阀厅及换流站的制作方法

本发明涉及柔性直流输电领域，尤其涉及一种阀厅及换流站。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

随着化石燃料和环境污染的日益严峻，大力发展风电等清洁的可再生能源成为全球关注的焦点。由于能源中心与负荷中心逆向分布的特性，需要远距离输送大容量的可再生能源，而坚强的网架结构是保证稳定输送的基本条件。基于电压源型换流器的柔性直流输电技术，具有独立控制有功和无功的优势，近年来在清洁能源并网和海岛供电方面得到广泛应用。而柔性直流输电技术最为核心的是换流站的设计布局，换流站中阀厅的投资占了总投资的最大部分。因此，在确保阀厅稳定可靠运行的前提下，应合理调整阀厅的结构布局，减少土地资源的占据。

阀厅主要设备包括换流阀、直流断路器以及直流避雷器、电压电流测量装置等。由于换流阀塔和直流断路器、直流断路器与直流断路器之间均存在不同时停电检修的工况，需考虑检修时人员的人身安全问题。目前，现有技术中，采用全隔离布置的方式，将换流阀塔和直流断路器分别布置于不同的厅室，以便在对换流阀塔检修时，可不考虑带电的直流断路器对其影响，在直流断路器检修时则可不考虑带电的换流阀塔对其影响，最大程度上确保检修人员的安全。

现有技术将换流阀塔和直流断路器分别布置于不同的厅室(即换流阀塔布置于换流阀室，直流断路器布置于直流断路器室)，使得换流站占地面积增大；另外，由于换流阀室与直流断路器室之间需要设置直流穿墙套管，不仅增加了设备投资，而且由于直流穿墙套管故障率较高，使得换流站运行可靠性下降。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种阀厅，用以解决传统换流站采用全隔离布置方式，将换流阀塔与直流断路器分别布置于不同的厅室，由于换流阀厅与直流断路器室之间需要设置直流穿墙套管，使得换流站占地面积大、设备投资大，且系统运行可靠性低的技术问题，该阀厅包括：布置于阀厅内第一区域的换流阀塔、布置于阀厅内第二区域的直流断路器，以及用于隔断第一区域和第二区域的第一隔离墙；其中，换流阀塔直流侧的直流极线与直流断路器的一端连接，直流断路器的另一端与阀厅的直流极线进出端口连接；换流阀塔直流侧的直流中性线与阀厅的直流中性线进出端口连接。

本发明实施例还提供一种包括上述阀厅的换流站，用以解决传统换流站采用全隔离布置方式，将换流阀塔与直流断路器分别布置于不同的厅室，由于换流阀厅与直流断路器室之间需要设置直流穿墙套管，使得换流站占地面积大、设备投资大，且系统运行可靠性低的技术问题。

本发明实施例中，将换流阀塔和直流断路器进行同室布置，并在换流阀塔和直流断路器之间设置隔离墙，既解决了换流阀塔和直流断路器不同时停电检修的安全问题，又大大降低了换流站占地面积，由于省去了直流穿墙套管，且布置于同一厅室的换流阀塔和直流断路器只需要安装一套暖通装置，节约了换流站的设备投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种阀厅示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同相换流阀相邻布置的示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同相换流阀相邻布置的接线示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同极换流阀相邻布置的示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同极换流阀相邻布置的接线示意图；

图6为本发明实施例中提供的一种水平开启式隔离开关的平面示意图；

图7为本发明实施例中提供的一种水平开启式隔离开关的断面示意图；

图8为本发明实施例中提供的一种垂直伸缩式隔离开关的平面示意图；

图9为本发明实施例中提供的一种垂直伸缩式隔离开关的断面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供了一种阀厅，图1为本发明实施例中提供的一种阀厅示意图，如图1所示，该阀厅包括：布置于阀厅内第一区域的换流阀塔1、布置于阀厅内第二区域的直流断路器2，以及用于隔断第一区域和第二区域的第一隔离墙3-1；其中，换流阀塔1直流侧的直流极线4-1与直流断路器2的一端连接，直流断路器2的另一端与阀厅的直流极线进出端口9-1连接；换流阀塔1直流侧的直流中性线4-2与阀厅的直流中性线进出端口9-2连接。

与传统换流站将换流阀塔和直流断路器分别布置于不同的厅室进行全隔离的方式相比，本发明实施例提供的阀厅将换流阀塔和直流断路器进行同室布置，且采用隔离墙来将换流阀塔和直流断路器进行隔离，在解决换流阀塔与直流断路器不同时检修的安全问题的同时，使得阀厅的跨度大大减小，阀厅的钢结构设计更加简单，阀厅结构柱可适当缩小。另外，由于检修隔离墙可以对换流阀塔运行时的高频电磁辐射进行屏蔽，使得检修人员少受辐射伤害。

需要注意的是，传统的换流站中，换流阀室和直流断路器室之间需要安装直流穿墙套管，不仅增加了设备投资，而且由于穿墙套管故障率较高，使得换流站运行可靠性下降。由于换流阀室和直流断路器室均需设置空调系统，使得暖通装置投资较大，本发明实施例提供的阀厅，将换流阀塔和直流断路器进行同室布置，省去了直流穿墙套管，不仅降低了设备投资，而且提高了换流站运行可靠性。由于同室布置，只需要安装一套暖通装置，进一步降低了换流站设备的投资。由于节省了直流穿墙套管和暖通装置，布局更紧凑，建筑面积更小，一次设备投资更省。

由于换流站通常有多个并列运行的直流断路器，且直流断路器与直流断路器之间也存在不同时停电检修的情况，如果某一直流断路器停运检修时，其他直流断路器依然带电运行，难以保证检修人员的安全。因而，一种可选的实施例中，如图1所示，上述阀厅内第二区域可以布置多个并列运行的直流断路器2(图1中示出了两个并列运行的直流断路器)，并在相邻两个直流断路器2所在区域之间设置第二隔离墙3-2。

本发明实施例通过在并列运行的直流断路器之间增设隔离墙(即第二隔离墙3-2)，检修人员在对某一直流断路器进行检修时，带电运行的其他断路器完全被隔离墙隔离，确保了检修人员的人身安全。

需要说明的是，原则上，换流阀塔的布置方式可以按照同相换流阀相邻布置，也可以按照同极换流阀相邻布置。但是，换流阀塔采用不同的布置方式，导致接线复杂度不同，下面，本发明实施例通过比对两种布置方式的接线情况，选择一种更适合的换流阀塔布置方式。

图2为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同相换流阀相邻布置的示意图，如图2所示，换流阀塔按照同相上下臂相邻布置时，呈“aabbcc”排列；图3为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同相换流阀相邻布置的接线示意图，如图3所示，换流阀塔按照同相上下臂相邻布置时，换流阀交流侧接线顺畅；直流侧极线与中性线出线存在交叉。

图4为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同极换流阀相邻布置的示意图，如图4所示，换流阀塔按照同极桥臂三相相邻布置时，呈“abcabc”排列；图5为本发明实施例中提供的一种换流阀塔按照同极换流阀相邻布置的接线示意图，如图5所示，采用“abcabc”排列时，换流阀直流侧极线与中性线接线则相对简单，交流侧接线较为繁琐，交流三相进线之间存在交叉。

由于交叉点是故障高发位置，由图3和图5对比可以看出，通过“aabbcc”排列方式布置的换流阀塔可以减少阀的故障率，提高运行可靠性。因而，作为一种优选的实施方式，本发明实施例提供的阀厅中，换流阀塔1按照同相换流阀相邻布置，呈现“aabbcc”排列。

为了解决换流阀塔按照同相上下臂相邻布置时，直流侧极线与中性线出线存在交叉的问题，本发明实施例中，换流阀塔1直流侧的直流极线4-1采用支撑式管母，换流阀塔1直流侧的直流中性线4-2采用悬吊式管母。通过这种方式，本发明实施例的换流阀塔1采用“abcabc”排列方式时可靠性更高，换流阀两侧接线更为简洁、顺畅；阀塔区域阀厅空间尺寸要求更低。

需要注意的是，换流阀塔按照同极桥臂三相相邻布置时，可以通过a、c相导体不同高度的悬吊的来解决交流三相进线之间存在交叉的问题。

进一步地，本发明实施例提供的阀厅中，换流阀塔1直流侧的直流极线4-1上设置有隔离开关5。可选地，该隔离开关5采用垂直伸缩式开关。

图6为本发明实施例中提供的一种水平开启式隔离开关的平面示意图；图7为本发明实施例中提供的一种水平开启式隔离开关的断面示意图；图8为本发明实施例中提供的一种垂直伸缩式隔离开关的平面示意图；图9为本发明实施例中提供的一种垂直伸缩式隔离开关的断面示意图。如图7所示，如果直流隔离开关采用水平开启式隔离开关，则换流阀塔与直流断路器之间的隔离墙(第一隔离墙3-1)与支撑绝缘子的距离为3000mm，垂直绝缘子与隔离开关的中线的距离为为5500mm，隔离开关中心与换流阀塔中线的距离为9500mm，换流阀塔中心线与阀厅外墙的距离为14500mm；如图9所示，如果直流隔离开关采用垂直伸缩式隔离开关，则换流阀塔与直流断路器之间的隔离墙(第一隔离墙3-1)与支撑绝缘子的距离为3000mm，垂直绝缘子与隔离开关的中线的距离为为5350mm，隔离开关中心与换流阀塔中线的距离为10000mm，换流阀塔中心线与阀厅外墙的距离为14500mm。

通过水平开启式隔离开关与垂直伸缩式隔离开关的对比可以看出，与水平开启式隔离开关相比，垂直伸缩式隔离开关，使得直流断路器边缘与带电母线之间的距离更大，保证了小车无障碍通过和检修安全。由此，本发明实施例提供的阀厅中，换流阀塔1直流侧的直流极线4-1上设置的隔离开关5采用垂直伸缩式隔离开关，可以减少设备占地面积。由于布置于阀厅的隔离开关，污秽极轻，设备污秽外绝缘要求较低，因此，垂直伸缩式隔离开关在设备制造上不存在难度。

另外，采用垂直伸缩式隔离开关后，将直流母线悬吊，隔离开关安装于母线正下方，可使得直流配电母线和直流断路器之间留出较大的检修过车通道，便于设备检修，同时，单台直流断路器检修时，其与直流母线带电部分之间的距离也较使用水平开启式开关有一定的增加，进一步保证了检修人员的人身安全。

考虑到直流断路器为国内外首次生产使用，其运行可靠性尚需工程检验，为了应对直流断路器故障引起的线路停运，本发明实施例中，换流阀塔1直流侧与直流断路器2之间还设置有与直流极线4-1平行的旁路母线6。在直流母线旁加设旁路母线，保证故障时隔离直流断路器而线路不停运。通过设置与直流母线平行的旁路母线，增加隔离开关以实现断路器故障时的隔离。由于不占用远期间隔位置，可在阀厅内解决断路器旁路问题。当远期预留线路扩建后，依然可以具有隔离直流断路器的功能，运行可靠性高。由于扩建时无需拆除任何设备，不影响远期线路扩建。若采用停电切换，投资更节省。

如图1所示，本发明实施例提供的阀厅进一步还可以包括：检修通道7，位于第一区域和第二区域之间的隔断；其中，检修通道7与第一隔离墙3-1平行，且与第二隔离墙3-2垂直。可选地，在检修通道7的一端布置检修门8，检修门8的位置可以是但不限于图1所示的位置。

此外，还需要进一步说明的是，本发明实施例提供的阀厅将换流阀塔和直流断路器同室布置，使得阀厅尺寸较常规柔直阀厅尺寸会增大。另外，由于不同的设备尺寸及空气净距要求，均会使得阀厅尺寸发生变化。考虑到带电检修时检修人员的人身安全问题，本发明实施例提供的阀厅在设计时需要至少考虑以下几个方面的因素：

(1)换流阀及直流断路器外形尺寸；

(2)直流母线对地空气净距及检修安全距离；

按照操作冲击确定的间隙公式计算直流母线对地空气净距及检修安全距离：

其中，d表示直流母线(包括直流极线和直流中性线)对地空气净距或检修安全距离；uw表示标准(额定)耐受电压；k表示间隙形状系数；n表示估算侵入波过电压幅值时所考虑的接到变电站的架空线数目；σ表示过电压分布标准偏差的标幺值。

需要说明的是，当通过上述公式计算的d为直流极线对地空气净距时，取2个标偏，即n＝2，σ＝0.06，考虑到设备均带有均压环，取k＝1.15；当通过上述公式计算的d为直流中性线对地空气净距时，取k＝1.15；当通过上述公式计算的d为检修安全距离时，根据以往特高压直流工程要求，考虑取5倍标偏，且k取1.15，计算直流极线对检修人员的安全距离以及直流中性线对检修人员的安全距离。

(3)检修空间要求；

由于检修的主要工作是更换模块、电容器或其中电路板、水路等，主要检修方式有两种：第一种为模块、电路板、水路的更换或检修，此时需要检修人员通过乘坐检修车从阀组两端进入每层阀塔的通道内，然后进行设备更换，由于模块、电路板等设备重量较轻，检修人员无需携带大的检修工具即可完成；第二种为更换电容器(仅阀组)，此时需要检修人员站在检修车上，将电容器模块先抽出(模块自带滑轨，较容易抽出)，然后借助阀塔顶部吊装葫芦，将电容器模板放置于检修车上，更换新的模块。

上述两种检修方式，都无需大的工具及机械，最大的工具为检修车，因而，在布置阀塔和直流断路器时，只需要根据检修车和阀组尺寸及重量，设置合理的阀厅安装检修门大小、预留合适的检修空间，并增加满足要求的起吊单元，即可满足阀厅内主要设备的安装检修要求。

综上，本发明实施例提供了一种将换流阀塔和直流断路器进行同室布置的阀厅，由于换流阀塔和直流断路器布置于同一厅室，省去了直流穿墙套管，且只需要一套暖通装置，使得换流站布局更紧凑，占用建筑面积更小，一次设备投资更省。而在换流阀塔与直流断路器之间增设隔离墙(即第一隔离墙3-1)，将阀塔和直流断路器之间隔断为两个检修分区，在检修换流阀塔时，换流阀阀塔停运，直流极线进入直流断路器的隔离开关断开，此时即使直流断路器带电运行，其也被检修隔离墙所隔断，检修人员对换流阀塔进行检修，无触电危险；在对直流断路器进行检修时，换流阀塔虽然带电，但也同样被检修隔离墙隔断，保证了检修人员的人身安全。

另外，本发明实施例提供的阀厅中，换流阀塔布置方式选择“aabbcc”的排列，使得换流阀交流侧接线顺畅，阀塔区域纵向空间要求更低，运行可靠性更高。虽然直流侧极线与中性线出线存在交叉，但可采用“直流极线采用支撑管母，直流中性线采用悬吊管母”的方式予以解决。本发明实施例提供的阀厅，在并列运行的直流断路器间设置一道接地的检修隔墙(即第二隔离墙3-2)，在保证检修安全的前提下，可缩减直流断路器间的净距。阀塔直流侧隔离开关采用垂直伸缩式，相较常规水平开启式，断路器边缘与带电母线之间的距离更大，保证了小车无障碍通过和检修安全。此外，考虑到直流断路器为国内外首次生产使用，其运行可靠性尚需工程检验，为了应对直流断路器故障引起的线路停运，提出在直流母线旁加设旁路母线，保证故障时隔离直流断路器而线路不停运。

本发明实施例中还提供了一种换流站，包括：上述任意一种可选的或优选的阀厅。由于该换流站实施例解决问题的原理与阀厅实施例相似，因此该换流站实施例的实施可以参见阀厅实施例的实施，重复之处不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例提供的阀厅既可以应用于交流变直流的换流站，也可以是应用直流变交流的换流站。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。