JPH0787742A - 水冷式サイリスタバルブ及びマニホルド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイリスタモジュールを均一に冷却でき、か
つ設置面積が最小なる堅牢な冷却水配管を提供する。 【構成】 サイリスタモジュール１を冷却するための純
水を給送水する電気絶縁管１０を、第１段目のフレーム
３と床面５０が構成する空間、及び各段のフレームの端
部から水平方向にフレーム巾の±１０％並びに垂直方向
にフレーム段間距離の±１０％の長さが囲む空間を除く
領域に配置すると共に、この電気絶縁管１０を複数箇所
クランク状に曲げて、各段のマニホルド９に連結した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直流送電あるいは異
周波数電力系統間における交直変換用水冷却式サイリス
タ変換装置に係り、特に純水で冷却するサイリスタバル
ブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の我国のエネルギ事情から大電力を
高効率で長距離送電する要求が高まってきている。一方
大容量の電力用サイリスタが実用化され、容易に入手で
きるようになり電力事情と相呼応して周波数変換、直流
送電等に応用されるようになってきた。このサイリスタ
バルブでは、大電流を処理するためにサイリスタバルブ
の構成部品特にサイリスタからの発熱は大きく、これを
効率よく冷却するため最近では純水を循環させて冷却す
ることが主流となっている。さらに大電力を高効率で長
距離送電するため高電圧化が要求されており、それに伴
ってサイリスタバルブは高層化され1000KVで送電する場
合バルブの高さは１０ｍ以上に及ぶものとなる。サイリ
スタバルブが高層化した場合、均等に効率良く冷却する
手段、堅牢で安全性の高い配管構造、洩れ電流を小さく
して電食を抑える手段、さらにバルブホール建設費を低
減するためにコンパクトに設置できる構造などが技術的
な課題となっている。

【０００３】サイリスタバルブは、図１に示すようにサ
イリスタモジュール１を絶縁支柱２にフレーム３と共に
階層状に取り付けて構成している。サイリスタモジュー
ル１は図２に示すように複数個のサイリスタ素子４とそ
の付属回路であるアノードリアクトル５、抵抗６、コン
デンサ７等から成立っており、このうち冷却を必要とす
るものはサイリスタ素子４、アノードリアクトル５、抵
抗６等であり、冷却配管８によって冷却水が供給されて
いる。

【０００４】図９は従来のサイリスタバルブの冷却系統
の構成を示したものであり、サイリスタバルブの各段に
は、サイリスタモジュールに対応してマニホルド９が設
けられている。そして、このマニホルド９は複数の電気
絶縁管１０により連結され、冷却水母管１１、循環ポン
プ１２、熱交換器（冷却器）１３、イオン交換器１４、
および冷却塔１５と共に冷却水循環系統を構成してい
る。サイリスタモジュール１は分岐管１６によりマニホ
ルド９と連結され冷却水の配水を受けている。熱交換器
（冷却器）１３はサイリスタモジュール１を構成する部
品から発生する熱量を冷却塔１５に熱移動させて系外に
熱放散させている。イオン交換器１４は循環系統から溶
出するイオンを取り除き循環水の比抵抗を上げて洩れ電
流量を小さくしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記サイリスタバルブ
において冷却水による洩れ電流を低減するためには、冷
却水配管の管流路断面を小さくする必要があるが、圧力
損失を増大させる要因となる。更に、サイリスタバルブ
頂部１０ｍ以上の高さまで揚水する必要があるが、これ
も管内圧を増大させることとなり、これに耐える強度の
ものが必要で、かつ循環水の循環が停止したとき循環水
が重力によって落下し配管内が真空状態となろうとする
が、これによっても配管が破損することのないよう堅牢
で安全性の高い配管構造が要求される。

【０００６】また、サイリスタモジュール１を複数台配
置する場合等は、構築物建造費低減のために据付面積を
最小にするサイリスタモジュールの配置および配管引回
しに改善が必要であった。

【０００７】また、上述したようにサイリスタバルブに
高圧大電流化が要求された場合、サイリスタモジュール
の個数は増大しサイリスタバルブの高さは１０ｍ以上に
及ぶことになるが、この場合各サイリスタモジュールに
均等に給水する手段が重要な技術的課題になる。

【０００８】更に、冷却水循環系統の動作圧力を低くし
て冷却水配管に作用する応力を軽減するため各段の流路
損失を僅少化する手段も必要であった。

【０００９】この発明は上記のような必要に応じて行わ
れたもので、冷却を均一化する手段、コンパクトで強度
的に堅牢な配管手段を提供することによって、サイリス
タバルブの経済性、冷却系統の信頼性と安全性を改善し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水冷式サ
イリスタバルブは、サイリスタ素子とその付属回路等が
収納されたサイリスタモジュールを絶縁支柱により所定
個数支持し、このサイリスタモジュール群を複数のフレ
ーム間に多段に積み重ねると共に、サイリスタモジュー
ル内の発熱を冷却するための冷却水配管が設置されたも
のにおいて、床面から第１段目のフレームと床面が構成
する空間、及び各段のフレームの端部から水平方向にフ
レーム巾の±１０％の距離内並びに垂直方向にフレーム
段間距離の±１０％の距離内の空間を除く領域に、冷却
水配管を配置したことを特徴とする。

【００１１】また、複数箇所クランク状に曲げられた電
気絶縁管により各段の冷却水マニホルドを連結すると共
に、上記曲げられた電気絶縁管部分が構成する面がサイ
リスタモジュール側面の垂直面に対して傾斜するように
構成する。

【００１２】更に、複数の冷却水供給管によってサイリ
スタバルブ架台の底部若しくは頂部より各段のサイリス
タモジュールに対して各々独立させて給水すると共に、
冷却水の返水経路は上記給水経路とは逆のサイリスタバ
ルブ架台の頂部若しくは底部に向けて各段のサイリスタ
モジュールから各々独立させて取り出して返水するよう
に構成する。

【００１３】また、サイリスタモジュールに冷却水を分
配するため分岐管を接続するマニホルドにおいて、マニ
ホルド母管とマニホルド母管の軸と直角方向に貫通する
複数の枝管によりマニホルド本体を構成し、マニホルド
母管内部に位置する枝管の一部に一個もしくは複数個の
均圧孔を設ける。

【００１４】

【作用】この発明の水冷式サイリスタバルブは、電気勾
配の小さい領域を選んで冷却水配管を配置するようにし
たので、コロナ特性の比較的低い絶縁配管、多層構造の
電気絶縁管が使用でき、その結果堅牢で安全性の高い冷
却水配管が実現できる。また、冷却水配管の引回しの改
善、サイリスタバルブの据付面積の最小化が図れる。更
に、冷却運転動作圧力を低減でき、冷却水配管に作用す
る応力を軽減でき、流路損失も最小化できる。また、サ
イリスタモジュールに均等に冷却水を供給する手段を提
供することによって冷却に対する信頼性を向上させてい
る。

【００１５】

【実施例】実施例１．水冷式サイリスタバルブの冷却水
配管には電気絶縁性の良好なもの、イオン性不純物溶出
の無いもの等が要求される。またサイリスタバルブは高
圧下で運転されるため材質内の微小間隙、ボイド等にコ
ロナが発生して絶縁劣化を誘発することの無い材質とい
う点からテトラフルオロエチレンのチューブが一般的に
使用されている。しかしこれは比較的柔質の材質であ
り、特に高温になると強度が低下し６０℃では常温の７
０％、８０℃では６０％に低下する。超純水系統では時
間がたてば有機微生物が増殖するため一定期間毎に８０
℃以上の熱水を循環させて系内を滅菌することがある。
サイリスタバルブの冷却配管はこの温度領域でも循環動
作圧力に耐える厚肉パイプを使用する必要がある。

【００１６】しかしながらテトラフルオロエチレンチュ
ーブは高価であり特殊用途に限定して使用されているた
め厚肉パイプの入手性に制約がある。そのため図１０に
示すように、テトラフルオロエチレンのパイプ１０ａの
外側を強度のあるパイプ１０ｂで補強する多層構造の配
管構造のものが考えられる。一方、多層構造パイプの場
合、層間に空隙があれば耐コロナ性が低下するため配管
内にコロナが発生しないよう配管を設置する環境を選定
する必要がある。

【００１７】図３はサイリスタバルブの最下段に２５０
ＫＶ、最上段に５００ＫＶの電圧を印加したときの等電
位分布例を示したものである。複数のサイリスタモジュ
ールを仕切るフレーム３の端部近傍、及び床面５０から
第１段目のフレームと床面５０の間は電界が集中して電
位勾配が大となっているが、その領域から外れると電位
勾配は低くなる。本実施例では電位勾配が小さくなる領
域、即ち床面５０からサイリスタバルブを構成する第１
段目のフレーム３と床面５０が構成する空間（Ａ領
域）、および各段のフレーム３の端部から水平方向にフ
レーム巾の±１０％、並びに垂直方向にフレーム段間距
離の±１０％の長さが囲む領域（Ｂ領域）を除く空間
（Ｃ領域）の電位勾配は０.１KV/MM以下であるため、こ
の領域(Ｃ領域)に冷却水配管を配置することによって、
耐コロナ性の低い材質あるいはその配管構造の多層構造
のパイプでも使用可能にして強度的に十分強く、安全性
の高い冷却水配管を可能にすることができる。例えば冷
却水配管としては、サイリスタモジュール１を取付けて
いる絶縁支柱２と同一の材質、若しくはそれ以上の電気
絶縁特性を有する樹脂(テフロン樹脂、テトラフルオロ
エチレン)、あるいはガラス繊維等の絶縁繊維で強化さ
れた上記樹脂で被覆して多層にした管等を使用すれば良
い。

【００１８】実施例２．この発明に係る冷却水配管の実
施配置例を図４、図５に示す。図４において、電気絶縁
管１０は複数回クランク軸状に曲げられ各段のマニホル
ド９の間を連結しており、各マニホルド９は分岐管１６
を通じて各サイリスタモジュール１に冷却水を送受水し
ている。上記の様に電気絶縁管１０を複数回曲げること
によって冷却配管のパイプ長を長くして漏洩電流量を規
定以下にすると共に、沿面距離を長くとるようにしてい
る。サイリスタバルブ架台の各段には複数のサイリスタ
モジュール１が配置されているが、図５に示すようにク
ランク状に曲げられた電気絶縁管１０の面を、サイリス
タモジュール側面に添うよう垂直面から所定角θ傾けて
配置し、サイリスタモジュール間を詰めて高密度に配置
することによりサイリスタ架台の設置面積を小さくして
いる。

【００１９】実施例３．サイリスタバルブはサイリスタ
モジュール１を垂直方向に複数段、さらに各段に複数個
配置した構成となっている。処理電力が高圧大電流にな
るに従ってサイリスタモジュールの数、段数は多くなり
各モジュールに均等に冷却水を配水する手段が必要とな
る。図９は従来行われている配管例を示したものであ
る。各段にはマニホルド９が設けられ、同じ段に配置さ
れたサイリスタモジュール１は分岐管１６によりマニホ
ルド９に接続されて給水を受けている。各段のマニホル
ド９は複数本の電気絶縁管１０で連結され各段で給受水
する毎に本数を減増させている。１次側(給水側)はサイ
リスタバルブ架台の最下段から複数本の電気絶縁管１０
を介して送水され、各段を上がる毎に絶縁管１０の本数
を減らしていく。一方、２次側(返水側)は上段から下段
に向けて順次絶縁管１０の本数を増やして最下段から循
環系統に返水される構成となっている。この方法は各段
毎に配管抵抗が異なっているため、各段に均等に給入水
するため何等かの調整手段を用いて水量を調整する必要
があった。図６は本発明による冷却水配管の配管構成例
を示したものである。サイリスタバルブ架台の最下段よ
り給水用冷却水母管１１ａを介して複数本の電気絶縁管
１０に給水し、上段に向けて各段毎に順次絶縁管１０の
本数を減らして行くように構成すると共に、２次側(返
水側)は上段に向けて順次絶縁管１０の本数を増やして
いき、最上段で集水した後に、実施例１で示した領域
Ａ、Ｂを除く電位勾配の小さい領域(Ｃ領域)に配置され
た返水用の冷却水母管１１ｂに返水するようにする。こ
のように構成すればサイリスタモジュール１に対する全
ての流路抵抗は同値となり、水量調整手段無しに流水量
を均等化できる。また、返水用の冷却水母管１１ｂはサ
イリスタバルブ本体と電気絶縁管で電気的に絶縁し電位
勾配の小さい領域に配置すれば例えば絶縁特性が低くて
も大口径で堅牢な管が使用でき、安価で安全性の高い冷
却水配管が実現できる。なお上述の説明では、冷却母管
１１ａにより最下段から順次給水して最上段で集水し返
水用の冷却水母管１１ｂに返水する構成にしていたが、
冷却水の流れを逆方向にして最上段まで給水用の冷却水
母管１１ｂで揚水して最上段から給水し、最下段から冷
却水循環系統に返水する構成にしてもよい。

【００２０】実施例４．サイリスタバルブの各段には冷
却水用のマニホルドが設けられているが、この流体損失
を低減することは冷却水循環系統の動作圧力を低くし冷
却配管の発生応力を低減する上で重要である。図７は従
来使用されているマニホルドの構成例を示したものであ
り、マニホルド母管１７に複数の枝管１８を取り付け、
この枝管１８に電気絶縁管１０を接続するように構成さ
れている。そして、複数の電気絶縁管１０を流れる水量
を均等化するために、各段のマニホルド毎に流れを合流
させ、また分流するようにしているが、この方式ではマ
ニホルド内での流体に乱れを生じさせ圧力損失の増大を
招く欠点がある。図８はこの欠点を解決するマニホルド
の構成例を示したものである。この例では、マニホルド
を構成するマニホルド母管１７の軸方向とほぼ直角方向
に電気絶縁管１０と同径の複数の枝管１８を貫通させ
て、マニホルド内部に位置する枝管１８の一部に一個も
しくは複数個の均圧孔１９を設けたものである。なお各
段のマニホルドを連結する電気絶縁管１０は枝管１８の
両端に連結される。この実施例によれば、サイリスタバ
ルブの各段で電気絶縁管１０はマニホルド毎に均圧化さ
れ、流水量もそれによって均等化される。また、流路断
面は連続して一様となるため流れの乱れがなく流体損失
を小さくできる効果がある。

【００２１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電気勾
配の小さい領域を選んで多層構造の電気絶縁管を配置す
ることにより堅牢で安全性の高い冷却水配管が実現で
き、またサイリスタモジュールに均等に冷却水を供給す
る手段を提供することによって冷却に対する信頼性を向
上させている。さらにサイリスタバルブの据付面積、冷
却運転動作圧力を低減できるなど本発明の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】サイリスタバルブの全体構成を示す斜視図であ
る。

【図２】サイリスタバルブを構成するサイリスタモジュ
ールの構成図である。

【図３】サイリスタバルブの電位分布図を示す。

【図４】この発明のサイリスタバルブ冷却水配管の実施
例を示す側面図である。

【図５】上記サイリスタバルブ冷却水配管の平面図であ
る。

【図６】この発明のサイリスタバルブ冷却水配管系統の
構成例を示す。

【図７】従来のマニホルドを示す断面図である。

【図８】この発明に係るマニホルドの構成例を示す断面
図である。

【図９】従来のサイリスタバルブ冷却系統の構成例を示
す。

【図１０】従来の多層配管構造の構成例を示す。

【符号の説明】

１ サイリスタモジュール ２ 絶縁支柱 ３ フレーム ４ サイリスタ素子 ５ アノードリアクトル ６ 抵抗 ７ コンデンサ ８ 冷却配管 ９ マニホルド １０ 電気絶縁管 １１ａ,ｂ 冷却水母管 １２ 循環ポンプ １３ 熱交換器 １４ イオン交換器 １５ 冷却塔 １６ 分岐管 １７ マニホルド母管 １８ 枝管 １９ 均圧孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイリスタ素子とその付属回路等が収納
   されたサイリスタモジュールを絶縁支柱により所定個数
   支持し、上記サイリスタモジュール群を複数のフレーム
   間に多段に積み重ねると共に、上記モジュール内の発熱
   を冷却するための冷却水配管が設置された水冷式サイリ
   スタバルブにおいて、 床面から第１段目のフレームと床面が構成する空間、及
   び各段のフレームの端部から水平方向にフレーム巾の±
   １０％並びに垂直方向にフレーム段間距離の±１０％の
   長さが囲む空間を除く領域に、上記冷却水配管を配置し
   たことを特徴とする水冷式サイリスタバルブ。
2. 【請求項２】 サイリスタ素子とその付属回路等が収納
   されたサイリスタモジュールを絶縁支柱により所定個数
   支持し、上記サイリスタモジュール群を複数のフレーム
   間に多段に積み重ねると共に、上記モジュール内の発熱
   を冷却するための冷却水配管系を備えた水冷式サイリス
   タバルブにおいて、 上記冷却水配管系は、複数箇所曲げられた複数の電気絶
   縁管を通して各段の冷却水マニホルドに連結され、上記
   曲げられた電気絶縁管部分が構成する面がサイリスタモ
   ジュール側面の垂直面に対して傾斜して取り付けられた
   ことを特徴とする水冷式サイリスタバルブ。
3. 【請求項３】 サイリスタ素子とその付属回路等が収納
   されたサイリスタモジュールを絶縁支柱により所定個数
   支持し、上記サイリスタモジュール群を複数のフレーム
   間に多段に積み重ねるとともに、上記モジュールを冷却
   する冷却水配管を備えた水冷式サイリスタバルブにおい
   て、 複数の冷却水供給管によってサイリスタバルブ架台の底
   部若しくは頂部より各段のサイリスタモジュールに対し
   て各々独立させて給水すると共に、冷却水の返水経路は
   上記給水経路とは逆のサイリスタバルブ架台の頂部若し
   くは底部に向けて各段のサイリスタモジュールから各々
   独立させて取り出して返水するように構成した水冷式サ
   イリスタバルブ。
4. 【請求項４】 複数段に配置された複数のサイリスタモ
   ジュールに冷却水を分配するための分岐管を接続するマ
   ニホルドにおいて、マニホルド母管及びマニホルド母管
   の軸と直角方向に貫通する複数の枝管によりマニホルド
   本体を構成し、マニホルド母管内部に位置する枝管の一
   部に一個もしくは複数個の均圧孔を設け、上記枝管に上
   記分岐管を接続したことを特徴とするマニホルド。