一种模块化海上柔性直流输电系统换流站的制作方法

本发明涉及海上风力发电技术领域，尤其涉及一种模块化海上柔性直流输电系统换流站。

背景技术：

随着风力发电容量的日益扩大，风力发电越来越多的接入电网，风电的并网运行成为了大规模利用风能的最有效方式。随着传输距离需求越来越远、传输容量需求越来越大，直流输电能够很好的弥补交流输电的不足，更好的适应海上风电的发展需求。

目前柔性直流输电换流站主要针对陆地工程应用，由于不受空间、面积限制，因此布置宽松，对设备及房屋结构重量没有限制，同时也不需要整体吊装。然而，由于海上平台空间紧张、环境条件恶劣(潮湿、盐雾)，且海上换流站需要整体吊装，陆地换流站的设备选型、布置与结构设计已不适应海上平台应用，同时海上平台造价非常高，因而对海上平台布局有着严格的尺寸要求。目前，国内并没有用于海上风电柔性直流接入系统的海上平台的工程实例，而且也没有关于海上风电柔性直流接入系统的海上平台设计的研究，尚没有找到一种适用范围广、性能可靠、施工便捷的结构形式。

技术实现要素：

为了提供一种适合海上运行的换流站，本发明提供一种模块化海上柔性直流输电系统换流站，将设备根据功能进行模块化区分，使得海上柔性直流输电系统换流站占据面积小、安全稳定、便于安装和调试。

为达到上述目的，本发明提供了一种模块化海上柔性直流输电系统换流站，包括海上平台及布置于海上平台上的多个设备模块；每个设备模块设置在独立封闭的金属箱体内，单独调试后安装至所述海上平台。

进一步地，所述设备模块包括：

休息室、柴油储油罐、变压器集油罐、备品备件室、主变压器室、阀厅、交流gis室、第一蓄电池室、第一蓄电池室、直流场设备室、消防设备间、二次控保设备间、柴油机室、配电室、第三蓄电池室以及中压设备室。

进一步地，所述金属箱体满足内部设备模块的防火、防爆要求；需要对接的设备模块在金属箱体上设置有外部接口，外部接口包括桥架孔、软管接头、穿墙套管和航空插座。

进一步地，所述海上平台为三层结构，采用的导管架结构作为桩基，平台顶部配置直升机停机坪和起重机。

进一步地，所述海上平台一层布置所述休息室、所述柴油储油罐、所述变压器集油罐、所述备品备件室、用于集合人员的集合区、一层顶部开设的交流电缆开孔、一层底部的直流电缆开孔以及救生设备；集合区相邻救生设备布置。

进一步地，所述海上平台二层布置所述主变压器室、所述阀厅、所述交流gis室、所述第一蓄电池室、所述直流场设备室、所述消防设备间以及第二蓄电池室；所述主变压器室内设置联结变压器；所述阀厅内设置支撑式换流阀；所述交流gis室内设置气体绝缘开关设备；所述第一蓄电池室内的蓄电池作为所述联结变压器和所述气体绝缘开关设备的控制保护设备的后备电源；所述直流场设备室内设置开关设置；所述消防设备间内设置消防设备；所述第二蓄电池室内的蓄电池为所述支撑式换流阀所述直流场设备室内的开关设备的控制保护设备以及消防设备的后备电源。

进一步地，所述海上平台三层布置二次控保设备间、柴油机室、配电室、第三蓄电池室以及中压设备室；所述二次控保设备间设置二次控保设备，所述柴油机室放置一台柴油发电机及其附件，所述配电室设置低压配电开关设备；所述第三蓄电池室设置蓄电池；所述中压设备室放置中压开关设备和站用变电设备；所述第三蓄电池室内的蓄电池为三层的二次控保设备间、柴油机室、配电室、中压设备室内的设备提供后备电源。

进一步地，所述海上平台二层、三层均设置吊装区。

进一步地，电能的传输包括：交流海缆将海上风电场的交流电能直接或者经过海上升压站传输到交流gis室，通过电缆进入主变压器室，经过阀厅内的换流设备转换成直流电，直流电经过直流场设备室内的直流场设备后，由直流海缆将电能送出。

进一步地，所述金属箱体设置有活动门，各个设备模块独立处理内部照明、暖通、消防和防腐。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1)本发明基于整体设计、模块化制造和装配的思路，将设备根据功能进行模块化区分，发挥了集成化、标准化的优势，使得海上柔性直流输电系统换流站的建设效率高。

2)本发明各个设备模块在设备出厂前即完成内部的设备安装、电气连接和设备调试，大幅减少在平台上的工作量，能够有效减少施工成本和周期。

附图说明

图1为模块化海上柔性直流输电系统换流站电气设备剖面图；

图2模块化海上柔性直流输电系统换流站一层布置图；

图3模块化海上柔性直流输电系统换流站二层布置图；

图4模块化海上柔性直流输电系统换流站三层布置图；

图5模块化海上柔性直流输电系统换流站顶层布置图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1至图5所示，本发明一种模块化海上柔性直流输电系统换流站，包括海上平台及布置于海上平台上的设备模块。海上平台采用的导管架结构作为桩基，平台顶部配置直升机停机坪和起重机。每个设备模块设置在独立封闭的金属箱体内，单独调试后安装至所述海上平台。设备模块包括：休息室11、柴油储油罐12、变压器集油罐13、备品备件室14、主变压器室21、阀厅22、交流gis室23、第一蓄电池室24、直流场设备室25、消防设备间26、第一蓄电池室28、二次控保设备间31、柴油机室32、配电室33、第三蓄电池室34以及中压设备室35。

进一步地，金属箱体满足内部模块的防火、防爆要求；每个金属箱体内部设备模块能够单独制造、安装、调试；对接模块间设置有外部接口，外部接口包括桥架孔、软管接头、穿墙套管和航空插座。金属箱体设置有活动门，各个模块独立解决内部照明、内部装饰、暖通、消防、防腐问题。

如图1所示，海上平台包括一层1、二层2、三层3以及顶部4，交流海缆5将海上风电场的交流电能直接或者经过海上升压站传输到海上换流站的交流gis室23，通过电缆进入主变室4，经过阀厅5内的换流设备转换成直流电，直流电经过直流场设备室25内的直流场设备由直流海缆6将海上风电送出。中压开关设备放置在中压设备区35，换流站内的保护、测控、通信等屏柜放置在二次控保设备区31，站内的站用电系统由配电室33分配。

如图2所述，在所述模块化海上柔性直流输电系统换流站的第一层设置有休息室11、柴油储油罐12、变压器集油罐13、备品备件室14、集合区15、交流电缆开孔16、直流电缆开孔17、楼梯18、救生设备19。交流电缆5穿过一层底部的一侧电缆孔进入一层，经一侧顶部开设的交流电缆开孔通过电缆桥架连接到二层的交流gis室中的电气设备。直流海缆6经另一侧顶部的直流电缆开孔17从二层进入一层，经另一侧一层底部的电缆孔穿出柔性直流输电系统换流站。集合区15用于集合人员，靠近救生设备19布置。休息室11、柴油储油罐12、变压器集油罐13、备品备件室14均为单独模块。

如图3所述，在所述模块化海上柔性直流输电系统换流站的第二层设置有主变压器室21、阀厅22、交流gis室23、第一蓄电池室24、直流场设备室25、消防设备间26、第二蓄电池室28和吊装区27。其中主变压器室21、阀厅22、交流gis室23、第一蓄电池室24、直流场设备室25、消防设备间26、第二蓄电池室28均为单独模块。主变压器室21内设置联结变压器，阀厅22内设置支撑式换流阀，交流gis室23内设置气体绝缘开关设备。蓄电池室24内的蓄电池作为二层的主变压器室21内的联结变压器、交流gis室23内的气体绝缘开关设备的控制保护设备的后备电源。第二蓄电池室28作为二层阀厅22内的支撑式换流阀、直流场设备室25内的开关设备的控制保护设备以及消防设备的后备电源主变压器室21的换流变压器冷却方式可采用水冷或风冷，采用风冷时，换流变压器的散热装置位于室外，阀厅22内的换流设备冷却方式采用水冷。直流场设备室25内的直流设备采用直流气体绝缘开关设备，量测单元集成在直流气体绝缘开关设备中。吊装区27为平台起重机规划区域，自上而下，起重机安装在顶层平台。

主变压器室21内的主变压器的低压侧与开关柜之间采用管道母线或电缆连接，所述主变压器的高压侧与阀厅22采用管道母线连接。

如图4所示，在所述模块化海上柔性直流输电系统换流站的第三层设置有二次控保设备间31、柴油机室32、配电室33、蓄电池室34、中压设备室35和吊装区36。二次控保设备间31设置二次控保设备，柴油机室32放置一台柴油发电机及其附件，配电室33设置低压配电开关设备；第三蓄电池室34设置蓄电池；中压设备室35放置中压开关设备和站用变电设备；第三蓄电池室34内的蓄电池为三层的二次控保设备间31、柴油机室32、配电室33、中压设备室35内的设备提供后备电源。其中二次控保设备间31、柴油机室32、配电室33、第三蓄电池室34、中压设备室35均为单独模块。吊装区36为平台起重机规划区域，自上而下，起重机安装在顶层。平台。三层底部对应二层的主变压器室21和交流gis室23的位置至设置检修孔，当这两个区域内的设备出现问题需要更换大体积零件时，打开该层和顶层的盖板即可采用起重机把问题零件吊出，从而实现更换。。中压设备室35、交流gis室23导管架顶部之间设置电缆架，该电缆架安装连接各模块的电缆。

如图5所述，在所述模块化海上柔性直流输电系统换流站的顶层设置有暖通室外机41、吊装区42和直升机停机坪43。顶部底部对应二层的主变压器室21和交流gis室23的位置至设置检修孔，当这两个区域内的设备出现问题需要更换大体积零件时，打开二层顶部和该层的盖板即可采用起重机把问题零件吊出，从而实现更换。。顶部底部对应柴油机室32的位置设置检修孔，需要检修时打开盖板可检修柴油机。吊装区42设置起重机。直升机停机坪43安装在顶部的一端，向外延伸。

模块化海上柔性直流输电系统换流站的单独模块能够实现单独调试，各模块出厂即完成焊接、涂装、电气设备安装调试等工序，分别运输至现场安装。平台合拢后完成总联调后发运至海上。能够大幅减少在平台上的工作量、施工成本和周期。

综上所述，本发明涉及一种模块化海上柔性直流输电系统换流站，包括海上平台及布置于海上平台上的多个设备模块；每个设备模块设置在独立封闭的金属箱体内，单独调试后安装至所述海上平台。本发明基于整体设计、模块化制造和装配的思路，将设备根据功能进行模块化区分，发挥了集成化、标准化的优势，使得海上柔性直流输电系统换流站的建设效率高。本发明各个设备模块在设备出厂前即完成内部的设备安装、电气连接和设备调试，大幅减少在平台上的工作量，能够有效减少施工成本和周期。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。