一种用于换流阀塔的上部约束减震装置

1.本发明涉及换流设备技术领域，具体涉及一种用于换流阀塔的上部约束减震装置。


背景技术：

2.换流阀悬挂于换流阀厅的钢结构屋架上，类似于悬挂钟摆体系。这种悬挂结构有效地减小了换流阀塔自身受到的地震作用，使得阀塔的应力响应大大减小。但是由于阀塔本身的水平刚度较小，在低频成分丰富的地震波作用下易产生较大水平位移。此外，在竖向地震作用下竖向绝缘子有可能发生受压松弛，从而导致阀塔在竖向产生瞬时的冲击作用，产生巨大的竖向加速度响应和应力响应。
3.目前，悬吊式换流阀的减震控制主要通过底部约束装置实现，包括底部支柱式液压阻尼器装置和预张拉约束方案。但是，换流阀的底部电压等级最高，上述装置接地后，会影响换流阀底部的绝缘性能，需要对产品进行重新设计，使用上较为复杂，成本较高。
4.此外，仅采用上部斜向连接并不能完全解决换流阀的水平位移控制问题，例如悬吊式柔性直流换流阀中已经采用了上部斜向悬吊绝缘子，但是由于没有竖向绝缘子的约束作用，容易产生刚体转动现象，无法有效降低水平位移。为此，本发明提出了带有竖向和斜向绝缘子的约束减震装置，并设置了悬吊弹簧、弹簧-阻尼节点和附加质量改善控制效果，为此我们提出了一种用于换流阀塔的上部约束减震装置。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供一种用于换流阀塔的上部约束减震装置，以解决上述的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种用于换流阀塔的上部约束减震装置，包括阀厅屋架，所述阀厅屋架内部设置有换流阀塔，所述换流阀塔顶部设置有顶部屏蔽罩框架，顶部屏蔽罩框架的上端连接有竖向绝缘子，所述竖向绝缘子的顶部通过悬吊弹簧与阀厅屋架连接，所述顶部屏蔽罩框架的两端连接有斜向绝缘子，所述斜向绝缘子通过弹簧-阻尼节点与阀厅屋架连接。
10.优选的，所述悬吊弹簧包括外壳套筒、受压螺旋弹簧、铰链连杆、带万向铰的带万向铰的端板以及外壳套筒下端开孔，所述外壳套筒通过可调螺栓固定安装在阀厅屋架上，受压螺旋弹簧、铰链连杆、带万向铰的端板设置在外壳套筒的内部，所述带万向铰的端板位于受压螺旋弹簧顶部，且带万向铰的端板上固定安装有铰链连杆，所述外壳套筒的底部开设有外壳套筒下端开孔，所述铰链连杆穿过带万向铰的端板、受压螺旋弹簧以及外壳套筒下端开孔延伸到外壳套筒外侧。
11.优选的，所述铰链连杆的下端通过悬吊弹簧铰链节点与竖向绝缘子的上端铰接在
一起。
12.优选的，弹簧-阻尼节点包括弹簧-阻尼节点上铰链节点、弹簧-阻尼节点下铰链节点、黏滞阻尼器、可伸缩杆以及螺旋弹簧，所述黏滞阻尼器的上端通过弹簧-阻尼节点上铰链节点与阀厅屋架铰接在一起，所述可伸缩杆设置在黏滞阻尼器的内部，所述可伸缩杆与螺旋弹簧焊接在一起，所述螺旋弹簧的下端通过弹簧-阻尼节点下铰链节点与斜向绝缘子上端铰接在一起。
13.优选的，顶部屏蔽罩框架的内部安装有顶部屏蔽罩框架梁，所述顶部屏蔽罩框架梁上焊接有两个顶部屏蔽罩框架配重。
14.优选的，当中间框架梁顶部屏蔽罩框架梁不允许额外设置顶部屏蔽罩框架配重时，顶部屏蔽罩框架的外部固定安装有顶部屏蔽罩。
15.竖向绝缘子上端部的悬吊弹簧示意图见附图2。悬吊弹簧上部采用4个可调螺栓与阀厅屋架连接，可通过4个螺栓对悬吊弹簧进行调平。压缩弹簧安装在套筒内部，采用螺旋式压缩弹簧，中部滑块底部有铰接连杆，连杆通过可绕自身轴转动的销钉固定在中部滑块上，套筒下部开口较大，允许连杆在一定角度(大约为10
°
)内摇摆，实现在换流阀产生多向水平位移后，悬吊弹簧仅承受轴力。完成安装后，需保证竖向绝缘子中为拉力，其设计拉力值根据优化设计确定，使得竖向绝缘子在地震作用下仍保持受拉。
16.斜向绝缘子及其上端部的弹簧-阻尼节点示意图见附图3。斜向绝缘子采用换流阀常用的环氧树脂耐张绝缘子，具有轻质高强的特点。弹簧-阻尼节点两端为铰链节点，其两端与斜向绝缘子和阀厅屋架连接。弹簧-阻尼节点采用1个黏滞阻尼器，在黏滞阻尼器伸缩杆两端焊接螺旋弹簧，实现弹簧与黏滞阻尼的并联效果。在完成安装后，斜向绝缘子宜处于受拉状态，其设计拉力值根据优化设计确定，在地震作用下斜向绝缘子允许出现松弛。斜向绝缘子及其上端部的弹簧-阻尼节点数量通常为4个，以满足双向水平地震需求，可根据换流阀情况更改为2-8个，所有斜向绝缘子的安装角度一致，且呈对称布置。
17.在顶部屏蔽罩框架梁上安装顶部屏蔽罩框架配重，顶部屏蔽罩框架配重可采用钢材、铅、铝等材料制成，通过卡扣、焊接或螺栓连接方式与框架梁连接，实现调整换流阀动力特性的效果。质量块应具有弧形表面，不对换流阀电气功能造成影响，其形式需经过电气工程师校核。
18.本发明适用的换流阀顶部屏蔽罩可覆盖或不覆盖阀本体，换流阀层间绝缘子可为铰接式或连续杆式，加装上部约束装置后的换流阀见附图1。
19.(三)有益效果
20.与现有技术相比，本发明提供的用于换流阀塔的上部约束减震装置，具备以下有益效果：
21.该用于换流阀塔的上部约束减震装置，能有效提高换流阀的整体水平刚度和阻尼比，降低地震下换流阀的水平位移和竖向加速度响应。额外设置的斜向绝缘子与换流阀顶部屏蔽罩框架连接，对换流阀的电气功能影响较小，克服了现有底部约束技术对电气功能影响较大的问题。
附图说明
22.图1为本发明实施例在换流阀塔上的安装使用状态结构示意图；
23.图2为本发明实施例中悬吊弹簧的结构示意图；
24.图3为本发明实施例中弹簧-阻尼器节点结构示意图；
25.图4为本发明实施例中顶部屏蔽罩框架配重结构示意图。
26.图中：1、换流阀塔；2、竖向绝缘子；3、阀厅屋架；4、悬吊弹簧；5、斜向绝缘子；6、弹簧-阻尼节点；7、顶部屏蔽罩框架；8、顶部屏蔽罩框架配重；9、可调螺栓；10、悬吊弹簧铰链节点；11、外壳套筒；12、受压螺旋弹簧；13、铰链连杆；14、带万向铰的端板；15、外壳套筒下端开孔；16、弹簧-阻尼节点上铰链节点；17、弹簧-阻尼节点下铰链节点；18、黏滞阻尼器；19、可伸缩杆；20、螺旋弹簧；21、顶部屏蔽罩框架梁；22、顶部屏蔽罩。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
28.实施例
29.请参阅图1-4，本发明提供的用于换流阀塔的上部约束减震装置，阀塔1的顶部屏蔽罩框架7通过竖向绝缘子2安装在阀厅屋架3上，竖向绝缘子2与阀厅屋架3之间为悬吊弹簧4，悬吊弹簧4上端通过4个可调螺栓9安装在阀厅屋架3上，下端通过铰链节点10与竖向绝缘子4连接。可调螺栓9连接在外壳套筒11上，外壳套筒11内部包含受压螺旋弹簧12和铰链连杆13，铰链连杆13上端为带万向铰的端板14，外壳套筒下端开孔15直径比铰链连杆13直径略大。
30.弹簧-阻尼节点6上端通过铰链节点16与阀厅屋架3连接，下端通过铰链节点17与斜向绝缘子5的上端连接，斜向绝缘子5的下端通过铰链节点16与阀塔1的顶部屏蔽罩框架7连接。弹簧-阻尼节点主体为1个黏滞阻尼器18，黏滞阻尼器18的可伸缩杆19两端与螺旋弹簧20焊接。
31.顶部屏蔽罩框架7的中间框架梁21上设置了配重钢板8，配重钢板8通过焊接安装在中间框架梁21上。当中间框架梁21不允许额外设置钢板时，可在屏蔽罩22内部设置配重。
32.设计时，建立计算模型，对多组不同的参数组合输入单向地震波进行计算，获取其在三向地震动下的水平位移及竖向加速度响应。对悬吊弹簧4的轴向刚度、竖向绝缘子2的设计拉力、斜向绝缘子5的倾角、弹簧-阻尼节点6的刚度及阻尼系数、顶部屏蔽罩框架7处配重钢板8的质量、斜向绝缘子5的设计拉力和倾角进行优化设计。根据设计结果，预制配重钢板8，设计弹簧-阻尼节点6初始长度和变形行程。
33.施工安装时，首先在阀厅屋架3上安装悬吊弹簧4，在顶部屏蔽罩框架7处焊接配重钢板8，焊接完成后在施工现场安装换流阀1，包括阀本体和竖向绝缘子2，竖向绝缘子2顶部连接在悬吊弹簧4上。完成安装后，在阀厅屋架3预定位置安装弹簧-阻尼节点6，再安装斜向绝缘子5，并对斜向绝缘子5施加拉力，使其能与顶部屏蔽罩框架7处的铰链节点16连接，斜向绝缘子5应对称安装。
34.完成所有安装后，测量悬吊弹簧4和弹簧-阻尼节点6处的伸长量，以此校核竖向绝缘子2和斜向绝缘子5的实际轴力，当实际轴力与设计轴力偏差较大时，需拆除斜向绝缘子5
和弹簧-阻尼节点6，重新制作和施工。
35.本发明上述实施例提供的用于换流阀塔的上部约束减震装置，能有效提高换流阀的整体水平刚度和阻尼比，降低地震下换流阀的水平位移和竖向加速度响应。额外设置的斜向绝缘子与换流阀顶部屏蔽罩框架连接，对换流阀的电气功能影响较小，克服了现有底部约束技术对电气功能影响较大的问题。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。