一种用于级联式同相供电变流器的结构装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于级联式同相供电变流器的结构装置，所述装置包括可供串联和并联的功率单元、若干列功率单元单柜连接而成的柜体及容纳柜体的集装箱；本发明专利技术的整体结构设计以及针对功率单元的连接在结构装置内优化、高效的串、并联设计以及电气结构对称设计形成背靠背的功率单元，使得高压同相供电系统的功能在结构实现上成为可能，实现了取消电分相、提高列车安全性和舒适性，减少无功电流和谐波电流对系统危害的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于级联式同相供电变流器的结构装置
本专利技术属于轨道交通电力电子
，特别涉及一种应用于铁路级联式同相供电系统中的一种变流器结构装置。
技术介绍
目前,我国电气化铁道牵引供电系统采用的是工频单相交流制供电方式。因此,相对于三相电力系统而言,电气化铁道牵引供电系统为单相接地的特殊系统,由于结构上的不对称,导致电气化铁道牵引供电系统存在谐波含量大,负序突出和无功功率多三大电能质量问题,并且作为单相负荷的电力机车的相互独立和随机波动,使得这些问题更加突出。为了改善电力系统电能质量问题,提出了采用包括增大电源容量，采取特殊接线的平衡变压器，牵引变电所换相连接，静态负序电流平衡补偿装置等,这些措施虽能减轻高速重载的负面影响,但由于牵引负荷在时间和空间上的随机性,使得改善效果不佳。由于牵引变电所的换相连接,决定了在牵引网上必定存在电分相环节。当机车行至供电臂末端时,必须经过退级，关闭辅助机组断开主断路器等一系列操作,使列车速度和牵引力损失较大并伴随有过电压现象影响机车的正常行驶。由于电分相装置结构复杂，价格昂贵,因此电分相装置成为整个牵引供电系统中的薄弱环节之一,制约高速重载铁路的发展。随着大功率电力电子器件的相继问世以及现代电力电子控制技术的发展,特别是灵活交流输电技术的出现为实现电气化铁路同相供电以及更高水平的贯通供电提供了新的思路。目前我国电气化铁路牵引变电所都是从公共电网上取电，普遍采用单相工频交流电为机车供电。电力系统希望所有的负载都是从电网取用三相对称的基波电流，以充分利用线路、设备的容量，减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁路采用相序轮换，分段分相供电的方案。但是由于各区段的牵引符合大小不可能随时相同，分相分段方案只是在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，而不能从根本上解决铁路负荷单相用电对整个共用电网的影响。对于以上铁路牵引变电所的问题，目前大部分采用无功补偿装置或并联电容器固定补偿模式。由于牵引符合运行的剧烈变化，便造成轻载无功的过补偿和重载无功的欠补偿，其结果均造成牵引供电等功率因数偏低。目前国内还没有厂家做该拓扑结构的高压同相供电变流器装置，对于市场上以前的同相式供电变流器结构装置，因为内部采用的不是角钢框架焊接结构，采用的是绝缘型材之间用螺钉连接，这样的缺点就是整体强度不高，发货时候，需要将功率单元和柜体分开发货，到了现场在将功率单元一个个放进柜体，在现场做各类连接线，现场施工量相当大，完成后需自检连线。现在的结构可以将整个设备整体发运，现场施工量很小，内部连线不用再动，可以直接通电调试。
技术实现思路
针对高压同相供电系统目前存在的空白，我们利用应用现代电力电子技术和微处理器控制技术，研制的同相供电技术，实现牵引供电技术的创新，为了实现该技术的运用，需要开发出同相供电结构装置系统，通过在厂内模拟现场运行工况，参照我公司已成功研发的风电变流器，光伏逆变器，高压大功率SVG，690V大容量变频器等新产品，以及使用高压变频器多年积累的技术基础，研发出新一代的用于级联式同相供电变流器的结构装置。本专利技术技术方案如下：一种用于级联式同相供电变流器的结构装置，所述装置包括可供串联和并联的功率单元、若干列功率单元单柜连接而成的柜体及容纳柜体的集装箱；每列单柜为一焊接框架，被分隔为N层的每列功率单元单柜前后分别设置有前后门板，在每列功率单元单柜的每一层对应的前门板上设置一进风口，每列单柜后部有独立风道；所述功率单元放置于每列功率单元单柜的每一层，且功率单元内部从前至后构成水平风道，并汇总到每列单柜后部的独立风道，若干列单柜后部的独立风道横向联通为一整体风道；在每列单柜后门板适当位置与集装箱之间水平设置有一段风道连接通道，所述风道连接通道直接与对应该列的固定在集装箱后端的风机相连，若干列风机并联于风道出风口，形成风道通路，N为自然数。对于上述“适当”位置，若N为偶数，风道连接通道设置在单柜后门板正中部位置，若N为奇数，风道连接通道设置在单柜后门板正中部对应的功率单元与上一层功率单元连线的中点位置，其目的就是为了保证在总风量一定的情况下，有效均衡各功率单元的风量。进一步的，前门板进风口设置有滤网，所述滤网含有阻燃聚氨酯海绵。进一步的，在集装箱前部位置开多个进风口，并在进风口位置设置百叶窗，百叶窗面积远大于功率单元单柜的每一层对应的前门板上设置的进风口面积。进一步的，还包括用于连接功率单元的铜排及绝缘件，所述铜排连接后被引入到所述结构装置的整体风道中。进一步的，所述铜排及绝缘件包括串联铜排、并联输入铜排、后部转接排、串联输出排A、串联输出排B、功率单元输入铜排、前后转接排、后部输出排A、后部输出排B及绝缘支柱、绝缘夹件和绝缘杠子；所述功率单元包括上下两部分接头，上部接头为功率单元串联侧，含U、V两相，所述串联侧通过串联铜排将相邻功率单元的U、V相串接，串接后的首尾分别为串联输出排A、串联输出排B，所述串联输出排A、串联输出排B分别通过前后转接排连接到后部输出排A和后部输出排B；下部接头为功率单元并联侧，所述并联侧连接并联输入铜排，并联输入铜排通过前后转接排连接后部转接排，再与后部功率单元输入铜排连接形成通路；其中前后转接排通过绝缘支柱固定在单柜侧面的焊接框架上，功率单元输入铜排通过绝缘夹件固定在位于独立风道的绝缘杠子上，绝缘杠子安装在焊接框架上。进一步的，相邻功率单元单柜通过螺钉连接而成。进一步的，每列功率单元单柜被分割为N层的每层之间均设置有绝缘板。进一步的，所述功率单元分为上下两部分，上部为串联侧电气回路，下部为并联侧电气回路，上、下部之间形成水平风道，且上下部结构镜像对称。进一步的，还包括薄膜电容，串并侧叠层母排，所述串、并联侧电气回路均由IGBT功率套件、叠层母排，控制板件，输出铜排组成，所述IGBT功率套件包括散热器，薄膜电容和散热器放置于水平风道中，串并侧连接叠层母排将上下部分的叠层母排连接。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术的整体结构设计、功率单元在结构装置内优化高效的串、并联设计以及电气结构对称设计形成背靠背的功率单元，使得高压同相供电系统的功能在结构实现上成为可能，实现了取消电分相、提高列车安全性和舒适性，减少无功电流和谐波电流对系统危害的技术效果。在大型电力电子设备中，设备随着温度的增加，寿命会降低，失效率会增大，冷风从集装箱百叶窗到柜体前门进风口，流经功率单元内部独立风腔后，将功率器件的热损耗功率带出来变为热风汇总到后部整体风道中，由离心风机将热风带出集装箱外部排入大气中，该结构装置的风道设计解决了同相供电变流器中的功率器件的散热，大大加强了设备的可靠性与稳定性。设备安装在集装箱内部，可随集装箱方便放置于铁路的任何地段，易于搬迁，防护等级为IP53；集装箱及柜体采用焊接结构技术，该技术的优点在于设备整体具有很高的机械强度，柜体变形小等优点，能够最大限度保证柜体在发货运输时为整体发运，保护设备内器件不被损坏。传统风机放置在柜体顶部，使得每个功率单元后部出风口到风机的距离差距大，每个功率单元风流量差异大，本专利技术将风机放置在柜体后部出风口，一般设置有三层，通过试验可以得出风机放置的最佳高度，使得上两层功率单元后部出风口到风机的距离一致，与下层功率单元后部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于级联式同相供电变流器的结构装置，其特征在于：所述装置包括可供串联和并联的功率单元、若干列功率单元单柜连接而成的柜体及容纳柜体的集装箱；每列单柜为一焊接框架，被分隔为N层的每列功率单元单柜前后分别设置有前后门板，在每列功率单元单柜的每一层对应的前门板上设置一进风口，每列单柜后部有独立风道；所述功率单元放置于每列功率单元单柜的每一层，且功率单元内部从前至后构成水平风道，并汇总到每列单柜后部的独立风道，若干列单柜后部的独立风道横向联通为一整体风道；在每列单柜后门板适当位置与集装箱之间水平设置有一段风道连接通道，所述风道连接通道直接与对应该列的固定在集装箱后端的风机相连，若干列风机并联于风道出风口，形成风道通路，N为自然数。

【技术特征摘要】
1.一种用于级联式同相供电变流器的结构装置，其特征在于：所述装置包括可供串联和并联的功率单元、若干列功率单元单柜连接而成的柜体及容纳柜体的集装箱；每列单柜为一焊接框架，被分隔为N层的每列功率单元单柜前后分别设置有前后门板，在每列功率单元单柜的每一层对应的前门板上设置一进风口，每列单柜后部有独立风道；所述功率单元放置于每列功率单元单柜的每一层，且功率单元内部从前至后构成水平风道，并汇总到每列单柜后部的独立风道，若干列单柜后部的独立风道横向联通为一整体风道；在每列单柜后门板适当位置与集装箱之间水平设置有一段风道连接通道，所述风道连接通道直接与对应该列的固定在集装箱后端的风机相连，若干列风机并联于风道出风口，形成风道通路，N为自然数；还包括用于连接功率单元的铜排及绝缘件，所述铜排连接后被引入到所述结构装置的整体风道中；所述铜排及绝缘件包括串联铜排、并联输入铜排、后部转接排、串联输出排A、串联输出排B、功率单元输入铜排、前后转接排、后部输出排A、后部输出排B及绝缘支柱、绝缘夹件和绝缘杠子；所述功率单元包括上下两部分接头，上部接头为功率单元串联侧，含U、V两相，所述串联侧通过串联铜排将相邻功率单元的U、V相串接，串接后的首尾分别为串联输出排A、串联输出排B，所述串联输出排A、串联输出排B分别通过前后转接排连接到后部输出排A和后部输出排B；下部接头为功率单元并联侧，所述并联侧连接并联输入铜排，并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梁艳，马劲松，赖成毅，张黎，常瑞，彭良平，唐斌，
申请(专利权)人：东方日立成都电控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51