CN107026560B - 一种变流器机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变流器机柜，其至少包括三个子柜，每个子柜包括柜体，所述柜体内至少设置第一直流母线电容模块、一整流功率模块、第二直流母线电容模块、以及一逆变功率模块；所述第一直流母线电容模块和第二直流母线电容模块水平并列放置，并通过导体实现电性连接；所述整流功率模块位于第一直流母线电容模块的下部，且由所述整流功率模块下部进线通过导体连接第一直流母线电容模块；所述逆变功率模块位于第二直流母线电容模块的下部，且由所述逆变功率模块下部进线通过导体连接第二直流母线电容模块；各子柜结构相同且独立构成一相。

Description

一种变流器机柜

技术领域

本发明涉及一种机柜，更具体的说，涉及一种变流器机柜。

背景技术

现有技术中的中压大功率变流器机柜一般分为整流器柜组、逆变器柜组及直流滤波部分，其中：1.整流器柜组用于把交流电转换为直流电；2.逆变器柜组用于把直流电转变为交流电；3.直流滤波部分用于对整流出来的直流电进行滤波，从而得到比较平滑的直流电，提高供电质量。直流滤波部分一般作为独立的柜组，整流柜组和逆变柜组分别包含三相主功率部分，三个柜组通过直流母排连接；然而，此种布局方式由于各柜组间需要通过多个直流母排进行装配连接，不便于组装和接线。且对于扩容时，柜组也只能是平行排布，不方便进行容量扩展。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术中变流器机柜的结构不便于组装和接线，人工装配成本较高，且不方便进行容量扩展的技术问题；提供一种易于组装，在需要扩大容量时可以方便进行容量扩展的变流器机柜。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种变流器机柜，其至少包括三个子柜，每个子柜包括柜体，所述柜体内至少设置第一直流母线电容模块、一整流功率模块、第二直流母线电容模块、以及一逆变功率模块；所述第一直流母线电容模块和第二直流母线电容模块水平并列放置，并通过导体实现电性连接；所述整流功率模块位于第一直流母线电容模块的下部，且由所述整流功率模块下部进线通过导体连接第一直流母线电容模块；所述逆变功率模块位于第二直流母线电容模块的下部，且由所述逆变功率模块下部进线通过导体连接第二直流母线电容模块；各子柜结构相同且独立构成一相。第二直流母线电容模块第二直流母线电容模块。

进一步的，所述子柜包括整流柜和逆变柜，所述第一直流母线电容模块和整流功率模块设置在所述整流柜，所述第二直流母线电容模块和逆变功率模块设置在所述逆变柜。

更进一步的，该变流器机柜还包括用于冷却的水管，水管连接水冷柜且位于所述子柜的最下部，水管包含主水管和分支子水管，主水管两端采用可拆卸结构，分支子水管连接到整流功率模块或逆变功率模块。

更进一步的，所述分支子水管上设有控制分支子水管的阀门和用于泄放被散热器件冷却液的阀门。

更进一步的，所述柜体的后部还安装输出电流检测单元和电压采样单元，输出电流检测单元和电压采样单元分别固定在柜体结构件相应的安装孔上。

更进一步的，所述整流功率模块和第一直流母线电容模块之间还设有制动功率模块，制动功率模块上设有若干半导体器件和散热器。

更进一步的，该变流器机柜还包括控制柜，所述控制柜设置在所述子柜的一侧。

更进一步的，该变流器机柜还包括励磁柜，所述励磁柜临近所述控制柜设置。

更进一步的，该变流器机柜还包括水冷柜，所述水冷柜设置在所述子柜的另一侧。

本发明同时还公开一种变流器机柜组，包括至少两套上述的变流器机柜，各相子柜串行排列，且同相的子柜相邻设置；或者不同套变流器机柜的子柜并行排列，且同相的子柜背靠背并行排列。

本发明的有益技术效果是：

1、通过将变流器主功率部分各相分离，将整流部分、直流滤波部分以及逆变部分整合到一个子柜中，独立成为一相，各相间母线独立，所以各子柜间无需直流母排连接，便于机柜的组装和布局。现有技术中，常规的分组是将功能相同的模块划分至一个柜体内，例如作为整流部分的多个整流功率模块划分至一个柜体，作为直流滤波部分的多个直流母线电容模块划分至一个柜体，作为逆变部分的多个逆变功率模块划分至一个柜体，这样，整流功率模块、直流母线电容模块和逆变功率模块相互电性连接时，需要通过母线跨柜进行连接，这样造成母线过长，装配复杂，且不易散热，本发明通过将各相分离，每相需要连线的整流功率模块、直流母线电容模块和逆变功率模块放置在同一子柜中，不仅装配简单，且消除了母线跨柜连接的困扰，同时还缓解了散热问题；

2、同时，各子柜相互独立，便于机柜的容量扩展，使其具有更强的拓展性；

3、本发明的变流器机柜的水路采用分体设计，水管位于子柜的最下部，避免水管漏水对功率模块造成损坏，极大的保证了机柜的可靠性与安全性。

综上，本发明将变流器主功率部分设计为各相独立的子柜，每个子柜包含整流部分、直流滤波部分及逆变部分。各相的子柜结构相同，具有如下几个优点：子柜结构相同，便于大功率变流器柜组的流水线组装及生产；子柜组合灵活，可以非常方便的进行扩容；变流器机柜可以分体运输，解决了大功率变流器的运输难点；大功率变流器机柜组装方便，多个子柜扩容组合方便。

附图说明

图1是本发明一个实施例的变流器机柜的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的变流器机柜的前侧结构示意图；

图3是本发明一个实施例的变流器机柜的后侧结构示意图；

图4是本发明一个实施例的变流器机柜的水层结构图；

图5是现有技术中的两套变流器机柜组合的结构示意图；

图6是本发明实施例的两套变流器机柜组合的结构示意图；

图7是本发明实施例的两套变流器机柜组合的另一结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合图1至图4，详细说明本发明的具体实施方式，但不对权利要求作任何限定。在本发明一种变流器机柜的结构中，包括水冷柜1、控制柜组5和设置在所述水冷柜1和所述控制柜组5之间的至少一个子柜，每个子柜包括柜体，所述柜体内设置至少一个第一直流母线电容模块、至少一个整流功率模块，至少一个第二直流母线电容模块、至少一个逆变功率模块。各子柜结构相同且独立构成一相，其中，子柜的数量不做限定，数量为1则为单相，为2则为两相，为3则为三相。如图1所示，本实施例选用3个子柜为例（即第一子柜2、第二子柜3、第三子柜4），所述水冷柜1的一侧设有第一子柜2、第二子柜3及第三子柜4；所述第一子柜2包括整流柜21和逆变柜22，第二子柜3包括整流柜31和逆变柜32，第三子柜4包含整流柜41和逆变柜42，三组子柜结构完全相同且相互独立，每个子柜即为一相。

各整流柜与逆变柜位于同一底座，柜体中设置有隔板，该隔板将柜体分隔为整流柜和逆变柜。本发明其他实施方式中，隔板可以由立柱替代，此外，该隔板也可以省略，即整流部分、逆变部分和直流滤波部分均设置在同一柜体中，独立构成一相。

在第三子柜4的一侧设有控制柜组5；所述控制柜组5包括有励磁柜51和控制柜52。

水冷柜1包含水冷机整体11和放置于侧门板的散热器接口12，水冷机整体11固定在柜体结构件上。本发明其他实施方式中，水冷柜1、控制柜组5也可以省略。

第一子柜2、第二子柜3及第三子柜4的结构相同，其中，第一子柜2的整流柜21共分为四层，从上到下依次为：第一层布置第一直流母线电容模块211(第一直流母线电容模块211的数量可为多个)，背面通过母线铜排216与第二直流母线电容模块221(第二直流母线电容模块221的数量可为多个)相连，直流母线电容模块包括若干滤波电容，用于直流滤波；第二层布置制动功率模块212，用于电网波动时维持变流器并网输出，空间后部为风扇组件217和换热器218，其中散热器218固定在柜体的结构件安装孔上，风扇组件217安装在换热器218上，三者水平深度方向从前到后依此布置，在实施中，第二层包含制动功率模块在内的所有组件均为可选组件；第三层布置整流功率模块213，通过导体与第一直流母线电容模块211相连，后部可安装输出电流检测单元7，固定在柜体结构件安装孔上，在实施中，输出电流检测单元7的安装位置可选，每个整流柜均留有安装孔，输出电流检测单元7用于检测各相采样点相应电流；第四层布置整流输入铜排214和接地开关215，其中接地开关215位于整流输入铜排214后，在本层后部安装有电压采样单元219，固定在柜体结构件相应安装孔上，主水管62固定在机柜底部，即第四层，主水管62通过散热器接口12与水冷柜1连接。其中，第一直流母线电容模块211和第二直流母线电容模块221水平并列放置，整流功率模块213位于第一直流母线电容模块211的下部，且由所述整流功率模块213下部进线连接第一直流母线电容模块211。

第一子柜2的逆变柜22共分为六层，从上到下依次为：第一层布置第二直流母线电容模块221，背面通过母线铜排216与第一直流母线电容模块211相连；第二层布置逆变功率模块222（逆变功率模块222的数量可为多个），通过导体与第二母线电容模块221相连，逆变功率模块222包括若干半导体器件和散热器，其输出铜排224位于模块后端，其中，逆变功率模块222位于第二直流母线电容模块221的下部，且由所述逆变功率模块222下部进线连接第二直流母线电容模块221；第三层布置电感组件223，通过导体与逆变功率模块222相连；第四层与第二层相同，布置逆变功率模块222，其中性点铜排225位于模块后端；第五层与第三层相同，布置电感组件223，同样通过导体与逆变功率模块222相连；第四层与第五层为可选组件，在本发明其他实施方式中，可以省略；第六层为水路放置层，布置机柜的分支子水管61以及主水管62给整个子柜提供冷却水路接口和控制阀门。其中与主水管62连接的为分水管622，分水管上装有分支子水管接口621，每个分支子水管上均安装带有阀门的快速接口611，用于泄放被散热器件冷却液，并装有阀门612，用于控制分支子水管开关。

整个水路放置在机柜的最下层，这样可以避免水管漏水对功率模块造成损坏，极大的保证了机柜的可靠性与安全性；子柜中的分支水管放置于逆变柜侧，各水路预先安装，在装配时，仅需将各柜组的主水路进行连接，方便装配。

变流器各个子柜的组合包含但不限于如下方式进行连接为整体：统一底座结构、并柜螺钉结构、焊接结构。变流器机柜和变流器机柜组合还包含水冷柜和控制柜，组成磁变流器系统，其中水冷柜位于变流器机柜或机柜组合的一端，控制柜位于另一端。控制柜附件设置有励磁柜，构成电励磁变流器。每个变流器子柜叠加可组成单相变流器、两相变流器或三相变流器。变流器机柜组组合包含一个、两个或三个的整数倍数量的子柜，分别对组成的单相变流器、两相变流器或三相变流器进行容量扩容。

各个整流柜和逆变柜均通过上层电容（即第一直流母线电容模块211、第二直流母线电容模块221）的直流母线铜排216相连，输入电缆从机柜下部进线，与整流柜输入铜排214相连，逆变输出由第二层逆变功率模块输出，输出电缆与逆变柜输出铜排224相连，各路逆变模组中性点铜排225由电缆连接，整个子柜的电气通路为整流柜前部下方输入铜排输入，下部进线，逆变柜逆变后部输出铜排输出，下部出线。子柜与子柜间水路通过橡胶软管连接。

控制柜组5中的励磁柜51布置励磁模块511、风扇组件512、换热器513和变压器514，在实施中，励磁柜51为可选机柜；其中励磁模块511固定在机柜前端结构件上，下部接线；换热器513固定在机柜下部结构件，风扇组件512安装在换热器513上，二者实现励磁柜51和控制柜52的热交换；变压器514通过支架固定在励磁模块511后部。控制柜组5中的控制柜52包含所有控制电路板、配电部分及开关。

水冷柜、各子柜和控制柜组间的连接方式包含但不限于如下三种：统一底座方式、并柜螺钉方式、焊接方式。其中统一底座方式为各机柜均在一个底座安装，并柜螺钉方式为各机柜底座采用螺钉连接，焊接方式为各机柜焊接为一个整体。为方便运输与装配，可采用并柜螺钉方式连接。

图5是现有技术中的两套变流器机柜组合的结构示意图；其中，U、V、W为三相，现有技术中，两套机柜串行排列如图所示。图6是采用本发明的方案，两套变流器机柜组合的结构示意图，图示中，两套变流器机柜串行排列，且同相的子柜相邻设置。图7是本发明的两套变流器机柜组合的另一种结构示意图，图示中，两套变流器机柜并行排列，且同相的子柜背靠背并行排列。图6和图7为两套变流器机柜扩容的情况，也可以是两套以上的机柜扩容组合，具体可根据实际情况来确定数量

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (9)

1.一种变流器机柜，其特征在于，该变流器机柜至少包括三个子柜，每个子柜包括柜体，所述柜体内至少设置第一直流母线电容模块、一整流功率模块、第二直流母线电容模块、以及一逆变功率模块；所述第一直流母线电容模块和第二直流母线电容模块水平并列放置，并通过导体实现电性连接；所述整流功率模块位于第一直流母线电容模块的下部，且由所述整流功率模块下部进线通过导体连接第一直流母线电容模块；所述逆变功率模块位于第二直流母线电容模块的下部，且由所述逆变功率模块下部进线通过导体连接第二直流母线电容模块；各子柜结构相同且独立构成一相，各相间母线独立，各子柜间无需直流母排连接；所述子柜包括整流柜和逆变柜，所述第一直流母线电容模块和整流功率模块设置在所述整流柜，所述第二直流母线电容模块和逆变功率模块设置在所述逆变柜，所述第一直流母线电容模块位于所述整流柜的上层，所述第二直流母线电容模块位于所述逆变柜的上层，所述逆变功率模块位于所述逆变柜的第二层；

各个整流柜和逆变柜均通过上层电容的直流母线铜排相连，上层电容为第一直流母线电容模块及第二直流母线电容模块，第一直流母线电容模块和第二直流母线电容模块通过直流母线铜排相连；

输入电缆从机柜下部进线，与整流柜输入铜排相连，逆变输出由逆变功率模块输出，输出电缆与逆变柜输出铜排相连，各路逆变模组中性点铜排由电缆连接，整个子柜的电气通路为整流柜前部下方输入铜排输入，下部进线，逆变柜逆变后部输出铜排输出，下部出线；

所述变流器机柜还包括控制柜组，所述控制柜组包括励磁柜和控制柜，控制柜组中的励磁柜布置励磁模块、风扇组件、换热器和变压器。

2.根据权利要求1所述的一种变流器机柜，其特征是：该变流器机柜还包括用于冷却的水管，水管位于所述子柜的最下部，水管包含主水管和分支子水管，主水管两端采用可拆卸结构，分支子水管连接到整流功率模块或逆变功率模块。

3.根据权利要求2所述的一种变流器机柜，其特征是：所述分支子水管上设有控制分支子水管开关的阀门和用于泄放被散热器件冷却液的阀门。

4.根据权利要求1所述的一种变流器机柜，其特征是：所述柜体的后部还安装输出电流检测单元和电压采样单元，分别固定在柜体结构件相应的安装孔上。

5.根据权利要求1所述的一种变流器机柜，其特征是：所述整流功率模块和第一直流母线电容模块之间还设有制动功率模块，制动功率模块上设有若干半导体器件和散热器。

6.根据权利要求1所述的一种变流器机柜，其特征是：所述控制柜设置在所述子柜的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种变流器机柜，其特征是：所述励磁柜临近所述控制柜设置。

8.根据权利要求6所述的一种变流器机柜，其特征是：该变流器机柜还包括水冷柜，所述水冷柜设置在所述子柜的另一侧。

9.一种变流器机柜组，包括至少两套如权利要求1至8任意一项所述的变流器机柜，各相子柜串行排列，且同相的子柜相邻设置；或者不同套变流器机柜的子柜并行排列，且同相的子柜背靠背并行排列。