支撑绝缘子用安装横梁顺次连接。所有第二支撑绝缘子围成一个立方体区域，各层子单元位于第二支撑绝缘子所围成的立方体区域内，且在垂直方向上顺次设置。
所述安装横梁包括上法兰、下法兰及横梁，所述横梁设置在对应层单元的底部，端部固定于上法兰、下法兰之间；上法兰与上面的第二支撑绝缘子连接，下法兰与下面的第二支撑绝缘子连接。
所述层单元上设置有若干电力电子支路单元、维修平台。所述电力电子支路单元的结构为; 包括框架组件及设置于框架组件内的两个PP-IGBT模块、两个二极管模块、2/N个RC缓冲回路模块、多个控制板单元、框架、多个驱动板、驱动电源。
所述框架组件包括两个侧框及位于两个侧框之间的横梁，所述侧框由顶框及位于顶框下的底框组成，所述横梁两端分别固定到一个底框上。顶框位于底框顶上中部位置，长度比底框短。各个模块设置于框架内。
所述PP-IGBT模块包括N个PP-IGBT、2N个PP-IGBT散热器、N+1个绝缘件，其中N为整数。各个PP-IGBT散热器均匀排列成一行，位于两端的PP-IGBT散热器里侧设置有绝缘件。从PP-IGBT散热器列一端到另一端，PP-IGBT与绝缘件间隔设置。PP-IGBT散热器列的两端各设置有一个侧压板，且两个侧压板之间设置有至少一根绝缘拉杆，所述绝缘拉杆与两个侧压板固定为一体。所述PP-IGBT散热器列的一端与其邻近侧压板之间设置有顶栓, 每个PP-IGBT散热器两侧的PP-IGBT安装方向相反。
所述二极管模块包括M个二极管、M+1个二极管散热器，其中M为整数。各个二极管散热器均匀排列成一行，位于两端的二极管散热器里侧设置有二极管，其余每个二极管散热器两边均设置有一个二极管，二极管散热器列的两端各设置有一个侧压板，且两个侧压板之间设置有至少一根绝缘拉杆，所述绝缘拉杆与两个侧压板固定为一体。所述二极管散热器列的一端与其邻近侧压板之间设置有顶栓。
两个二极管模块分别沿着横梁长度方向安装在底框上端，且分别位于顶框两端。两个PP-IGBT模块沿着横梁长度方向并排设置于两个顶框之间。
所述两个二极管模块上方分别设置有驱动电源安装架、驱动板安装架，分别用于安装驱动电源、顺次排列的驱动板。
所述RC缓冲回路模块包含若干个电容、若干个电阻,各个电容两端通过铜母排串联在一起，各个电容通过铜母排串联在一起;
所述高压线槽具有若干根，每根高压线槽的一端接地，另一端连接到层单元。
进一步的，所述高压线槽位于第一支撑绝缘子所围成立方体区域内的部分呈S型。
进一步的，支撑结构还包括斜拉支撑绝缘子，第一支撑绝缘子所围成的立方体区域相对两个侧面的相邻第一支撑绝缘子之间设置有斜拉支撑绝缘子，所述斜拉支撑绝缘子一端连接一个第一支撑绝缘子的顶部，另一端连接另一个第一支撑绝缘子的底部。
进一步的，各个电力电子支路单元还设置有第一避雷器，所述第一避雷器与二极管散热器通过铜母排连接。
进一步的，各个层单元还设置有若干第二避雷器，每个电力电子支路单元对应设置有第二避雷器。
进一步的，PP-IGBT模块和/或二极管模块的绝缘拉杆具有四个，围成一个立方体区域，PP-IGBT模块和/或二极管模块位于该立方体区域内。
进一步的，各个电力电子支路单元中，每组pp-IGBT对应二极管模块中的四个二极管，组成二极管桥式结构电路；二极管桥式结构电路中，每个pp-IGBT源极、漏极均连接有一个二极管，且源极是与二极管的正极连接、漏极是与二极管负极连接；整个二极管桥式结构电路中，与源极连接的两个二极管负极连接在一起，与漏极连接的两个二极管正极连接在一起；各个二极管桥式结构电路串联。
进一步的，每个二极管桥式结构电路与一个RC缓冲回路并联。
进一步的，各个层单元设置有六个电力电子支路单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、结构设计集成化，所有模块、单元、器件集成，层叠背靠背布置。结构更紧凑、合理、美观。
2、按功能划分更加明确，所有附属模块、单元都可独立安装、拆卸、维护。有效的节省了安装和接线的时间。
3、阀塔每层安装有维修平台，当设备出现故障时，方便问题排查；将与阀串相关的部分整合为一体，形成一个单元，这样不但可以在没有时间检查问题出处的时候将整个附属单元进行更换，同时也可将单个独立附属单元卸下后，对每一部分进行逐一检查，为维护和维修带来了极大的便利，同时也节省了很多时间。
附图说明
图1是电力电子支路单元正面三维图。
图2是电力电子支路单元背面三维图。
图3是框架组件三维图。
图4是PP-IGBT模块三维图。
图5是二极管模块三维图。
图6是RC缓冲回路模块三维图。
图7是左避雷器单元三维图。
图8是二极管桥式结构缓冲支路拓扑电路图。
图9为本发明的整体示意图。
图10为高压线槽的示意图。
图中：1.左避雷器单元，2.左二极管模块，3.PP-IGBT模块，4.右二极管模块，5.右避雷器模块，6.RC缓冲回路模块，7.控制板单元，8.驱动板，9.驱动电源，10.PP-IGBT，11.PP-IGBT散热器，12.绝缘件，13.二极管，14.二极管散热器，15.电容，16.电阻，17.铜母排，18.避雷器模块，19.二极管桥式结构电路，20.缓冲吸收电路，21.二极管桥式结构缓冲支路，22.电子支路单元，23.第二避雷器，24.安装横梁，25.第二支撑绝缘子，26.第一支撑绝缘子，27.斜拉支撑绝缘子，28.高压线槽，29.维修平台。
具体实施方式
如图9所示，本发明所述超高压直流断路器电力电子支路阀塔结构包括若干层单元、用于支撑层单元的支撑结构、高压线槽28。
下面分别进行介绍。
1.支撑结构
所述支撑结构包括若干第一支撑绝缘子26、第二支撑绝缘子25及设置于各个第二支撑绝缘子25之间的安装横梁24；所有第一支撑绝缘子26围成了一个立方体区域；各个第一支撑绝缘子26上方设置有相同数量的第二支撑绝缘子25，各个第二支撑绝缘子25用安装横梁24顺次连接；所有第二支撑绝缘子25围成一个立方体区域，各层子单元位于第二支撑绝缘子25所围成的立方体区域内，且在垂直方向上顺次设置；
所述安装横梁24包括上法兰、下法兰及横梁，所述横梁设置在对应层单元的底部，端部固定于对应位置上的上法兰、下法兰之间。每个上法兰与上面的第二支撑绝缘子连接，下法兰与下面的第二支撑绝缘子25连接。所述横梁可以用铝材料制作。
优选的，支撑结构还包括斜拉支撑绝缘子27，第一支撑绝缘子26所围成的立方体区域相对两个侧面的相邻第一支撑绝缘子26之间设置有斜拉支撑绝缘子27，所述斜拉支撑绝缘子27一端连接一个第一支撑绝缘子26的顶部，另一端连接另一个第一支撑绝缘子26的底部。相邻两个第二支撑绝缘子25之间具有两个交叉设置的斜拉支撑绝缘子27。斜拉支撑绝缘子27的作用是保证横向剪切力，使阀塔更加牢固。防止震动导致阀塔侧翻。
2. 层单元
所述层单元上设置有若干电力电子支路单元、维修平台29。下面分别介绍。
a. 电力电子支路单元
如图1、图2所示，本发明所述超高压直流断路器电力电子支路单元包括框架组件及设置于框架组件内的两个PP-IGBT模块3、两个二极管模块、多个RC缓冲回路模块6、多个控制板单元7、框架组件，多个驱动板8、驱动电源9。
下面对各个部分进行说明。
a.1.框架组件
如图3所示，框架组件包括两个侧框及位于两个侧框之间的横梁，所述侧框由顶框及位于顶框下的底框组成，所述横梁两端分别固定到一个底框上；顶框位于底框顶上中部位置，长度比底框短。框架的作用是用于安装各个模块，从图中可以看出，各个模块设置于侧框与横梁围成的空间内。
a.2. PP-IGBT模块3
如图4所示，所述PP-IGBT模块3包括N个PP-IGBT 10、2N个PP-IGBT散热器11、N+1个绝缘件12，其中N为整数。本实施例中N为22。
各个PP-IGBT散热器11均匀排列成一行，位于两端的PP-IGBT散热器11里侧设置有绝缘件12，从PP-IGBT散热器11列一端到另一端，PP-IGBT 10与绝缘件12间隔设置。PP-IGBT散热器11不仅起到对PP-IGBT 10器件散热作用，而且起到电流导通的作用。每个PP-IGBT散热器11两侧的PP-IGBT 10安装方向相反，为一组PP-IGBT 10。
PP-IGBT散热器11所在列的两端各设置有一个侧压板，且两个侧压板之间设置有至少一根绝缘拉杆，所述绝缘拉杆用于与两个侧压板固定为一体，以将PP-IGBT散热器11列固定在两个侧压板之间。所述PP-IGBT散热器11列的一端与其邻近侧压板之间设置有顶栓，且顶栓外套设有至少一个蝶形弹簧（如图4所示）。顶栓通过螺纹连接在PP-IGBT模块3上。当阀串模块器件需要更换时，调节顶栓的位置即可卸掉模块整体的压力，进行更换维护。再次安装时，只要紧固螺纹即可将模块压装完成。
本实施例中，蝶形弹簧具有三个。蝶形弹簧起到压紧后保证压力的作用，确保PP-IGBT 10的导电要求。
进一步的，优选设置四个绝缘拉杆，围成一个立方体区域，PP-IGBT散热器11所在列位于立方体区域内。绝缘拉杆通过螺母螺栓与蝶形弹簧邻近的侧压板固定在一起。
a.3.二极管模块
如图5所示，本发明所述超高压直流断路器二极管1压装阀串模块结构包括N个二极管13、N+1个二极管散热器14，其中N为整数。本实施例中二极管具有22个。
各个二极管散热器14均匀排列成一行，位于两端的二极管散热器14里侧设置有一个二极管13，其余每个二极管散热器14两边均设置有一个二极管13。二极管散热器14不仅起到对二极管13散热作用，而且起到电流导通的作用。
二极管散热器14列的两端各设置有一个侧压板，且两个侧压板之间设置有至少一根绝缘拉杆，所述绝缘拉杆用于与两个侧压板固定为一体，以将二极管散热器14列固定在两个侧压板之间。所述二极管散热器14列的一端与其邻近侧压板3之间设置有顶栓，且顶栓外套设有蝶形弹簧。顶栓通过螺纹连接在PP-IGBT模块上。当阀串模块器件需要更换时，调节顶栓的位置即可卸掉模块整体的压力，进行更换维护。再次安装时，只要紧固螺纹即可将模块压装完成。
本实施例中，蝶形弹簧具有三个。蝶形弹簧起到压紧后保证压力的作用，确保二极管的导电要求。
在二极管散热器14列方向上，二极管两两一组，每组二极管的安装方向相反。当然，二极管压装方向可以根据超高压直流断路器的电路更改，每组二极管的安装方向可以相同。
进一步的，优选设置四个绝缘拉杆，围成一个立方体区域，二极管散热器14列位于立方体区域内。绝缘拉杆通过螺母螺栓与蝶形弹簧邻近的侧压板固定在一起。
两个二极管模块分别沿着横梁长度方向安装在底框上端，且分别位于顶框两端,如图1所示的左二极管模块2、右二极管模块4；两个PP-IGBT模块3沿着横梁长度方向并排设置于两个顶框之间。
所述两个二极管模块上方分别设置有驱动电源9安装架、驱动板8安装架，分别用于安装驱动电源9、顺次排列的驱动板8。
a.4.驱动电源9、驱动板8、控制板单元7
所述两个二极管模块上方分别设置有驱动电源9安装架、控制板单元7安装架，分别用于安装驱动电源9、顺次排列的控制板单元7。所述两个二极管模块上方设置有驱动板8安装架，用于安装顺次排列的驱动板8。从图1中可以看出，各个安装架的两端是安装在其下面模块的两个侧压板上，安装架上顺次排列了若干横条，横条要用于安装驱动电源9、驱动板8、控制板单元7。
PP-IGBT模块3的每两个PP-IGBT 10和邻近的二极管模块的4个二极管组成一个二极管桥式结构电路19，所有二极管桥式结构电路19串联起来。PP-IGBT模块3和二极管模块通过铜母排17连接而成。
a.5. RC缓冲回路模块6
各个RC缓冲回路模块6设置于PP-IGBT模块3下端，固定在横梁上面。结构上有效的利用了空间，结构更加紧凑。二极管模块与RC缓冲回路模块6平行放置。这样结构上不仅可以便于安装拆卸，也可减少铜母排的连接距离，降低物料成本。图6所示RC缓冲回路模块6三维图，RC缓冲回路是由电容15、电阻16和铜母排17组成。其中电容15、电阻16串联在一起，形成缓冲吸收电路20。电容15、电阻16固定在上铜母排17上，此连接方式可减少杂散电感。
进一步的，还包括第一避雷器18、所述第一避雷器18与二极管散热器14通过铜母排17连接，第一避雷器18中避雷器个数为N/2，各个避雷器分别并联一个RC缓冲回路。如图1所示，本实施例将避雷器分作了两组，分别设置于单元的左、右两边，称为左避雷器单元1、右避雷器单元5。每组中，各个避雷通过绝缘梁固定（如图6所示）。如，左避雷器单元1设置了6个避雷器单元，由6个避雷器通过绝缘梁固定而成。右避雷器单元5由5个避雷器通过绝缘梁固定而成。第一避雷器18沿着横梁长度方向设置于底框旁。
进一步的，每组pp-IGBT对应二极管模块中的四个二极管13，组成二极管桥式结构电路19；二极管桥式结构电路19中，每个pp-IGBT10的源极、漏极均连接有一个二极管13，且源极是与二极管13的正极连接、漏极是与二极管13负极连接；整个二极管桥式结构电路19中，与源极连接的两个二极管负极连接在一起，与漏极连接的两个二极管正极连接在一起；各个二极管桥式结构电路19串联，组成二极管桥式结构缓冲支路21。
本发明中，各个层单元设置有六个电力电子单元。维修平台29设置于层单元中间位置，两侧各有三个电力电子单元。
各个层单元还设置有若干第二避雷器23，每个电力电子支路单元对应设置有第二避雷器23。
电力电子支路单元的各个模块可以单独拆卸维护。
b.维修平台29
维修平台29可承受400kg重量，便于维修人员检修维护使用。
3.高压线槽28
如图10所示，所述高压线槽28具有若干根，每根高压线槽28的一端接地，另一端连接到层单元。
电缆和光纤通过高压线槽28从下面爬到层单元。高压线槽28位于第一支撑绝缘子26所围成立方体区域内的部分呈S型呈S形状的，可以有效增加爬电距离，保证在超高压电压下的使用。