技术领域
[0001] 本申请涉及电力电子与电力系统技术领域，特别涉及一种换流阀。
相关背景技术
[0002] 换流阀是高压直流输电的关键部件，为实现高电压的开通关断控制通常需要几十甚至近百级电力电子器件串联。串联的电力电子器件分别包含于多个串联连接的阀模块中，每个阀模块中包含多个串联连接的电力电子器件。多个阀模块分多层在空间中分布，每一层为换流阀阀层。多个换流阀阀层构成了换流阀。
[0003] 本申请的发明人发现，现有的换流阀的体积偏大，且支撑安装与悬吊安装不能兼容。
具体实施方式
[0020] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021] 应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0022] 还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本申请。如在本申请说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0023] 图1为现有技术中，换流阀阀层之间的连接示意图。如图1所示，换流阀1000，包括；两个换流阀阀层11和12以及电连接件13。111与112为换流阀阀层11的两端，121与122为换流阀阀层12的两端。电连接件13电连接于流阀阀层11和12同方向的两端112与122之间。电流方向如箭头所示。
[0024] 假定换流阀阀层11与换流阀阀层12的电气特性和运行模式相同，换流阀阀层11的两端电压与换流阀阀层12的两端电压均为U。则显然换流阀阀层11的端111与换流阀阀层12的端121之间的电压为2U。假定电压U对应的安全距离为d，则换流阀阀层11与换流阀阀层12之间的距离至少为2d。
[0025] 本申请的发明人发现，U型连接的换流阀阀层之间由于电压差相对较大。由于安全距离与电压差成正比，U型连接的换流阀阀层之间的较大电压差，导致了换流阀阀层之间的安全距离相对较大，进而造成了换流阀的体积相对较大。
[0026] 此外，本申请的发明人发现，目前世界范围内已建成近百个直流输电工程，除了国内工程主要集中在2000年以后外，其余工程有近40个运行时间已超过20年，换流阀设备老化明显，改造需求激增。原有换流阀设备主要由ABB、Siemens及阿尔斯通等厂家提供。改造直流工程通常需要在现有阀厅中安装新制造的换流阀阀塔，阀厅长度、宽度和高度已经固定，因此新制造的换流阀必须足够紧凑才能够适应诸多工程现场。我国自主知识产权换流阀主要针对特高压直流工程电压等级高、输送容量大等特点研制，体积较大，无法满足国外直流工程的改造需求，在海外工程改造时兼容性较差、缺乏优势。需要一种尺寸更小、结构更合理、通用性更强的紧凑型换流阀。
[0027] 目前换流阀阀塔有两种结构：悬吊式和支撑式。悬吊式阀塔层间采用柔性连接，通常为悬吊绝缘子与旋转铰接，阀塔承受地震等外力作用时阀层之间可以相对摆动，旋转铰链使得层间悬吊绝缘子不至于承受过大的剪切力而损坏，抗震性能好；支撑式阀塔层间采用支撑绝缘子固定连接，阀塔再通过支撑绝缘子与地面安装底座固定。实际工程中当直流输电电压等级超过±500kV时通常采用悬吊式，直流输电电压低于±500kV根据工程需要即可以采用悬吊式也可以采用支撑式。然而国内外鲜有一种通用的换流阀设计方案能够兼容悬吊式与支撑式。
[0028] 因此，本申请提出一种换流阀的技术方案，包括至少两个换流阀阀层和至少一个电连接件。所述至少两个换流阀阀层彼此层叠设置；所述至少两个换流阀阀层中的相邻换流阀阀层通过所述至少一个电连接件之一以对角方式串联电连接。
[0029] 根据本申请的技术方案，通过电连接件在相邻换流阀阀层的对角端建立电连接，可以均衡相邻换流阀阀层中各点之间的电压差，从而可以降低相邻换流阀阀层之间压差最高的两点之间的电压差。进而可以利用更小的层间间距满足换流阀对安全距离的要求，使得上述换流阀的体积可以相对较小。
[0030] 下面结合附图对本案所提出的技术方案作详细说明。
[0031] 图2示出根据本申请一实施例的换流阀中的换流阀阀层之间的连接示意图。
[0032] 如图2所示，换流阀2000可包括：层叠设置的两个换流阀阀层21和22以及电连接件23。211与212为换流阀阀层21的两端，221与222为换流阀阀层22的两端。电连接件23电连接于流阀阀层21和22对角的两端212与221之间。电流方向可如箭头所示。
[0033] 假定换流阀阀层21与换流阀阀层22的电气特性和运行模式相同，换流阀阀层21的两端电压与换流阀阀层22的两端电压均为U。则显然，换流阀阀层21和22对角的两端212与221之间等电位，所以换流阀阀层21的端211与换流阀阀层22的端212之间的电压为U，换流阀阀层21的端212与换流阀阀层22的端222之间的电压为U，均小于2U。所以换流阀阀层21与换流阀阀层22之间的安全距离可以小于2d。
[0034] 可选地，电连接件23的两端也可以分别电连接于换流阀阀层21的端211和换流阀阀层22的端222。
[0035] 如图2所示，可选地，端211可以包括换流阀阀层21的A点，也可以包括流阀阀层21的B点，还可以包括线段AB之间的任意一点。进一步地，端211还可以包括换流阀阀层21上临近于线段AB的点。
[0036] 如图2所示，相应地，电连接件23可以电连接于换流阀阀层21的A点，也可以电连接于换流阀阀层21的B点，还可以电连接于线段AB之间的任意一点。进一步地，电连接件23可以电连接于换流阀阀层21上临近于线段AB的一点。
[0037] 如图2所示，同理可选地，端221可以包括换流阀阀层22的C点，也可以包括换流阀阀层22的D点，还可以包括换流阀阀层22上，线段CD之间的任意一点。进一步地，端221还可以包括换流阀阀层22的临近于线段CD的点。
[0038] 如图2所示，相应地，电连接件23可以电连接于换流阀阀层22的C点，也可以电连接于换流阀阀层22的D点。还可以电连接于换流阀阀层22上，CD之间的任意一点。进一步地，电连接件23可以电连接于换流阀阀层22的临近于线段CD的一点。
[0039] 可选地，换流阀阀层21和换流阀阀层22平行设置。
[0040] 可选地，换流阀阀层21和换流阀阀层22中的至少一个可以包括至少两个接线端，分别为高压端和低压端。
[0041] 进一步地，端211与端221可以设置高压端，端212与端222可以设置低压端；可选地，端211与端221也可以设置低压端，端212与端222可以设置高压端。相应地，电连接件23的两端分别电连接于端221与端212的接线端。
[0042] 可选地，换流阀2000可以包括三个或者三个以上换流阀阀层。进一步地，该三个或者三个以上换流阀阀层中至少一对相邻的换流阀阀层由电连接件以对角方式串联连接。
[0043] 利用上述换流阀，通过电连接件在相邻换流阀阀层的对角端建立电连接，可以均衡相邻换流阀阀层中各点之间的电压差，从而可以降低相邻换流阀阀层之间压差最高的两点之间的电压差。进而可以利用更小的层间间距满足换流阀对安全距离的要求，使得上述换流阀的体积可以相对较小。
[0044] 图3示出根据本申请另一实施例的换流阀中的换流阀阀层之间的连接示意图。
[0045] 如图3所示，换流阀3000包括：换流阀阀层31、换流阀阀层32和电连接件33(未示出)。其中：
[0046] 换流阀阀层31包括：串联连接的两个阀模块311和312，以及电连接于阀模块311和312之间的连接件313。
[0047] 换流阀阀层32包括：串联连接的两个阀模块321和322，以及电连接于阀模块321和322之间的连接件323。
[0048] 电连接件33包括：刚性导电部331、支撑绝缘环332和金属软母排333。其中，刚性导电部331电连接于阀模块312。金属软母排333为柔性结构，电连接于刚性导电部331和阀模块321之间。支撑绝缘环332绝缘支撑于刚性导电部331和阀模块321之间。支撑绝缘环332和金属软母排333构成柔性连接部。
[0049] 电连接件33的两端分别电连接于换流阀阀层31与换流阀阀层32的对角端(未示出)。
[0050] 如图3所示，可选地，阀模块311与阀模块321层叠设置，阀模块312与阀模块322层叠设置。层叠设置的阀模块311和阀模块321与层叠设置的阀模块312和阀模块322之间设有空隙35。电连接件33的两端分别电连接于阀模块312与阀模块321的对角端(未示出)，且电连接件33设置于空隙35中。
[0051] 如图3所示，可选地，刚性导电部331为刚性金属导体。可选地，刚性导电部331可以包括一段直杆状结构(未示出)。
[0052] 如图3所示，可选地，换流阀3000也可以包括其他形式的柔性连接部连接于刚性导电部331和换流阀阀层32之间。
[0053] 如图3所示，可选地，电连接件33与换流阀阀层31之间也可以包括柔性连接部，而与换流阀阀层32直接电连接。进一步地，电连接件33也可以两端均包含柔性连接部。
[0054] 如图3所示，可选地，换流阀阀层31和/或换流阀阀层32也可以包括串联连接的三个或者三个以上的阀模块。
[0055] 可选地换流阀3000也可包括串联连接的三个或者三个以上换流阀阀层。进一步地，该三个或者三个以上换流阀阀层中至少一对相邻的换流阀阀层通过电连接件连接，该电连接件的两端分别电连接于该相邻两个换流阀阀层的对角端。
[0056] 如图3所示，可选地，换流阀3000可以包括绝缘子34。其中，绝缘子34绝缘支持于阀模块312和阀模块321之间。
[0057] 换流阀3000是在换流阀2000的基础上的一个进一步细化。在换流器2000的有益效果的基础上，由于每个换流阀阀层包括两个阀模块，且阀模块之间留有空隙，电连接件设置于该空隙中。该设计可以进一步降低换流阀的体积。同时，电连接件采用刚性直连接可以进一步缩小换流阀阀层之间的距离，缩小换流阀的体积。进一步地，在刚性直连接的电连接件的端部设置柔性连接部可以降低安装难度，和减少由于电连接件发热造成的应力。
[0058] 图4示出根据本申请另一实施例的换流阀的结构示意图。
[0059] 如图4所示，换流阀4000包括：换流阀阀层41(未示出)、屏蔽接线端子421。其中：
[0060] 其中，换流阀阀层41为串联连接的至少两个换流阀阀层(未示出)中的最后一级。
[0061] 屏蔽接线端子421与换流阀阀层41电连接。屏蔽接线端子421在为换流阀4000提供电磁屏蔽的同时还可以作为换流阀阀层41的出线端子。
[0062] 如图4所示，可选地，换流阀阀层41可以包括：阀模块411、阀模块412和连接件413。其中，阀模块411、阀模块412通过连接件413串联连接。连接件413的两端分别电连接于阀模块411的低压端4112和阀模块4121的高压端。阀模块411的高压端4111，同时也是换流阀阀层41的出线端。高压端4111与屏蔽接线端子421电连接。
[0063] 如图4所示，可选地，换流阀4000可以包括绝缘子44。绝缘子44绝缘支持于屏蔽接线端子421和阀模块411之间。
[0064] 如图4所示，可选地，换流阀4000还可以包括均压环422设置于阀模块412的上方。均压环422为换流阀4000提供电磁屏蔽。
[0065] 如图4所示，可选地，屏蔽接线端子421和/或均压环422为半环状。
[0066] 如图4所示，可选地，换流阀阀层41可以设置于前述至少两个换流阀阀层的最上部，同时屏蔽接线端子421和均压环422设置于换流阀阀层41的上方。可选地，换流阀阀层41还可以设置于前述至少两个换流阀阀层的最下部，同时屏蔽接线端子421和均压环422设置于换流阀阀层41的下方。
[0067] 可选地，换流阀4000可以包括避雷器43。避雷器43的两端分别电连接于屏蔽接线端子421和阀模块412的低压端4122。
[0068] 通过上述设计，利用屏蔽接线端子同时实现电磁屏蔽和引线接出的功能，可以为换流阀节约一个部件，从而可以缩小换流阀的体积。
[0069] 图5示出根据本申请另一实施例的换流阀的连接示意图。
[0070] 如图5所示，换流阀5000包括：换流阀阀层511、换流阀阀层512、电连接件52和避雷器53。其中：
[0071] 换流阀阀层511和换流阀阀层512通过电连接件52串联连接。电连接件52的两端分别电连接于换流阀阀层511和换流阀阀层512的对角端。
[0072] 避雷器53，设置于换流阀5000的一侧与换流阀阀层512并联。
[0073] 可选地，避雷器53常态下处于开路状态，而在瞬时过电压状态下，可以迅速导通，并吸收能量，保护换流阀阀层512中的电子器件不受损坏。
[0074] 可选地，换流阀5000还包括避雷器532(未示出)与换流阀阀层511并联。保护换流阀阀层511中的电子器件。
[0075] 进一步地，换流阀5000还可以包括三个或者三个以上的换流阀阀层，以及三个或者三个以上避雷器与该三个或者三个以上的换流阀阀层并联。
[0076] 图6示出根据本申请另一实施例的换流阀的局部结构示意图。
[0077] 如图6所示换流阀6000包括：换流阀阀层611、换流阀阀层612、抗压型绝缘子631。其中，抗压型绝缘子631绝缘支持于换流阀阀层611、换流阀阀层612之间。
[0078] 如图6所示，换流阀6000还可以包括：平台型金具632和633以及转接支撑结构634。其中，平台型金具632和633压接于抗压型绝缘子631的两端。转接支撑结构634与平台型金具633连接，并与换流阀阀层612连接。
[0079] 可选地，转接支撑结构634的垂直方向设有孔结构(未示出)，利用该孔结构可以与换流阀阀层612利用螺纹连接。可选的，该孔结构大于该螺纹，利用此特征可以在安装时，调整换流阀阀层612与抗压型绝缘子631之间的水平相对位置，便于换流阀6000的安装。
[0080] 可选地，转接支撑结构634可以为工字形结构。
[0081] 可选地，在换流阀阀层611与平台型金具632之间也可以包括转接支撑结构。
[0082] 可选地，换流阀6000可以包括三个或者三个以上换流阀阀层，且在相邻的两个换流阀阀层之间设置抗压型绝缘子。
[0083] 通过上述换流阀，利用抗压型绝缘子、平台型金具以及转接支撑结构可以实现换流阀的支撑安装。换流阀6000可以在换流阀2000-5000的基础上增加少量附件形成。
[0084] 图7示出根据本申请另一实施例的换流阀的局部结构示意图。
[0085] 如图7所示，换流阀7000包括：换流阀阀层711和换流阀阀层712以及抗拉型绝缘子731。其中，抗拉型绝缘子731绝缘牵拉于换流阀阀层711和换流阀阀层712之间。
[0086] 可选地换流阀7000还可以包括：环式金具732和733以及吊耳734和735。其中：
[0087] 环式金具732和733压接于抗拉型绝缘子731的两端。环式金具732包含孔结构7321，环式金具733也包含孔结构7331。
[0088] 吊耳734固定于换流阀阀层711上，并与孔结构7321配合连接。和735固定于换流阀阀层712，并与孔结构7331配合连接。
[0089] 可选地，换流阀7000可以包括三个或者三个以上换流阀阀层，且每两个相邻的换流阀阀层之间设有抗拉型绝缘子。
[0090] 利用上述换流阀，通过抗拉型绝缘子、环式金具以及吊耳可以实现换流阀的悬吊安装。换流阀7000可以在换流阀2000-5000的基础上增加少量附件形成。
[0091] 利用换流阀6000和换流阀7000的技术特征，可以在换流阀2000-5000的基础上，利用少量附件可以兼顾支撑安装与悬吊安装两种安装方式。
[0092] 图8示出了，本申请另一实施例换流阀的结构示意图。
[0093] 如图8所示，换流阀8000课包括：层叠设置的三个换流阀阀层811(未示出)、812(未示出)和812(未示出)。其中每个换流阀阀层由两个串联连接阀模块组成。具体地，流阀阀层811由阀模块8111和8112组成，换流阀阀层812由阀模块8121和8122组成，换流阀阀层813由阀模块8131和8132组成。阀模块8111、8121和8131层叠设置，阀模块8112、8122和8132层叠设置。
[0094] 如图8所示，相邻的换流阀阀层可以由电连接件以对角方式串联连接。具体地，换流阀阀层811和812可以由电连接件821以对角方式串联连接，换流阀阀层812和813可以由电连接件822以对角方式串联连接。
[0095] 如图8所示，换流阀8000还可以包括多个水管，比如图中的水管831、832、833和844。该多个水管可以分为进水管和出水管，与每个阀模块上的冷却系统(未示出)连接。进水管向冷却系统输入冷媒介，出水管排出热交换之后的冷媒介。该多个水管中的至少一个包括多个S弯结构或者螺旋结构。
[0096] 如图8所示，换流阀8000还可以包括多个绝缘拉杆，比如图8中的绝缘拉杆851。绝缘拉杆851两端分别与阀模块8132和水管834连接，可以用于固定水管834。绝缘拉杆851的端部可以设有绝缘拉环(未示出)，套在水管834上。
[0097] 如图8所示，换流阀8000还可以包括多条光缆，比如图8中的光缆841、842、843和844。该多条光缆分别与多个阀模块连接，传输通信信息。该多条光缆中的至少一条包括多个S弯结构或者螺旋结构。
[0098] 图9示出了，本申请另一实施例换流阀的结构示意图。
[0099] 如图9所示，换流阀9000可以包括多个换流阀阀层，比如图9中的911、912、913和914，以及两个框架层：顶框架层921和底框架层922。以上各层的每两个相邻层之间可以用多个绝缘子连接，比如图9中的971。
[0100] 顶框架层可以包括屏蔽接线端子9211和均压环922。
[0101] 底框架层汇流板961，汇流板9611上可以设有漏水检测器9611。
[0102] 如图9所示，换流阀9000还可以包括多个避雷器分别与多个换流阀阀层并联连接。多个避雷器如图9所示分别为931、932、933以及934。该多个避雷器可以通过绝缘子972绝缘支撑。
[0103] 如图9所示，换流阀9000还可以包括多个螺旋状的水管，比如941；以及多个螺旋状的光缆，比如951。
[0104] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0105] 以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
