ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЬ Российский патент 2018 года по МПК H02M7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области техники силовой электроники, силовых установок и, в частности, к преобразовательному вентилю.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Преобразовательный вентиль является критически важным компонентом при передаче постоянного тока высокого напряжения (HVDC) и имеет относительно большой физический размер. При эксплуатации преобразовательный вентиль подвергается напряжению в несколько сотен кВ на обоих концах и находится в процессе частого включения и выключения. В настоящее время одно коммерческое устройство силовой электроники выдерживает напряжение до 8,5 кВ. Соответственно, необходимо последовательно соединять десятки или даже почти сотню каскадов устройств. В вентильной башне обычно используют конструкцию с множеством вентильных слоев, последовательно уложенных сверху вниз, и тиристоров, равномерно распределенных по соответствующим вентильным слоям.

Один вентильный слой преобразовательного вентиля обычно состоит из двух вентильных модулей. В настоящее время соединение двух вентильных модулей имеет разноуровневую или равноуровневую структуру. Для разноуровневой структуры требуется 16 укрепленных стержней из эпоксидной смолы, предназначенных для создания клеткообразной рамы в пространстве, а затем различные сборочные узлы последовательно закрепляются в различных местах клеткообразной рамы, что приводит к очень сложной структуре и затруднениям при установке и обслуживании. Кроме того, клеткообразная рама имеет относительно низкую ударостойкость. Для построения равноуровневой структуры между верхним слоем и нижним слоем используются подвешенные изоляторы, отсутствуют какие-либо средства соединения между двумя узлами в одном вентильном слое, а, преобразовательный вентиль фактически сконфигурирован как два независимых преобразовательных вентиля, что усложняет установку. Кроме того, при появлении внешних сил, таких как землетрясение, смещение между вентильными слоями может быть относительно велико, и, соответственно, может иметь место относительно большое изменение расстояния между двумя вентилями вентильного модуля. Такой преобразователь имеет низкую надежность.

Кроме того, большое количество компонентов и устройств включено в вентильную башню для преобразовательного вентиля, и в процессе проектирования необходимо учитывать удобство ремонта и обслуживания при последующей эксплуатации. В настоящее время существует два основных способа обслуживания вентильной башни для преобразовательного вентиля. Один из них заключается в том, чтобы работать непосредственно на подъемнике без платформы для обслуживания внутри вентильной башни. Это позволяет лишь обслуживать периферийные устройства вентильной башни, в то время как внутренние устройства вентильной башни трудно починить в случае неисправности. Другой способ заключается в том, чтобы расположить платформу для обслуживания внутри вентильной башни. Платформа для обслуживания и вентильный слой конфигурируют в двух основных формах. В первой конструкции каждый вентильный слой состоит из двух вентилей половинного слоя, расположенных бок о бок в горизонтальном направлении. Два вентиля половинного слоя прочно соединены вместе, и между вентилями половинного слоя расположена платформа для обслуживания, расположенная на той же горизонтальной плоскости, что и вентильный слой. Поскольку платформа для обслуживания непосредственно соединена с обоими вентилями половинного слоя, платформа для обслуживания должна быть достаточно широкой, чтобы соответствовать требованиям к изоляции, что неизбежно увеличивает площадь основания вентильной башни. Кроме того, платформа для обслуживания параллельна вентильному слою, что неудобно для персонала по эксплуатации и обслуживанию, выполняющему обслуживание устройств. В другой конструкции каждый вентильный слой также состоит из двух вентилей половинного слоя. Однако два вентиля половинного слоя имеют разноуровневую конфигурацию и не находятся в одной горизонтальной плоскости. Платформа для обслуживания расположена в промежуточном положении двух вентилей половинного слоя в вертикальном направлении. Платформа для обслуживания такой конструкции имеет относительно небольшую ширину, и требования к изоляции выполнены. Однако, удобно обслуживать лишь один из двух вентилей половинного слоя, а другой вентиль половинного слоя - нет.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения существующих технических проблем предложен преобразовательный вентиль согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Согласно изобретению предложен преобразовательный вентиль, содержащий: верхнюю экранирующую крышку, нижнюю экранирующую крышку, по меньшей мере два вертикально уложенных вентильных слоя и платформу для обслуживания. Верхняя экранирующая крышка размещена в верхней части самого верхнего вентильного слоя. Нижняя экранирующая крышка размещена в нижней части самого нижнего вентильного слоя. Каждый из вентильных слоев содержит два вентильных модуля, расположенных бок о бок в горизонтальном направлении. Два вентильных модуля электрически соединены шиной и механически соединены фиксирующими соединителями. Нижний вентильный слой с верхним вентильным слоем так, что он находится в подвешенном состоянии. Корпус платформы для обслуживания расположен между горизонтальными плоскостями, на которых расположены два вертикально смежных вентильных слоя, или между горизонтальными плоскостями, на которых расположены самый нижний вентильный слой и нижняя экранирующая крышка.

Два вентильных модуля прочно соединены первым фиксирующим соединителем и вторым фиксирующим соединителем. Первый фиксирующий соединитель состоит из изоляционного материала. Второй фиксирующий соединитель представляет собой изолятор или изолирующую балку или металлическую балку.

Первый фиксирующий соединитель и второй фиксирующий соединитель размещены между двумя вентильными модулями, соответственно, смежными с двумя противоположными боковыми стенками преобразовательного вентиля.

Различные вентильные слои электрически соединены шинами с одной стороны, смежной с первым фиксирующим соединителем; два вентильных модуля в том же вентильном слое электрически соединены шиной с одной стороны, смежной со вторым фиксирующим соединителем; при этом все вентильные модули в различных вентильных слоях в преобразовательном вентиле последовательно электрически соединены.

Корпус платформы для обслуживания подвешен с помощью изолирующего материала на рамах двух вентилей половинного слоя на любом вентильном слое.

Рама вентиля половинного слоя состоит из внутренней продольной балки, внешней продольной балки и, по меньшей мере, двух поперечных балок. Внутренняя продольная балка представляет собой раму одного вентиля половинного слоя на одной стороне, смежной с другим вентилем половинного слоя. Внешняя продольная балка представляет собой раму одного вентиля половинного слоя на одной стороне, удаленной от другого вентиля половинного слоя, которая параллельна внутренней продольной балке в горизонтальном направлении. Поперечные балки соединены между внутренней продольной балки и внешней продольной балкой.

Корпус платформы для обслуживания подвешен на внутренних продольных балках двух вентилей половинного слоя.

Между различными вентильными слоями предусмотрены, по меньшей мере, две трубы охлаждающей воды.

Между различными вентильными слоями предусмотрены по меньшей мере два лотка для оптического кабеля.

Преобразовательный вентиль согласно данному варианту осуществления изобретения содержит верхнюю экранирующую крышку, нижнюю экранирующую крышку, по меньшей мере два вертикально уложенных вентильных слоя и платформу для обслуживания. Верхняя экранирующая крышка размещена в верхней части самого верхнего вентильного слоя. Нижняя экранирующая крышка размещена в нижней части самого нижнего вентильного слоя. Каждый из вентильных слоев содержит два вентильных модуля, размещенных бок о бок в горизонтальном направлении. Два вентильных модуля электрически соединены шиной и механически соединены фиксирующими соединителями. Нижний вентильный слой соединен с верхним вентильным слоем так, что он находится в подвешенном состоянии. Корпус платформы для обслуживания расположен между горизонтальными плоскостями, на которых расположены два вертикально смежных вентильных слоя, или между горизонтальными плоскостями, на которых расположены самый нижний вентильный слой и нижняя экранирующая крышка. В преобразовательном вентиле согласно данному варианту осуществления изобретения гибкие соединения и высокая ударостойкость достигаются между различными вентилями с помощью подвешивания. Два вентильных модуля в вентильном слое закреплены как одно целое, и на изоляционные расстояния не влияют внешние силы, такие как землетрясение. Вентильный слой устанавливается путем подъема с общим слоем, что облегчает эксплуатацию. Кроме того, платформа для обслуживания подвешена на нижней горизонтальной плоскости между двумя вентильными модулями с помощью изоляторов, что уменьшает размер вентильной башни, при этом достигается равное расстояние утечки. Более того, различие высот между платформой для обслуживания и вентильным слоем облегчает обслуживание устройств на вентильном слое персоналом по эксплуатации и обслуживанию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах (необязательно выполненных в масштабе) аналогичные ссылочные обозначения могут использоваться для описания аналогичных компонентов на разных видах. Аналогичные ссылочные обозначения с различными алфавитными суффиксами могут относится к разным примерам аналогичных компонентов. Как правило, различные раскрытые здесь варианты осуществления показаны на чертежах лишь для иллюстрации, а не для ограничения.

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение общей структуры преобразовательного вентиля в сценарии применения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показан схематический структурный чертеж преобразовательного вентиля с верхней экранирующей крышкой, извлеченной в сценарии применения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан структурный схематический чертеж одного вентильного слоя в преобразовательном вентиле в сценарии применения согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показан схематический чертеж соединения двух вентильных модулей в одном вентильном слое в сценарии применения согласно варианту осуществления настоящего изобретения; а также

на фиг. 5 показан структурный схематический чертеж рамы вентильного слоя и платформы для обслуживания преобразовательного вентиля в сценарии применения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее изобретение описано подробно со ссылкой на конкретные варианты его осуществления и прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 1, в сценарии применения преобразовательный вентиль состоит из четырех вертикально уложенных вентильных слоев 2-5 с экранирующей крышкой 1, размещенной на ее верхней части, и экранирующей крышкой 6, размещенной на ее нижней части. Экранирующая крышка играет критически важную роль в улучшении распространения электрического поля в электрическом поле высокого напряжения.

Как показано на фиг. 3, верхний вентильный слой и нижний вентильный слой в преобразовательном вентиле соединены так, что они находятся в подвешенном состоянии, посредством двенадцати изоляторов 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 610, 611, 612. За счет подвешивания вентильных слоев посредством изоляторов, весь преобразовательный вентиль образует гибкую систему сверху донизу. Вентильные слои могут колебаться в определенном диапазоне без повреждения всей конструкции при воздействии значительных внешних сил, таких как землетрясение. Преобразовательный вентиль может продолжать работать после того, как сильные внешние силы, такие как землетрясение, исчезнут.

Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, чтобы обеспечить возможность последовательного электрического соединения всех вентильных модулей в преобразовательном вентиле, один вентильный слой образован двумя вентилями 11, 12, размещенными бок о бок. Два вентильных модуля с одной стороны соединены шиной 31, чтобы образовать электрическое соединение между двумя вентильными модулями, и для увеличения механической прочности соединены фиксирующим соединителем 22, таким как изолятор, изоляционная балка, или стальная балка. Два вентильных модуля, с другой стороны, разделены так, чтобы образовывать U-образное расположение. При работе преобразовательного вентиля вентильные модули подвергаются очень высокому напряжению. Таким образом, U-образная сторона открытия требует определенного изолирующего расстояния, и для минимизации площади основания преобразовательного вентиля U-образная сторона открытия соединяется посредством изолятора 21, чтобы не только отвечать требованиям изоляции между двумя модулями, но также увеличить прочность конструкции, обеспечивая совместное составление одного вентильного слоя двумя независимыми вентильными модулями. Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, электрические соединения образованы между вертикально смежными вентилями посредством шины 32, и шина 32 соединяет вертикально смежные вентильные слои под наклоном.

Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, по меньшей мере две трубы охлаждающей воды расположены между верхним вентильным слоем и нижним вентильным слоем преобразовательного вентиля. Здесь используются четыре трубы 41-44 охлаждающей воды, расположенные S-образно сверху донизу, то есть S-образная форма соединена с верхним вентильным слоем на одном конце и соединена с нижним вентильным слоем на другом конце. Как правило, если предусмотрены две трубы охлаждающей воды, одна представляет собой впускную трубу, а другая - выпускную трубу. Если используются четыре трубы охлаждающей воды, две являются впускными трубами, а две другие -выпускными трубами. На фиг. 2 и фиг. 3, если трубы 41, 44 охлаждающей воды являются впускными трубами, трубы 42, 43 охлаждающей воды являются выпускными трубами или же, если трубы 42, 43 охлаждающей воды являются впускными трубами, трубы 41, 44 охлаждающей воды являются выпускными трубами. Как впускные трубы, так и выпускные трубы расположены смежно с внешней стороной. С одной стороны, электронные компоненты внутри вентильного слоя не будут обрызганы при протечке воды. С другой стороны, это облегчает установку и обслуживание труб воды.

Как показано на фиг. 3, по меньшей мере два лотка для оптического кабеля расположены между верхним вентильным слоем и нижним вентильным слоем преобразовательного вентиля. В качестве примера здесь используются четыре лотка 71-74 для оптического кабеля, обеспечивающие подходы к включению и контролю полупроводниковых приборов в преобразовательном вентиле.

Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, с другой стороны вентильного слоя, противоположной U-образной стороне открытия, для соединения используется шина 31, и размещен фиксирующий соединитель 22, который может быть изолятором, стальной балкой или подобным элементом. Таким образом, вентильный слой будет сформирован как одно целое, что облегчает подъем с общим слоем во время установки.

Как показано на фиг. 5, рама каждого вентильного модуля состоит из внутренней продольной балки 91, внешней продольной балки 92 и множества (например, двух, показанных на фиг. 5) поперечных балок 93. Множество установочных отверстий предусмотрены равномерно на внутренней продольной балке 91 каждого вентиля половинного слоя. Каждое из установочных отверстий подключено к одному изолятору, а изолятор подключен другим концом к корпусу 51 платформы для обслуживания. Корпус 51 платформы для обслуживания подвешен на внутренних продольных балках 91 двух вентилей половинного слоя с помощью множества изоляторов, а изоляторы обычно имеют зонтичные юбки.

В заключение необходимо отметить, что в преобразовательном вентиле согласно данному варианту осуществления изобретения гибкие соединения и высокая ударостойкость достигаются между различными вентильными слоями за счет подвешивания. Два вентильных модуля в вентильном слое зафиксированы как одно целое, и на изоляционное расстояние не влияют внешние силы, такие как землетрясение. Вентильный слой устанавливается путем подъема с общим слоем, что облегчает эксплуатацию. Кроме того, платформа для обслуживания подвешена на нижней горизонтальной плоскости между двумя вентильными модулями с помощью изоляторов, что уменьшает размер вентильной башни, с соответствием при этом равному расстоянию утечки. Кроме того, различие высот между платформой для обслуживания и вентильным слоем облегчает обслуживание устройств на вентильном слое персоналом по обслуживанию и эксплуатации.

Приведенное выше описание раскрывает лишь предпочтительные варианты осуществления изобретения и не предназначено для ограничения объема правовой охраны, поэтому в объем правовой охраны входят также различные модификации, не выходящие за рамки технической сущности заявленного изобретения.

Изобретение относится к области техники силовой электроники, силовых установок и, в частности, к преобразовательному вентилю. Преобразовательный вентиль содержит верхнюю экранирующую крышку, нижнюю экранирующую крышку, по меньшей мере два вертикально уложенных вентильных слоя и платформу для обслуживания. Верхняя экранирующая крышка размещена в верхней части самого верхнего вентильного слоя. Нижняя экранирующая крышка размещена в нижней части самого нижнего вентильного слоя. Каждый из вентильных слоев содержит два вентильных модуля, размещенных бок о бок в горизонтальном направлении. Два вентильных модуля электрически соединены шиной и механически соединены фиксирующими соединителями. Нижний вентильный слой соединен с верхним вентильным слоем так, что он находится в подвешенном состоянии. Корпус платформы для обслуживания расположен между горизонтальными плоскостями, на которых расположены два вертикально смежных вентильных слоя или между горизонтальными плоскостями, на которых расположены самый нижний вентильный слой и нижняя экранирующая крышка. Технический результат – повышение надежности и повышение удобства обслуживания. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Преобразовательный вентиль, содержащий: верхнюю экранирующую крышку, нижнюю экранирующую крышку, по меньшей мере два вертикально уложенных вентильных слоя и платформу для обслуживания, причем верхняя экранирующая крышка размещена в верхней части самого верхнего вентильного слоя, а нижняя экранирующая крышка размещена в нижней части самого нижнего вентильного слоя; каждый из вентильных слоев содержит два вентильных модуля, размещенных бок о бок в горизонтальном направлении, причем два вентильных модуля электрически соединены шиной и механически соединены фиксирующими соединителями, причем нижний вентильный слой соединен с верхним вентильным слоем так, что он находится в подвешенном состоянии; корпус платформы для обслуживания расположен между горизонтальными плоскостями, на которых расположены два вертикально смежных вентильных слоя, или между горизонтальными плоскостями, на которых расположены самый нижний вентильный слой и нижняя экранирующая крышка, причем два вентильных модуля прочно соединены первым фиксирующим соединителем и вторым фиксирующим соединителем, при этом первый фиксирующий соединитель состоит из изоляционного материала, а второй фиксирующий соединитель представляет собой изолятор или изолирующую балку или металлическую балку.

2. Преобразовательный вентиль по п. 1, в котором первый фиксирующий соединитель и второй фиксирующий соединитель размещены между двумя вентильными модулями, соответственно, смежными с двумя противоположными боковыми стенками преобразовательного вентиля.

3. Преобразовательный вентиль по любому из пп. 1, 2, в котором различные вентильные слои электрически соединены шинами с одной стороны, смежной с первым фиксирующим соединителем; два вентильных модуля в том же вентильном слое электрически соединены шиной с одной стороны, смежной со вторым фиксирующим соединителем; при этом все вентильные модули в различных вентильных слоях в преобразовательном вентиле последовательно электрически соединены.

4. Преобразовательный вентиль по п. 1, в котором корпус платформы для обслуживания подвешен с помощью изолирующего материала на рамах двух вентилей половинного слоя на любом вентильном слое.

5. Преобразовательный вентиль по п. 1 или 4, в котором рама вентиля половинного слоя состоит из внутренней продольной балки, внешней продольной балки и по меньшей мере двух поперечных балок; причем внутренняя продольная балка представляет собой раму одного вентиля половинного слоя на одной стороне, смежной с другим вентилем половинного слоя, а внешняя продольная балка представляет собой раму одного вентиля половинного слоя на одной стороне, удаленной от другого вентиля половинного слоя, которая параллельна внутренней продольной балке в горизонтальном направлении, причем поперечные балки соединены между внутренней продольной балкой и внешней продольной балкой.

6. Преобразовательный вентиль по п. 1 или 5, в котором корпус платформы для обслуживания подвешен на внутренних продольных балках двух вентилей половинного слоя.

7. Преобразовательный вентиль по п. 1, в котором между различными вентильными слоями расположены по меньшей мере две трубы охлаждающей воды.

8. Преобразовательный вентиль по п. 1, в котором между различными вентильными слоями расположены по меньшей мере два лотка для оптического кабеля.