CN112187065B - 整流单元、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了整流单元、装置和系统，其中所述整流单元包括电气部件和控温隔离箱；电气部件包括三相整流模块、单相整流模块、第一控制模块、第二控制模块和选择开关；与直流输出线路连接的所述选择开关的状态包括：连通三相整流模块的第一输出端、连通单相整流模块第二输出端和断开连通；选择开关包括用于根据控制指令进行状态切换的切换模块；控温隔离箱包括套设于电气部件外的箱体和设于箱体的多个可绝缘密封的外联通孔；箱体内充满有绝缘油；电气部件的外部连接线通过外联通孔与外部设备连接；本发明可以提高整个整流设备的容错性，减小偶发故障造成的整流设备无法工作，从而从整体上提高了整流设备工作的稳定性，从而使得本发明中的整流单元可以适用于高可靠性要求的场合。

Description

整流单元、装置及系统

技术领域

本发明涉及石化设备领域，特别是涉及整流单元、装置及系统。

背景技术

随着各类电力电子装置及其相关技术的不断完善和进步，其应用场景的不断扩展导致其工作环境也更加的多样化。由此导致某些电力电子装置不但需要工作在灰尘、潮湿、低温、高温或是严重空气污染的恶劣环境中。

发明人经过研究发现，当某些电力电子装置（如变频器、SVG、UPFC、整流器、直流电源等）应用于上述的恶劣环境中后，会导致电力电子装置的故障率提高和使用寿命减少，从而影响电力电子装置及其所属系统的安全性和可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供整流单元、装置及系统。本发明可以使整流设备用于高温或灰尘等恶劣环境中也能保持较高的稳定性和容错性。

本发明提供一种整流单元，包括电气部件和控温隔离箱；

所述电气部件包括三相整流模块、单相整流模块、第一控制模块、第二控制模块和选择开关；

与直流输出线路连接的所述选择开关的状态包括：连通所述三相整流模块的第一输出端、连通所述单相整流模块第二输出端和断开连通；所述选择开关能够根据预设的控制指令进行状态的切换；以所述三相整流模块和/或所述单相整流模块的电压值为参数，根据预设规则生成所述控制指令；

所述控温隔离箱包括套设于所述电气部件外的箱体和设于所述箱体的多个可绝缘密封的外联通孔；所述箱体内充满有绝缘油；所述电气部件的外部连接线通过所述外联通孔与外部设备连接；外部连接线包括所述第一控制模块和所述第二控制模块与预设的上位机通讯连接线，以及，所述三相整流模块和所述单相整流模块的交流输入线路和直流输出线路。

优选的，在本发明中，所述箱体外壁还包括散热鳍片。

优选的，在本发明中，还包括绝缘油置换机构；

所述绝缘油置换机构通过所述箱体设有的进油口和出油口实现所述箱体内外绝缘油的置换。

优选的，在本发明中，所述三相整流模块和所述单相整流模块之间还设有用于阻挡绝缘油流向的分隔板。

优选的，在本发明中，所述箱体内还设有导流管；

所述导流管包括输送部和引流部；所述输送部的一端与所述出油口连通，所述引流部设于临近所述三相整流模块和/或所述单相整流模块的位置；所述引流部的不同位置包括多个引流孔。

优选的，在本发明中，还包括：

用于采集所述第一输出端和所述第二输出端电压值的电压采集模块。

优选的，在本发明中，还包括：

指令生成单元，用于以所述电压采集模块所采集的电压值为参数根据预设规则生成所述控制指令；

所述预设规则包括：

当与所述选择开关连通的所述三相整流模块或所述单相整流模块的电压值超过预设范围值时，控制所述选择开关进行整流模块的切换。

优选的，在本发明中，所述预设规则还包括：

判断整流模块切换时所述电压采集模块所采集的电压值的波动值是否超过预设值；

如果是，将所述选择开关的状态切换至断开连通。

在本发明的另一面，还提供一种整流装置，包括供电母线、输出线路控制单元，和，多个上述中的整流单元；

多个所述整流单元的交流输入线路并联连接于供电母线；

所述输出线路控制单元用于控制所述整流单元的直流输出线路的并联个数。

在本发明的另一面，还提供一种整流系统，包括：上位机和上述中的整流单元，或，上位机和上述中的整流装置备；

所述上位机通过通讯连接线向所述第一控制模块和所述第二控制模块发送用于调节所述三相整流模块和/或所述单相整流模块负载的控制参数。

有益效果

本发明中的整流单元、装置或系统；具体来说，为了降低在高温、低温、潮湿以及空气污染等恶劣环境中整流设备的故障率，提高整流设备的稳定性，本发明中的整流单元设置为包括有电气部件和温控隔离箱两部分，其中，注满绝缘油的温控隔离箱套设于电气部件外后，不但可以隔绝恶劣环境，还可以对电气部件所包括的三相整流模块和单相整流模块这两个工作模块进行有效的温度控制。

此外，在本发明中，整流单元的电气部件同时包括有三相整流模块和单相整流模块两个工作模块，并在当前运行的工作模块发生故障时，通过选择开关来自动的进行工作模块的切换，从而更换与直流输出线路连通的工作模块。这样，通过将两个工作模块设置互为备用设备的方式，可以提高整个整流设备的容错性，减小偶发故障造成的整流设备无法工作，从而从整体上提高了整流设备工作的稳定性，从而使得本发明中的整流单元可以适用于高可靠性要求的场合。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中所述整流单元的结构示意图；

图2为本发明中所述整流单元的又一结构示意图；

图3为本发明中所述整流装置的结构示意图；

图4为本发明中所述整流系统的结构示意图；

图5为本发明中所述整流系统的又一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

为了使整流设备用于高温或灰尘等恶劣环境中也能保持较高的稳定性和容错性，如图1所示，本发明提供一种整流单元，包括电气部件和控温隔离箱；

所述电气部件包括三相整流模块11、单相整流模块12、第一控制模块13、第二控制模块14和选择开关15；

与直流输出线路16连接的选择开关15的状态包括：连通三相整流模块11的第一输出端、连通单相整流模块12的第二输出端和断开连通；所述选择开关15能够根据预设的控制指令进行状态的切换；以三相整流模块11和/或单相整流模块12的电压值为参数，根据预设规则生成所述控制指令；

控温隔离箱包括套设于电气部件外的箱体21和设于箱体21的多个可绝缘密封的外联通孔22；箱体21内充满有绝缘油；电气部件的外部连接线通过所述外联通孔22与外部设备连接；外部连接线包括第一控制模块13和第二控制模块14与预设的上位机的通讯连接线17，以及，三相整流模块11和单相整流模块12的交流输入线路和直流输出线路16。

为了使整流单元能够适应高温、低温、潮湿、灰尘或空气污染等恶劣环境，在本发明中，将整流单元的电气部件置于充满了绝缘油的控温隔离箱内，控温隔离箱内部充满的绝缘油可以对电气部件进行有效的隔绝，从而避免恶劣环境的影响，本发明中采用导热性能良好的绝缘油和金属材质的箱体21，这样，在起到隔绝作用同时还可以避免由于隔离所造成电气部件的温度异常。

接着，在本发明中，箱体21还设有可绝缘密封的外联通孔22，这样，电气部件的各种外部连接线通过绝缘套管等密封件，就可以通过外联通孔22来与外部的上位机、电源、负载和上级控制设备等外部设备进行线路连接。具体来说，外部连接线可以包括第一控制模块13和第二控制模块14与预设的上位机之间的通讯连接线17，以及，三相整流模块11和单相整流模块12的交流输入线路和直流输出线路。本发明中的第一控制模块13和第二控制模块14可以通过与上位机的通讯连接来对两个工作模块的控制参数进行调整，从而实现诸如根据负载来对各工作模块进行调节等操作。

在实际应用中，第一控制模块13和第二控制模块14可以采用同样的硬件设计和软件算法，这样可以保证实时性，而且，当其作为选择开关15的控制机构（即，用于生成控制指令）时，同样的硬件设计和软件算法还可以确保其快速性。需要说明的是，在本发明中，用于生成控制指令的处理设备既可以是在整流单元的内部，如第一控制模块13或第二控制模块14中的可编程逻辑控制器等具有处理功能的芯片，也可以是由上位机生成控制指令并将该控制指令发送至选择开关15。

本发明中的电气部件包括有三相整流模块11和单相整流模块12，这两个工作模块各自的输出端（分别是第一输出端和第二输出端）均与选择开关15电路连接，并根据选择开关15的状态切换实现与直流输出线路16的通断，也就是说，通过选择开关15的状态切换，可以实现在两个工作模块的切换来确定当前所需的工作模块。这样，当有工作模块发生故障时，可以通过控制选择开关15，可以及时的切换当前运行的工作模块来使整流单元可以继续工作，以避免对整流设备的负载造成负面影响。

在实际应用中，选择开关15可以根据控制指令来进行状态的切换，用于生成控制指令的处理设备能够以电压采集模块（图中未示出）所采集的电压值为参数根据预设规则生成控制指令；在本发明中，预设规则的制定是基于对于当前工作模块的故障判断的，具体来说可以是，首先，预设三相整流模块11和单相整流模块12的正常工作状态的电压值区间，这样，预设规则就可以是，当与选择开关15连通的三相整流模块11或单相整流模块12的电压值超过预设范围值时，选择开关15将进行整流模块的切换。其中，电压采集模块用于采集第一输出端和第二输出端电压值。

进一步的，在本发明中，为了确保切换后的工作模块的可用性，在预设规则中还可以包括：

判断整流模块切换时电压采集模块所采集的电压值的波动值是否超过预设值；

如果是，将选择开关的状态切换至断开连通。

此外，当整流单元的两个工作模块（即，三相整流模块和单相整流模块）同时发生故障的极端情况发生时，或，与整流设备连接的上游供电设备发生故障时，或，与整流设备连接的下游负载设备发生故障时，有可能造成整流单元的两个工作模块的输出端的电压值同时异常，为了避免引起设备损坏，尽量减少损失，在本发明中，预设规则还可以包括：

当整流模块切换后电压采集模块所采集的电压值超过预设范围值时，将所述选择开关的状态切换至断开连通。

这样，通过断开切换开关，从而可以进行后续对于负载和线路故障的排查。

优选的，本发明中的箱体21外壁还可以包括散热鳍片23；这样，可以进一步的减少由于隔离对于电气部件所造成的温度升高的问题；进一步的，还可以在箱体21内壁还设有凸起部，从而增大绝缘油与箱体21的接触面积来提高导热的效率；

在高温的恶劣环境中，为了维持电气部件的正常工作工况，进一步的，本发明中还可以包括绝缘油置换机构；绝缘油置换机构通过箱体21设有的进油口24和出油口25实现控温隔离箱内外绝缘油的置换。这样，通过对箱体21内的绝缘油进行置换，可以迅速的降低电气部件的环境温度，避免电气部件温度过高。

在实际应用中，本发明中的绝缘油置换机构还可以包括温度采集单元（图中未示出）和控制单元（图中未示出）；其中，温度采集单元用于采集绝缘油温度数据；控制单元根据由温度数据所生成控制指令控制绝缘油置换机构的启闭。具体来说，控制单元中可以包括有设定了预设规则的指令生成模块，来根据温度采集单元的采集数据生成对应的控制指令，以启动或是关闭绝缘油置换机构，比如，可以设定当绝缘油的温度超过预设上限值的时候生成启动绝缘油置换机构的控制指令来对电气部件进行降温，这样，就可以自动的对电气部件进行有效的温度保护，以减少高温对设备的影响。

优选的，如图2所示，在本发明中控温隔离箱内还可以设有导流管；导流管包括输送部31和引流部32；输送部31的一端与出油口25连通，引流部32设于临近电气部件的位置；引流部32的不同位置包括多个引流孔。当电气部件温度过高时，距离电气部件最近的绝缘油的温度是最高的，通过导流管可以加快对于高温绝缘油的置换，从而加快对于电气部件温度控制的速度和效率。

为了使电气部件各个位置附近的绝缘油的置换速度一致，在实际应用中，多个引流孔的分布方式还可以设置为：引流部32中靠近输送部31一端的引流孔的分布密集度小于另一端。具体来说，如果多个引流孔的密度相同，通过输送部31抽出绝缘油的时候，那么就会使得靠近输送部31位置的引流孔负压较大，进而有着较快的流速，而远离输送部31位置的引流孔流速较慢，从而不能使电气部件的各个位置同步的降温。通过将多个引流孔的分布方式还可以设置为靠近输送部31一端的引流孔的分布密集度小于另一端，可以使电气部件各个位置附近的绝缘油的置换速度一致，进而改进对于电气部件的降温效果。

在实际应用中，本发明中的还可以将引流部32设计为包括多个分支，这样就可以更加均匀高效的对电气部件的工作模块进行温度控制了。

本发明中的应用环境比较恶劣，比如在潮湿环境下，当水分进入到控温隔离箱内后，不稳定的高频脉冲等电场在控温隔离箱内会由于电力分解使绝缘油产生杂质，从而导致绝缘电阻降低和绝缘强度下降，进而使绝缘油的击穿电压降低，从而向电气部件的工作性能；为此，在本发明中，还可以设有滤油机（图中未示出）来对置换出的绝缘油进行过滤；具体来说，滤油机与绝缘油置换机构联通，这样就可以对控温隔离箱置换出的绝缘油进行有效的过滤。

本发明中包括有两个工作模块（即，三相整流模块和单相整流模块），为了避免两个工作模块之间的相互影响，如某一工作模块的温度异常对另一工作模块的影响等，优选的，在本发明中，三相整流模块11和单相整流模块12之间还可以设有用于阻挡绝缘油流向的分隔板27。这样，就可以避免两个工作模块通过绝缘油的流动直接进行热交换，此外，在本发明中通过设置金属材质的分隔板27，还可以有效的提高对电气部件的散热效果。

综上所述，为了降低在高温、低温、潮湿以及空气污染等恶劣环境中整流设备的故障率，提高整流设备的稳定性，本发明中的整流单元设置为包括有电气部件和温控隔离箱两部分，其中，注满绝缘油的温控隔离箱套设于电气部件外后，不但可以隔绝恶劣环境，还可以对电气部件所包括的三相整流模块和单相整流模块这两个工作模块进行有效的温度控制。

此外，在本发明中，整流单元的电气部件同时包括有三相整流模块和单相整流模块两个工作模块，并在当前运行的工作模块发生故障时，通过选择开关来自动的进行工作模块的切换，从而更换与直流输出线路连通的工作模块。这样，通过将两个工作模块设置互为备用设备的方式，可以提高整个整流设备的容错性，减小偶发故障造成的整流设备无法工作，从而从整体上提高了整流设备工作的稳定性，从而使得本发明中的整流单元可以适用于高可靠性要求的场合。

进一步的，如图3所示，在本发明中，还提供了一种整流装置，包括供电母线、输出线路控制单元，以及，多个图1所对应实施例中的整流单元；

多个整流单元的交流输入线路并联连接于供电母线；输出线路控制单元用于控制整流单元的直流输出线路的并联个数。

本发明中的整流单元为模块化部件，可以根据负载需求的不同。灵活的确定整流单元的使用个数，然后将多个整流单元并联组合后构成一个能够适用于大电流场合的整流装置。

由于本发明中的整流单元的工作原理和有益效果已经在图1和图2所对应实施例中进行了相应的记载，在本实施例中可以相互参照，在此就不再赘述。

进一步的，如图4和图5所示，在本发明中，还提供了一种整流系统。

本发明中的整流系统可以由如图1中所示的整流单元01和上位机03构成，也可以由图2中所示的整流装置02和上位机03构成。其中，上位机03可以通过通讯连接线向第一控制模块和第二控制模块发送用于调节三相整流模块和/或单相整流模块负载的控制参数。

同理，由于本发明中的整流单元01和整流装置02的工作原理和有益效果已经在图1至图3所对应实施例中进行了相应的记载，在本实施例中可以相互参照，在此就不再赘述。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种整流单元，用于灰尘、潮湿、或是空气污染的恶劣环境中，其特征在于，包括电气部件和控温隔离箱；

所述电气部件包括三相整流模块、单相整流模块、第一控制模块、第二控制模块和选择开关；

与直流输出线路连接的所述选择开关的状态包括：连通所述三相整流模块的第一输出端、连通所述单相整流模块第二输出端和断开连通；所述选择开关能够根据预设的控制指令进行状态的切换；以所述三相整流模块和/或所述单相整流模块的电压值为参数，根据预设规则生成所述控制指令；

所述控温隔离箱包括套设于所述电气部件外的箱体和设于所述箱体的多个可绝缘密封的外联通孔；所述箱体内充满有绝缘油；所述电气部件的外部连接线通过所述外联通孔与外部设备连接；外部连接线包括所述第一控制模块和所述第二控制模块与预设的上位机通讯连接线，以及，所述三相整流模块和所述单相整流模块的交流输入线路和直流输出线路；

还包括绝缘油置换机构；所述绝缘油置换机构通过所述箱体设有的进油口和出油口实现所述箱体内外绝缘油的置换；

所述箱体内还设有导流管；所述导流管包括输送部和引流部；所述输送部的一端与所述出油口连通，所述引流部设于临近所述三相整流模块和/或所述单相整流模块的位置；所述引流部的不同位置包括多个引流孔；多个引流孔的分布方式设置为：引流部中靠近输送部一端的引流孔的分布密集度小于另一端。

2.根据权利要求1中所述整流单元，其特征在于，所述箱体外壁还包括散热鳍片。

3.根据权利要求1中所述整流单元，其特征在于，所述三相整流模块和所述单相整流模块之间还设有用于阻挡绝缘油流向的分隔板。

4.根据权利要求1中所述整流单元，其特征在于，还包括：

用于采集所述第一输出端和所述第二输出端电压值的电压采集模块。

5.根据权利要求4中所述整流单元，其特征在于，还包括：

指令生成单元，用于以所述电压采集模块所采集的电压值为参数根据预设规则生成所述控制指令；

所述预设规则包括：

当与所述选择开关连通的所述三相整流模块或所述单相整流模块的电压值超过预设范围值时，控制所述选择开关进行整流模块的切换。

6.根据权利要求4中所述整流单元，其特征在于，所述预设规则还包括：

判断整流模块切换时所述电压采集模块所采集的电压值的波动值是否超过预设值；

如果是，将所述选择开关的状态切换至断开连通。

7.一种整流装置，其特征在于，包括供电母线、输出线路控制单元，和，多个如权利要求1至6中任一所述整流单元；

多个所述整流单元的交流输入线路并联连接于供电母线；

所述输出线路控制单元用于控制所述整流单元的直流输出线路的并联个数。

8.一种整流系统，其特征在于，包括：上位机和如权利要求1至6中任一所述整流单元，或，上位机和如权利要求7中所述整流装置；

所述上位机通过通讯连接线向所述第一控制模块和所述第二控制模块发送用于调节所述三相整流模块和/或所述单相整流模块负载的控制参数。

Images