CN111801992B

CN111801992B - 用于核电站的模块化构造的插入式变换器单元和控制技术电源系统

Info

Publication number: CN111801992B
Application number: CN201980015897.6A
Authority: CN
Inventors: 哈坎·沙欣; 马丁·布兰德; 克里斯蒂安·柯华克斯克; 易卜拉欣·科瑞约克; 艾米亚斯·格伯塞拉西
Original assignee: Framatome GmbH
Current assignee: Framatome GmbH
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: JP7321175B2; RU2020129098A; DE102018105173B3; ES2913874T3; RU2020129098A3; CN111801992A; BR112020017212A2; AR114372A1; EP3763176A1; WO2019170471A1; PL3763176T3; EP3763176B1; JP2021517445A

Abstract

本公开描述了一种用于核电站的控制技术供电系统(10)的开关柜(12)的模块化构造的插入式变换器单元(20)，该插入式变换器单元包括框架(28)、至少一个母线(42)、一组熔断器(38)以及一组负载端子(22)。此外，本公开还描述了一种用于核电站的控制技术电源系统(10)。

Description

用于核电站的模块化构造的插入式变换器单元和控制技术电源系统

【技术领域】

本发明涉及一种用于核电站的供电系统的开关柜的模块化构造的插入式变换器单元。此外，本发明涉及一种用于发电厂的控制技术电源系统。

【背景技术】

当前，在核电站的安全相关的应急电力系统中，通常经由具有不同开关柜设计和对应电压变换器(例如，AC/DC和DC/DC)的不同开关柜组合来冗余地提供操作控制技术和安全相关控制技术的电源。然而，在这方面，必须将不同的系统根据其不同的功能或安全等级彼此电气隔离。

通常，这通过在不同情况下为每个系统、每个冗余和对应的安全等级(因此以保守的方式)设置单独的开关柜组合来确保。然而，这导致计划、设计和鉴定工作量增加。另外，由于设置许多开关柜，因此在电气操作空间中需要的空间对应地较大。

【发明内容】

本发明解决的问题是提供一种简单且节省空间的可能性，以便能够提供用于核电站的供电系统，并且仍然符合隔离和独立性的要求。

根据本发明，该问题通过一种用于核电站的控制技术电源系统的开关柜的模块化构造的插入式变换器单元来解决，该插入式变换器单元包括框架、至少一个母线、一组熔断器以及一组负载端子。

根据本发明，该问题还通过一种用于核电站的控制技术电源系统来解决，该系统具有开关柜，该开关柜包括馈电线、至少一个负载连接件以及至少一个模块化构造的插入式变换器单元，其中，至少一个插入式变换器单元配备有一个插入式变换器或多个插入式变换器。

本发明的基本思想是在单个开关柜内设置模块化平台，该单个开关柜是核电站的供电系统的一部分，其中，该模块化平台可以提供电隔离和模块化构造的插入式变换器单元的隔离。例如，插入式变换器单元仅作为分配器设置在控制技术电源系统中，其中，插入式变换器单元由于一组熔断器而有助于保护。

模块化构造的插入式变换器单元可以插入到开关柜中，并且可以紧固到开关柜。然后，可以将一个插入式变换器或多个插入式变换器插入到在开关柜中插入的插入式变换器单元中。

例如，设置至少两个模块化构造的插入式变换器单元，它们在供电系统的第一操作模式下彼此电隔离，并且在供电系统的第二操作模式下彼此电连接。由此，可以使划分为不同安全或功能等级的多股供电系统成为可能(第一操作模式)。由于模块化构造的插入式变换器单元在不同情况下的电隔离，特别是由于机械隔离的概念，可以满足根据IEEE 384的隔离要求，并且可以实施供电系统的划分。

还可以将模块化平台的模块化构造的插入式变换器单元彼此电连接(第二操作模式)，使得对应地分配给插入式变换器单元的电源被组合。

由于开关柜内的模块化平台，因此可以自由配置所述开关柜。例如，在两个以上的模块式构造的插入式变换器单元的情况下，也可以设置：两个插入式变换器单元彼此电连接，并且第三插入式变换器单元为此目的被电隔离。

模块化构造的插入式变换器单元可以被预制，使得它可以作为半成品安装，并且它只需要插入到现有的开关柜中并例如借助于螺钉紧固到开关柜。由此，由于仅需相应地装配模块化构造的开关柜，因此产生供电系统的快速制造时间。

由于插入式变换器单元被设计为用于核电站的控制技术电源系统中，因此插入式变换器单元被设计或配置为提供高达180A的电流。

由于模块化设计，因此所使用的插入式变换器可以被设计为AC/DC-、DC/DC-或DC/AC插入式变换器，凭借该变换器，可以实现230/400V AC或220V DC到24V直流电压、220V直流电压或230V/400V交流电压的转换。

特别地，插入式变换器单元被设计或配置为插入开关柜的所设置的插入式变换器单元(底板)中。

通常，开关柜可以包括多个底板，这些底板在不同情况下被配置为容纳插入式变换器单元。

此外，各个插入式变换器单元可以被设计为容纳至少一个插入式变换器，特别是三个插入式变换器。

插入式变换器单元可以具有用于容纳至少一个插入式变换器的对应接收轴，至少一个插入式变换器可以插入该接收轴中。

一个方面提供：设置有至少一个电隔离的插入式变换器，特别地，其中，至少一个插入式变换器具有负载相关的回归特性曲线。由此，可以实施特殊的控制特性，借此，除了别的之外，可以省掉用于负载分配的可编程部件或上级控制。由此，可以有效地防止由软件引起的故障。这也称为“信息安全(cyber security)”。此外，由于功能不需要可编程部件且由此不需要软件鉴定，因此减少了鉴定的工作量。

换言之，插入式变换器或控制技术电源系统可以称为自调节。

特别地，无需上级控制就可以实现冗余或并联电路。

在这方面，在控制技术电源系统中创建各个插入式变换器单元的功能独立性。

另外方面提供：插入式变换器的至少一个输出由插头形成。由此，可以以简单的方式安装或去除模块化构造的插入式变换器，因为为此，插入式变换器仅插入到开关柜中，特别是插入到相应设置的模块化构造的插入式变换器单元中。例如，仅需要拧紧或拧松紧固螺钉。

根据另外方面，母线以多个部分形成，特别是以三个部分形成。可以经由母线的若干部分来实现不同的功能，例如，负载母线、返回导电轨或去耦轨。

根据实施方式，插入式变换器单元包括三个电隔离的插入式变换器。这三个插入式变换器可以被分配给三相连接件的公共相或者在不同情况下分配给一个相。在这方面，插入式变换器单元被设计为处理单相或三相电流。

另外的方面提供：插入式变换器单元包括空气引导板和/或去耦二极管，特别地，其中，去耦二极管与空气引导板热耦合。相应地，经由空气引导板引导现有的空气流，例如，沿开关柜的流出方向经由空气引导板引导流经电子器件的空气流。空气流可以通过通风设备生成，该通风设备被分配给开关柜，特别地分配给插入式变换器，例如，在开关柜中实施。

特别地，可以经由空气引导板引导空气流，使得冷却去耦二极管，这防止插入式变换器的相互影响。为此，优选地，去耦二极管与空气引导板热耦合，使得确保去耦二极管的对应冷却，例如，经由直接紧固到空气引导板的安装板或通过将去耦二极管直接布置在空气引导板上。

根据实施方式，插入式变换器单元具有至少一个风扇组件，特别地，其中，风扇组件可以被单独地去除和/或被自适应地调节和/或包括温度传感器。相应地，经由空气引导板引导的空气流由插入式变换器本身生成，即，由包括风扇的对应风扇组件生成。风扇组件的风扇可以吸入空气，然后例如通过插入式变换器将空气压在所设置的电子部件上。风扇组件可以通过布置在例如框架上来与插入式变换器单元的剩余部分分开去除。由此，可以容易地校正缺陷。另外，风扇组件可以经由插入式变换器直接供能。

插入式变换器单元，特别是插入式变换器的散热器温度可以经由温度传感器来检测。基于检测到的温度，由于若未检测到强烈的升温，风扇组件的风扇的转速降低，因此可以自适应地调节风扇组件(风扇组件的自适应调节)。在这方面，自适应调节确保了开关柜中的噪声生成明显减少。

例如，插入式变换器单元包括熔断器单元，特别地，其中，负载端子和/或母线布置在熔断器单元上。在熔断器单元中，可以设置负载熔断器，用于电气保护。此外，熔断器单元可以包括熔断器盒，该熔断器盒同时充当用于负载端子和/或母线的支撑。由此，产生模块化构造的插入式变换器单元的紧凑结构。

根据另外方面，插入式变换器单元包括监测单元，该监测单元被配置为检测短路、过压和/或欠压，特别地，其中，监测单元监测输入侧上的过压和/或欠压并监测输出侧上的短路、过压和/或欠压。

监测单元可以在一个插入式变换器特别是在各个插入式变换器中实施。

在这方面，插入式变换器可以包括监测单元，该监测单元被配置为检测短路、过压和/或欠压。

监测单元可以以多个部分形成，使得例如提供输入侧的过压或欠压监测以及输出侧的过压或欠压以及短路监测。

例如，可以设置分流电阻器，经由分流电阻器可以相应地监测插入式变换器单元。分流电阻器可以被分配给母线。

另外方面提供：在开关柜中具有多达四根馈线、多达四组负载连接件和/或多达四个模块化构造的插入式变换器单元。相应地，开关柜可以配备有四个模块化构造的插入式变换器单元。由此，结果是控制技术电源系统的四股系统结构是可能的，如在核电站中通常需要的。由此，每个插入式变换器单元可以处理高达180A的电流，其中，四个插入式变换器单元可以彼此电耦合，使得总电流为720A的公共电压源是可能的。四根单独的馈线在不同情况下可以为三相或单相的。例如，在不同情况下，多达7个大负载和多达10个小负载(负载组)可以连接到多达4组负载连接件，使得每个开关柜可以连接总共多达40个负载。

另外方面提供：开关柜具有电缆通道容纳空间和/或开关柜门，在开关柜门上设置有电压和/或电流显示器。在电缆通道容纳空间中，可以容纳多达28根大横截面的电缆(例如，横截面为35mm²的电缆)或多达40根更小横截面的电缆。从外部可见的开关柜门上的电压或电流显示器使得供电系统的用户可以直接检测相关的系统数据。

特别地，设置至少一个电中间存储器，例如，电池。电中间存储器可以布置在单独的开关柜中。电池可以经由至少一根馈线充电。另外，存储在电池中的能量可以经由至少一个负载连接件来传递，使得确保不间断的电源。

例如，根据前述类型的插入式变换器单元来设计控制技术电源系统的至少一个模块化构造的插入式变换器单元。前述优点以类似的方式产生。

另外方面提供：控制技术电源系统是核电站的多股应急电源系统的一部分。例如，这是多股的模块化控制技术电源。

【附图说明】

本发明的另外优点和特性从下面的描述和参见的附图产生。附图中：

图1示出了用于发电厂的控制技术电源系统的立体图；

图2示出了来自图1的控制技术电源系统的另外立体图；

图3示出了根据本发明的控制技术电源系统的示意性单线表示；

图4示出了根据本发明的插入式变换器单元的立体图；

图5示出了来自图4的插入式变换器单元的另外立体图；以及

图6示出了插入式变换器的示意性框图，该插入式变换器可以插入根据本发明的插入式变换器单元中。

【具体实施方式】

在图1和图2中，示出了用于核电站的控制技术电源系统10，该系统形成在开关柜12中。

在图1中从前面以立体图示出了开关柜12，并且在图2中从后面以立体图示出了开关柜12，其中，在所示实施方式中，开关柜12包括五层。

如图2所示，在第一层中，从上方设置馈电线14，该馈电线包括四根馈线16。四根馈线16可以彼此隔离。相应地，馈线16向控制技术电源系统10提供电力。由于四根馈线16，控制技术电源系统10也可以称为多股控制技术电源系统10，特别地，称为四股控制技术电源系统10，因为在核电站中通常是这种情况。

特别地，控制技术电源系统10是控制技术负载的多股电源。控制技术电源系统10可以是核电站的多股应急电源系统的一部分。

在图1和图2所示的实施方式中布置在顶部的馈电线14也可以另选地设置在开关柜12的底部。

此外，在所示实施方式中，开关柜12包括四个底板18，在不同情况下，在底板中布置模块化构造的插入式变换器单元20。

因此，插入式变换器单元20可以容易地插入对应的底板18中并且紧固在开关柜12中，以便获得供电系统10的期望功能。

在下面参见的图4和图5中更详细地示出了插入式变换器单元20。

此外，控制技术电源系统10包括多个负载连接件22，在所示的实施方式中，在各种情况下，负载连接件形成在插入式变换器单元20本身上，特别是在其后侧上。负载连接件22也可以称为负载端子。

电负载可以连接到负载连接件22，这些电负载将由供电系统10供应电能。

另外，在开关柜12中设置电缆通道容纳空间24，相应的连接电缆可以放置并紧固在该电缆通道容纳空间中。

从图1和图2还已经可以看到，相应的插入式变换器单元20包括多个电隔离的插入式变换器26。在所示的实施方式中，在各种情况下，每个插入式变换器单元20且由此每个底板18设置三个电隔离的插入式变换器26。在这方面，可以安装三相电源线。

另选地，也可以提供：插入式变换器单元20不具有插入式变换器26，仅具有一个电隔离的插入式变换器26或具有两个电隔离的插入式变换器26。

在图3中，以示意性简化表示示出了控制技术电源系统10。这示出了底板18分配到的四层可以被提供有一到四根馈线16。

四个底板18中的每一个都配备有插入式变换器单元20，该插入式变换器单元20特别针对三相连接件的每个相包括多达三个电隔离的插入式变换器26。另外，可以实现所有三个插入式变换器26的单相连接件。

插入式变换器单元20又经由负载连接件22与多个负载组(例如，一个至四个负载组)耦合，其中，各个负载组可包括多个负载，特别是多达十个负载。

在图4和图5中，详细示出了模块化构造的插入式变换器单元20。

这示出了插入式变换器单元20包括框架28，该框架28承载三个电隔离的插入式变换器26。

此外，从图示出：设置至少一个风扇组件30，特别地，每个电隔离的插入式变换器26设置一个风扇组件30，使得在一个插入式变换器单元20中设置三个风扇组件30，它们在各种情况下彼此独立。

在各种情况下，风扇组件30布置在电隔离的插入式变换器26的下方，其中，风扇组件30包括温度传感器，该温度传感器检测所分配的插入式变换器26的温度。

风扇组件30根据插入式变换器26的温度调节风扇速度，使得提供电子部件的自适应冷却或风扇组件30的自适应调节。

此外，在不同情况下，插入式变换器单元20包括布置在框架28上的空气引导板32。去耦二极管34与各个插入式变换器26的空气引导板32热耦合，特别地，以与空气引导板32热耦合的这种方式经由金属板件安装在空气引导板32上。

风扇组件30通过吸入空气生成空气流。吸入的空气被压过在不同情况下分配的插入式变换器26。从而，空气流经开关柜12中的下一底板的对应去耦二极管34。

然后，插入式变换器单元20的布置在其上方的空气引导板32充当空气流的排出部，使得然后被加热的空气流通过此处未示出的开关柜门输送到外部。

由于在开关柜12中设置多个插入式变换器单元20，特别地，每个底板18具有多达三个插入式变换器26的插入式变换器单元20，因此还可以设置每个底板18多达三个去耦二极管34。

此外，插入式变换器单元20包括熔断器单元36，该熔断器单元36包括多个负载熔断器38。此外，熔断器单元36具有熔断器盒40，该熔断器盒40插入框架28中，特别地，紧固到框架28。

熔断器盒40同时充当负载连接件22或负载端子以及母线42的支撑，如从图5可以看出，在不同情况下，它们布置在插入式变换器单元20的后侧。

在所示的实施方式中，母线42由三个轨道构成，即，负载熔断器轨道、到去耦二极管34的连接件以及返回导体。此外，分流电阻器15被分配给母线42，以便测量电流。

设置在后侧上的负载连接件22也可以被设计为插头，对应的负载或负载组可以连接到该插头。

在图6中，插入式变换器26被描绘为框图，特别地，描绘为通过隔离变压器的电隔离。

插入式变换器26也可以设计为具有集成的功率因数校正和浪涌电流限制的无风扇半桥推挽式变换器。

插入式变换器26具有与负载相关的回归特性曲线，使得释放的插入式变换器26将接管越来越多的负载，然而，其中，输出电压然后略微下降，使得负载均匀分配在供电系统10中。

在这方面，不需要上级控制或可编程部件，以便确保与供电系统10的负载分配。

因此，确保了高网络兼容性，并且无需上级控制即可进行负载分配。

另外，电压或电流显示器44可以被分配给插入式变换器26，该电压或电流显示器例如被布置在插入式变换器26的前侧。

另外，一个或多个电压或电流显示器可以附接到开关柜12的柜门，这些电压或电流显示器被分配给一个或多个插入式变换器单元20。

另外，插入式变换器单元20包括监测单元46，经由该监测单元，可以监测或检测短路、过压和/或欠压，特别是输入侧上的过压和/或欠压和/或输出侧上的短路、过压和/或欠压。

从而，可以使用输出电流或输出电压的外部设定点。

还可以经由插入式变换器单元20输出其他输出信号，该输出信号通常可以称为误差信号、熔断器熔断信号或门监测信号。

通过模块化构造的控制技术电源系统10，可以凭借控制技术电源系统10实现不同的操作模式，使得例如可以以可以组合电源的这种方式将四个插入式变换器单元20相互链接，特别是经由它们的母线42，组合电源的结果是总电流高达720A，因为每个插入式变换器单元20可以输送高达180A。

可以提供：母线42的负载熔断器轨道和用于四个插入式变换器单元20中的最后一个的去耦二极管34的连接轨连接到铜桥，使得电流从连接轨转向到负载熔断器轨。然后，可以经由分流电阻器来测量控制技术电源系统10的整个总电流，因此，可以测量容纳在开关柜12中的电子部件的总电流。

可选地，各个插入式变换器单元20可以设计有分流电阻器。

在另一种运行模式下，各个插入式变换器单元20或底板18也可以彼此电隔离，使得产生四股供电或四股控制技术电源系统10。因此，可以确保功能或安全等级和/或期望的冗余，这是核电站的电源所期望的。

通常，由此可以划分各个插入式变换器单元20的竖直延伸的母线42，使得可以设置断开连接器等。

由此，控制技术电源系统10具有可划分的分布，该分布是由于插入式变换器单元20的各个母线42而形成，这些母线可以彼此分离或链接。

所使用的插入式变换器26可以包括AC/DC、DC/DC或DC/AC变换器，凭借这些变换器，可以实现230/400V AC或220V DC到24V直流电压、220V直流电压或230V/400V交流电压的转换。

现在可以在单个开关柜12中实施通常设置在多个开关柜中的对应系统，因为相应的插入式单元18和容纳在其中的插入式变换器单元20可以在期望时彼此隔离并电隔离。

然而，基于控制技术电源系统10(特别是开关柜12)的模块化平台，还可以提供：各个插入式变换器单元20经由它们的母线42彼此电连接，使得例如提供了总输出电流，该总输出电流对应地更高。

由于控制技术电源系统10的模块化结构，即使是单独的底板18也无法配备有插入式变换器单元20，使得客户特定的其他操作装置容纳在开关柜12中。

由于插入式变换器单元20可以是预制的，因此促进控制技术电源系统10的组装，使得它们仅需要从仓库中移出并插入到指定的底板18中即可。因此，对应地缩短相应的制造时间。

通常，控制技术电源系统10可以包括例如为电池形式的电中间存储器。控制技术电源系统10被设计为能够对电池充电，对于该电池，可以输出增大的输出电压，例如，在24V系统的情况下为31V。

可以经由电池确保不间断电源。

开关柜12可以具有例如40cm深和90cm宽的尺寸。

在这方面，产生了紧凑的开关柜12，该开关柜包括开关柜壳体，控制技术电源系统10的所有部件都容纳在该开关柜壳体中。

Claims

1.一种用于核电站的控制技术电源系统(10)的开关柜(12)的模块化构造的插入式变换器单元(20)，其中所述插入式变换器单元(20)包括框架(28)、至少一个母线(42)、一组熔断器(38)和一组负载端子(22)，其中所述插入式变换器单元(20)配置为插入到所述开关柜(12)并紧固在其中，并且其中插入到所述开关柜中的所述插入式变换器单元(20)布置为使得多个插入式变换器(26)被插入到该插入式变换器单元(20)中。

2.根据权利要求1所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：设置有至少一个电隔离的插入式变换器(26)。

3.根据权利要求2所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器(26)的输出由插头形成。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述母线(42)以多个部分形成。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器单元(20)包括三个电隔离的插入式变换器(26)。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器单元(20)包括空气引导板(32)和/或去耦二极管(34)。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器单元(20)具有至少一个风扇组件(30)。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器单元(20)包括熔断器单元(36)，其中所述熔断器单元包括用于电气保护的熔断器(38)。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的插入式变换器单元(20)，其特征在于：所述插入式变换器单元(20)包括监测单元(46)，该监测单元被配置为检测短路、过压和/或欠压。

10.一种用于核电站的控制技术电源系统(10)，该系统具有开关柜(12)，该开关柜包括至少一根馈电线(16)、至少一个负载连接件(22)以及至少一个模块化构造的插入式变换器单元(20)，其中，所述至少一个插入式变换器单元(20)配备有一个插入式变换器(26)或多个插入式变换器(26)，其中所述至少一个模块化构造的插入式变换器单元(20)是根据权利要求1至3中之一的插入式变换器单元(20)。

11.根据权利要求10所述的控制技术电源系统(10)，其特征在于：在所述开关柜(12)中具有多达四根馈线(16)、多达四组负载连接件(22)和/或多达四个模块化构造的插入式变换器单元(20)。

12.根据权利要求10所述的控制技术电源系统(10)，其特征在于：所述开关柜(12)具有电缆通道容纳空间(24)和/或开关柜门，在开关柜门上设置有电压和/或电流显示器(44)。

13.根据权利要求10所述的控制技术电源系统(10)，其特征在于：设置至少一个电中间存储器。

14.根据权利要求10所述的控制技术电源系统(10)，其特征在于：所述控制技术电源系统(10)是核电站的多股应急电源系统的一部分。

15.根据权利要求10所述的控制技术电源系统(10)，其特征在于：设置至少两个模块化构造的插入式变换器单元(20)，它们在所述电源系统(10)的第一操作模式下彼此电隔离，并且在所述电源系统(10)的第二操作模式下彼此电连接。