CN104917354B - 高压变频器中功率单元与变压器的布线方法及高压变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压变频器中功率单元与变压器的布线方法及高压变频器，方法包括：1）在高压变频器的功率柜和变压器柜间布置柜间过渡装置；2）通过三维软件进行预布线，确定柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子间各段10KV电缆的走线路径和长度、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子间各段1kV电缆的走线路径和长度；3）布置并连接电缆；高压变频器包括功率柜、变压器柜、控制柜以及设于功率柜、变压器柜之间的柜间过渡装置。本发明具有电缆长度短、电缆连接稳定可靠、电缆布线规整、散热性能好、功率柜装配效率高、生产加工方便、生产劳动强度低、现场并柜时间短的优点。

Description

高压变频器中功率单元与变压器的布线方法及高压变频器

技术领域

本发明涉及高压变频设备，具体涉及一种高压变频器中功率单元与变压器的布线方法及高压变频器。

背景技术

目前高压变频器主要包括功率单元、低压控制部分和输入、输出电压电流保护器件、移相变压器等元器件。按照元器件电压等级、电流大小、体积大小等性能参数将这些元器件进行柜体化划分，划分为功率柜、控制柜、变压器柜三部分。其中变压器柜主要放置移相变压器；功率柜主要放置功率单元；控制柜主要包括低压控制部分和输入、输出电压电流等保护器件。功率单元的三相电源是由移相变压器二次侧提供，目前功率单元与移相变压器二次侧之间采用高压电缆连接，功率单元与移相变压器分别安装在两个不同的柜体内，他们之间的高压电缆主要是通过穿两个柜体的并柜侧板的方孔直接连接。而目前高压变频器布线设计仍然停留在平面二维设计阶段，电缆布局直观差，同时也没有形成一个统一的布线方法。这种高压变频器布线方法存在以下缺点：

1、由于变压器柜与功率柜本身柜体尺寸的限制，电缆排布拥挤，散热效果不理想，柜间高压电缆不能平铺开来，同一相单元至变压器绕组的电缆基本是重叠在一起，降低了电缆散热效果，影响电缆的载流量，从而在电缆规格选型上需要提高一个等级，导致成本上升。

2、这种跨柜之间高压电缆连接距离比较长，大量的电缆跨越两个柜体的长度，拖动比较困难，尤其是大容量的高压变频器，电缆线径比较粗，比较重，在柜体狭小空间难以挪动，增大了现场安装和实验调试时并柜电缆连接工作量。在装置运输发货时还必须把每根电缆给拆卸下来进行包装，到用户现场又得重新连接，增加了其安装、运输、维护的成本。

3、这样跨柜之间电缆连接难度大于单柜内的电缆连接，这就要求在装配高压变频器时必须进行并柜，才能完成电缆布线工作。由于空间与时间限制，在生产高压变频器时常常不能进行并柜布线，只能根据接线点到各柜体方孔之间距离预估每根电缆长度。电缆预估时一般按照就高不就低的原则，造成电缆长度不易控制，电缆成本增大。同时多余电缆缠绕、下垂、重叠，影响整机的美观。

4、由于目前高压变频器没有形成一个统一的布线方法，使得高压变频器布线比较随意，不利于高压变频器的批量化生产，也不利于高压变频器的规范化和通用化。

综上所述，现有技术的高压变频器存在：1、高压电缆连接给运输、组装、拆卸、维护带来的难题；2、高压电缆长度过长、长度不易控制带来电缆成本增大的难题；3、高压电缆长距离悬空连接引起的接线端子变形、松动的难题；4、高压电缆缠绕、排布拥挤、重叠，散热效果差的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种电缆长度短、电缆连接稳定可靠、电缆布线规整、散热性能好、功率柜装配效率高、生产加工方便、生产劳动强度低、现场并柜时间短的高压变频器中功率单元与变压器的布线方法及高压变频器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种高压变频器中功率单元与变压器的布线方法，步骤包括：

1）在高压变频器的功率柜和变压器柜之间布置柜间过渡装置，所述柜间过渡装置的两侧均设有用于实现功率单元与变压器之间电连接的连接螺栓；

2）针对功率单元、变压器以及电缆连接过渡装置通过三维软件进行预布线模拟每根电缆的走线路径，且通过三维软件进行预布线时，将柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间选用10kV电缆、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间选用1kV电缆，且将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV；最终根据预布线确定柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间各段10KV电缆的走线路径和长度、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间各段1kV电缆的走线路径和长度；

3）分别制作预布线确定长度的10kV电缆和1kV电缆，将每一段10kV电缆和1kV电缆按照预布线确定的走线路径进行走线，将各段10kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和变压器上对应的二次侧端子相连，将各段1kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和功率单元上对应的连接端子相连。

优选地，所述步骤2）中将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离具体是指：在功率柜内位于每一个功率单元的下侧单独布置一个线槽，将该功率单元的三根1kV电缆单独固定在该线槽内，使得相邻功率单元的1kV电缆之间通过线槽保持安全距离。

优选地，所述步骤2）中通过三维软件进行预布线时，将功率柜内的功率单元按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元，变压器的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子，将柜间过渡装置对应变压器的每一组二次侧端子设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过10kV电缆和变压器上对应的一组二次侧端子依次相连、另一端通过1kV电缆和对应层功率单元的连接端子依次相连。

本发明还提供一种高压变频器，包括功率柜、变压器柜以及控制柜，所述功率柜内设有多个功率单元，所述变压器柜内设有变压器，所述功率柜、变压器柜之间设有柜间过渡装置，所述柜间过渡装置的两侧均设有用于实现功率单元与变压器之间电连接的连接螺栓，所述柜间过渡装置一侧的连接螺栓分别通过功率柜电缆与各个功率单元的连接端子相连，所述柜间过渡装置另一侧的连接螺栓分别通过变压器柜电缆与变压器的二次侧端子相连，相邻功率单元的功率柜电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的功率柜电缆之间最高电位差不大于1kV，所述功率柜电缆为1kV电缆，所述变压器柜电缆为10kV电缆。

优选地，在所述功率柜内位于每一个功率单元的下侧单独布置一个线槽，所述功率单元的三根功率柜电缆单独固定在该线槽内，使得相邻功率单元的功率柜电缆之间通过线槽保持安全距离。

优选地，所述功率柜内的功率单元按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元，变压器的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子，柜间过渡装置对应变压器的每一组二次侧端子设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过变压器柜电缆和变压器上对应的一组二次侧端子依次相连、另一端通过功率柜电缆和对应层功率单元的连接端子依次相连。

本发明高压变频器中功率单元与变压器的布线方法具有下述优点：

1、传统的高压变频器中功率单元与变压器之间的10KV电缆长度较长，而且高压电缆比较重，距离比较长，接线端子压接处因缺乏支撑而下垂，造成接线端子易变形、松动。本发明在高压变频器的功率柜和变压器柜之间布置柜间过渡装置，功率单元与变压器之间的电缆通过柜间过渡装置相连，通过柜间过渡装置使得功率单元与变压器之间电缆被分为两段，有效控制电缆的长度，解决了高压电缆长距离连接引起的接线端子变形、松动的问题。

2、本发明针对柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间降低功率柜内的电缆的规格，通过将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV，实现了柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间采用1kV低压电缆代替传统的10KV高压电缆，具有下述优点：其一，有效控制电缆的长度，而且由于低压电缆重量轻、线径小、折弯半径小，提高装配效率，降低劳动强度，缩短了高压变频器的生产周期，减少现场并柜时间；其二，能够减轻了电缆的重量，防止柜间过渡装置和功率单元之间电缆接线端子变形、松动；其三、降低了电缆成本，提高市场的竞争力；其四，改善了布线的可维护性和美观度。

3、本发明高压变频器中功率单元与变压器的布线方法利用功率单元与移相变压器二次侧电缆连接的柜间过渡装置与三维预布线相结合，使变压器柜与功率柜之间布线分为两个相对立的空间，有效模拟每根电缆的走线路径，确定每根电缆的走线路径和长度，能够有效规避由于空间的限制而重叠走线，提高功率单元与变压器之间电缆的散热效果。

本发明的高压变频器为采用本发明高压变频器中功率单元与变压器的布线方法后得到的装置，因此也具有下述优点：

1、传统的高压变频器中功率单元与变压器之间的10KV电缆长度较长，而且高压电缆比较重，距离比较长，接线端子压接处因缺乏支撑而下垂，造成接线端子易变形、松动。本发明在高压变频器的功率柜和变压器柜之间布置柜间过渡装置，功率单元与变压器之间的电缆通过柜间过渡装置相连，通过柜间过渡装置使得功率单元与变压器之间电缆被分为两段，有效控制电缆的长度，解决了高压电缆长距离连接引起的接线端子变形、松动的问题。

2、本发明针对柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间降低功率柜内的电缆的规格，通过将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV，实现了柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间采用1kV低压电缆代替传统的10KV高压电缆，具有下述优点：其一，有效控制电缆的长度，而且由于低压电缆重量轻、线径小、折弯半径小，提高装配效率，降低劳动强度，缩短了高压变频器的生产周期，减少现场并柜时间；其二，能够减轻了电缆的重量，防止柜间过渡装置和功率单元之间电缆接线端子变形、松动；其三、降低了电缆成本，提高市场的竞争力；其四，改善了布线的可维护性和美观度。

附图说明

图1为本发明实施例布线方法的流程示意图。

图2为本发明实施例的高压变频器的原理结构（卸下侧面板状态）示意图。

图3为图2中的A-A方向的剖视结构示意图。

图4为本发明实施例中某一排功率柜电缆的排布结构剖视图。

图5为图2中的B-B方向（未绘制变压器柜电缆）的剖视结构示意图。

图例说明：1、功率柜；10、功率柜电缆；11、功率单元；12、线槽；2、变压器柜；20、变压器柜电缆；21、变压器；211、二次侧端子；3、柜间过渡装置。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的高压变频器中功率单元与变压器的布线方法步骤包括：

1）在高压变频器的功率柜和变压器柜之间布置柜间过渡装置，柜间过渡装置的两侧均设有用于实现功率单元与变压器之间电连接的连接螺栓；

2）针对功率单元、变压器以及电缆连接过渡装置通过三维软件进行预布线模拟每根电缆的走线路径，且通过三维软件进行预布线时，将柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间选用10kV电缆、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间选用1kV电缆，且将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV；最终根据预布线确定柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间各段10KV电缆的走线路径和长度、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间各段1kV电缆的走线路径和长度；

3）分别制作预布线确定长度的10kV电缆和1kV电缆，将每一段10kV电缆和1kV电缆按照预布线确定的走线路径进行走线，将各段10kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和变压器上对应的二次侧端子相连，将各段1kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和功率单元上对应的连接端子相连。

本实施例中，步骤2）中将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离具体是指：在功率柜内位于每一个功率单元的下侧单独布置一个线槽，将该功率单元的三根1kV电缆单独固定在该线槽内，使得相邻功率单元的1kV电缆之间通过线槽保持安全距离，能够有效控制功率柜电缆（1kV电缆）的路径、走向、间距，有利于功率柜电缆的散热，而且使得功率柜电缆的布线整齐、美观，能够确保相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV。

本实施例中，步骤2）中通过三维软件进行预布线时，将功率柜内的功率单元按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元，变压器的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子，将柜间过渡装置对应变压器的每一组二次侧端子设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过10kV电缆和变压器上对应的一组二次侧端子依次相连、另一端通过1kV电缆和对应层功率单元的连接端子依次相连。通过上述结构，确保柜间过渡装置和功率单元的1kV电缆之间连接缠绕、重叠，确保1kV电缆走线美观，有利于1kV电缆的有效利用，能够确保各组功率单元的1kV电缆之间达到安全绝缘间距。

如图2所示，本实施例的高压变频器包括功率柜1、变压器柜2以及控制柜，功率柜1内设有多个功率单元11，变压器柜2内设有变压器21，功率柜1、变压器柜2之间设有柜间过渡装置3，柜间过渡装置3的两侧均设有用于实现功率单元11与变压器21之间电连接的连接螺栓，柜间过渡装置3一侧的连接螺栓分别通过功率柜电缆10与各个功率单元11的连接端子相连，柜间过渡装置3另一侧的连接螺栓分别通过变压器柜电缆20与变压器21的二次侧端子211相连，相邻功率单元11的功率柜电缆10之间保持安全距离使得相邻功率单元11的功率柜电缆10之间最高电位差不大于1kV，功率柜电缆10为1kV电缆，变压器柜电缆20为10kV电缆。本实施例中，变压器21具体为移相变压器。由高压变频器的工作原理可知，单个功率单元11的输入输出额定电压较低，高压变频器的每相由多个结构相同的功率单元11串联实现高压输出，因此本实施例将功率柜电缆10采用低压1kV电缆，能够柜间过渡装置3一侧的连接螺栓与各个功率单元11的连接端子之间的电压传输；此外，由于在变压器柜2内变压器21的二次侧端子211到电缆过渡装置3之间距离比较短、空间比较狭小，难以确保低压1kV电缆与多个变压器21的二次侧端子211叠加所形成高压的电气、爬电距离，因此在变压器柜2内的变压器柜电缆20仍采用10kV高压电缆。

如图3和图4所示，本实施例中在功率柜1内位于每一个功率单元11的下侧单独布置一个线槽12，功率单元11的三根功率柜电缆10单独固定在该线槽12内，使得相邻功率单元11的功率柜电缆10之间通过线槽12保持安全距离。通过上述结构，能够确保相邻功率单元11的功率柜电缆10之间通过线槽12保持安全距离，有效控制功率柜电缆10的路径、走向、间距，有利于功率柜电缆10的散热，而且使得功率柜电缆10的布线整齐、美观，能够确保相邻功率单元11的功率柜电缆10之间最高电位差不大于1kV。参见图4，U1a/ U1b/ U1c分别为一个功率单元的三根功率柜电缆10，用于该功率单元输入a、b、c三相电源，通过扎带（或者其他固定件）固定在第一个线槽12内；U2a/ U2b/ U2c分别为另一个功率单元的三根功率柜电缆10，通过扎带固定在第二个线槽12内，其余各个功率单元的三根功率柜电缆10依次类推，在此不再赘述。本实施例中，线槽12具体采用玻璃钢线槽，此外也可以根据需要采用其他绝缘性能良好的线槽。

本实施例中，功率柜1内的功率单元11按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元11，变压器21的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子211，柜间过渡装置3对应变压器21的每一组二次侧端子211设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过变压器柜电缆20和变压器21上对应的一组二次侧端子211依次相连、另一端通过功率柜电缆10和对应层功率单元11的连接端子依次相连。通过上述结构，确保柜间过渡装置3以一排连接螺栓为单位实现和功率单元11、变压器21之间电缆的有序连接，防止变压器柜电缆20以及功率柜电缆10之间发生连接缠绕、重叠，确保变压器柜电缆20以及功率柜电缆10走线美观，而且还有利于1kV的功率柜电缆10利用，能够进一步确保相邻功率单元11的功率柜电缆10之间通过线槽12保持安全距离，使得相邻功率单元11的功率柜电缆10之间最高电位差不大于1kV。本实施例中，每一层功率单元11包括九个功率单元11（图2中仅仅绘制出前侧的四个，后侧的五个未绘出），因此每一层功率单元11下设有并列排布的九根线槽12；由于变压器21的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子211，变压器21包括九组二次侧端子211，变压器21的每一组二次侧端子211包括九个二次侧端子211，参见图2中的Ua～Uc、Va～Vc、Wa～Wc为变压器21的九组二次侧端子211，且每一组二次侧端子211仅绘制出前侧的五个U5～U9，后侧的四个U1～U4未绘出。参见图5，本实施例中柜间过渡装置3对应设置有九排连接螺栓，每一排又包括九个连接螺栓。例如最上侧的一排连接螺栓编号为U1a～U9a，用于连接变压器21的Ua组（U相a组）的九个二次侧端子211；最下侧的一排连接螺栓编号为W1c～W9c，用于连接变压器21的Wc组（W相c组）的九个二次侧端子211，依次类推，在此不再赘述。

需要说明的是，变压器21的技术规格书确定了变压器21的每一组二次侧端子211的输出顺序，本实施例的布线连接结果可以使用变压器21的技术规格书的不同要求。本实施例中，变压器21的技术规格书确定每一组九个二次侧端子21（U1～U9）的输出电压依次递增，因此，柜间过渡装置3上的连接螺栓也存在相同的布线连接顺序，线槽12中的一组（三根）功率柜电缆10也遵照此顺序进行布置。参见图4，最左侧的三根功率柜电缆10（U1a/U1b/ U1c）的电位最低，最右侧的三根功率柜电缆10（U9a/ U9b/ U9c）的电位最高，其余各个功率单元的三根功率柜电缆10的排列顺序依次类推，在此不再赘述。参见图5，以最上侧的一排连接螺栓编号为U1a～U9a为例，最上侧的一排连接螺栓编号为U1a～U9a同样也按照电位依次递增的顺序，U1a的电位最低，U9a的电位最高，其余各排连接螺栓的连接电位排序相同，在此不再赘述。

此外，为了实现电连接的稳定可靠以及使用寿命，本实施例中柜间过渡装置3上的连接螺栓均采用铜螺栓，此外也可以根据需要采用其他类型的导电性能好、物理化学性能稳定的连接螺栓。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高压变频器中功率单元与变压器的布线方法，其特征在于步骤包括：

1）在高压变频器的功率柜和变压器柜之间布置柜间过渡装置，所述柜间过渡装置的两侧均设有用于实现功率单元与变压器之间电连接的连接螺栓；

2）针对功率单元、变压器以及电缆连接过渡装置通过三维软件进行预布线模拟每根电缆的走线路径，且通过三维软件进行预布线时，将柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间选用10kV电缆、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间选用1kV电缆，且将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离使得相邻功率单元的1kV电缆之间最高电位差不大于1kV；最终根据预布线确定柜间过渡装置的连接螺栓和变压器的二次侧端子之间各段10KV电缆的走线路径和长度、柜间过渡装置的连接螺栓和功率单元的连接端子之间各段1kV电缆的走线路径和长度；

3）分别制作预布线确定长度的10kV电缆和1kV电缆，将每一段10kV电缆和1kV电缆按照预布线确定的走线路径进行走线，将各段10kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和变压器上对应的二次侧端子相连，将各段1kV电缆一端和柜间过渡装置上对应的连接螺栓相连、另一端和功率单元上对应的连接端子相连。

2.根据权利要求1所述的高压变频器中功率单元与变压器的布线方法，其特征在于，所述步骤2）中将相邻功率单元的1kV电缆之间保持安全距离具体是指：在功率柜内位于每一个功率单元的下侧单独布置一个线槽，将该功率单元的三根1kV电缆单独固定在该线槽内，使得相邻功率单元的1kV电缆之间通过线槽保持安全距离。

3.根据权利要求1或2所述的高压变频器中功率单元与变压器的布线方法，其特征在于：所述步骤2）中通过三维软件进行预布线时，将功率柜内的功率单元按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元，变压器的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子，将柜间过渡装置对应变压器的每一组二次侧端子设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过10kV电缆和变压器上对应的一组二次侧端子依次相连、另一端通过1kV电缆和对应层功率单元的连接端子依次相连。

4.一种高压变频器，包括功率柜（1）、变压器柜（2）以及控制柜，所述功率柜（1）内设有多个功率单元（11），所述变压器柜（2）内设有变压器（21），其特征在于：所述功率柜（1）、变压器柜（2）之间设有柜间过渡装置（3），所述柜间过渡装置（3）的两侧均设有用于实现功率单元（11）与变压器（21）之间电连接的连接螺栓，所述柜间过渡装置（3）一侧的连接螺栓分别通过功率柜电缆（10）与各个功率单元（11）的连接端子相连，所述柜间过渡装置（3）另一侧的连接螺栓分别通过变压器柜电缆（20）与变压器（21）的二次侧端子（211）相连，相邻功率单元（11）的功率柜电缆（10）之间保持安全距离使得相邻功率单元（11）的功率柜电缆（10）之间最高电位差不大于1kV，所述功率柜电缆（10）为1kV电缆，所述变压器柜电缆（20）为10kV电缆。

5.根据权利要求4所述的高压变频器，其特征在于：在所述功率柜（1）内位于每一个功率单元（11）的下侧单独布置一个线槽（12），所述功率单元（11）的三根功率柜电缆（10）单独固定在该线槽（12）内，使得相邻功率单元（11）的功率柜电缆（10）之间通过线槽（12）保持安全距离。

6.根据权利要求4或5所述的高压变频器，其特征在于：所述功率柜（1）内的功率单元（11）按照U、V、W三相分层布置，每一层布置多个功率单元（11），变压器（21）的U、V、W三相中的每一相包括a、b、c三组二次侧端子（211），柜间过渡装置（3）对应变压器（21）的每一组二次侧端子（211）设置一排连接螺栓，每一排连接螺栓的一端通过变压器柜电缆（20）和变压器（21）上对应的一组二次侧端子（211）依次相连、另一端通过功率柜电缆（10）和对应层功率单元（11）的连接端子依次相连。