CN112350167B - 一种rov用水面直流供电电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶电气设备和电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种ROV用水面直流供电电源装置。本发明提出的一种ROV用水面直流供电电源装置，包括低压单元柜，进行电力供给控制、运行指令控制和信号保护控制；高压单元柜，与低压单元柜连接，进行电源升压和直流整流，为水下ROV设备供电；低压单元柜和高压单元柜，并排固定安装在底座上；风冷系统，安装在低压单元柜和高压单元柜上，形成进出风通道。本发明采用直流供电完全替代传统的交流供电，有效缩小本体装置体积，减少脐带缆的线径以及长距离输电的线损，大幅提升电源系统效率，减少脐带缆主电缆相应的数量，有效降低电缆的材料成本，高压散热性能良好，结构简单、易于制造安装和维护。

Description

一种ROV用水面直流供电电源装置

技术领域

本发明涉及船舶电气设备和电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种ROV用水面直流供电电源装置。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，占全球71％面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存的环境，遥控水下机器人(Remote Operated Vehicle，ROV)是用于水下观察、检查和施工的水下机器人，是当今人类探索海洋环境和开发海洋资源的有力工具。

随着应用领域的不断扩大，ROV也向着工作深度越深、推进动力越大、作业能力越强的方向发展。

现有ROV的主流供电系统，主要是通过一个变压器将船舶上的低压电(380V或690V)通过变压器升压(3000V或者4000V)后，通过脐带缆给水下电机供电。

该种供电系统的优势就是电路简单、可靠性高，但是存在以下缺点：

1)采用交流输送方式导致电阻上产生压降，同时在线路电抗上也产生较大压降，从而在整个脐带缆上的电压损失较大；

2)受电机自身功率因数的限制，大量无功电流进行远距离输送，使得在脐带缆中流过的电流有效值增加，从而要求增加脐带缆的供电线路直径，增加了脐带缆的重量，同时增加了系统成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种ROV用水面直流供电电源装置，解决现有技术的ROV供电系统采用交流输送引起的线损高、效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种ROV用水面直流供电电源装置，包括低压单元柜、高压单元柜、风冷系统和底座

所述低压单元柜，进行电力供给控制、运行指令控制和信号保护控制；

所述高压单元柜，与低压单元柜连接，进行电源升压和直流整流，为水下ROV设备供电；

所述低压单元柜和高压单元柜，并排固定安装在底座上；

所述风冷系统，安装在低压单元柜和高压单元柜上，形成进出风通道。

在一实施例中，所述低压单元柜，包括低压柜体、输入开关组件、电控测量组件和控制变压器：

所述低压柜体，作为防护外壳，内部集成低压单元柜内所有组件；

所述输入开关组件，安装在低压单元柜的后方靠右侧，对输入电压进行开关通断；

所述电控测量组件，安装在低压单元柜的后方靠左侧，对系统控制逻辑制定、各部件状态信号测量、控制命令传输以及系统故障反馈及保护；

所述控制变压器，设置在低压柜体的底座上，为单元柜内的组件提供电源。

在一实施例中，所述低压单元柜，还包括进出线端组件和电气连接组件：

所述进出线端组件，安装在低压单元柜的顶部，采用绝缘的电缆接头将高低压电缆分开并固定密封；

所述电气连接组件，连接低压单元柜和高压单元柜，用于两柜间的电气及信号传输。

在一实施例中，所述输入开关组件，包括总开关、分线母排、预充电开关和预充电电阻：

所有开关通过分线母排连接；

所述分线母排分为主电支路和控制电支路；

所述主电支路，连接到预充电开关，经过预充电电阻连接高压单元柜；

所述控制电支路，连接到总开关，经过控制变压器变压后，为电控测量组件供电。

在一实施例中，所述低压柜体的门，与输入开关组件的所有开关进行关联设置，当任意开关处于打开位置，低压柜体门处于关闭位置。

在一实施例中，所述输入开关组件，还包括PC防护板和金属防护板：

所述PC防护板，安装在分线母排的外部；

所述金属防护板，安装在预充电电阻的顶部。

在一实施例中，所述电控测量组件，包括PLC控制单元、电气转接组件和控制开关组件：

所述PLC控制单元，对电源设备进行监测与控制，并进行故障反馈；

所述控制开关组件，用于控制输入开关组件的各个支路开关，通过控制不同支路开关选择性供电；

所述电气转接组件，对控制电路与信号线路进行转接和分线。

在一实施例中，所述电控测量组件，还包括温湿度测控组件和绝缘监测组件：

所述温湿度测控组件，用于实时监测单元柜内的空气温度及湿度数据并发送至PLC控制单元；

所述绝缘监测组件，连接所有高压电控组件，实时监测线路上的绝缘电阻数据。

在一实施例中，所述PLC控制单元、电气转接组件和温湿度测控组件，均通过标准导轨安装在低压柜体的左侧板。

在一实施例中，所述电控测量组件，还包括电源转换开关，安装在低压柜体门板上，根据使用工况控制切换线路电源。

在一实施例中，所述电控测量组件，还包括人机交互组件，安装在低压柜体门板上，在交互界面上显示主电路各个部件的参数以及运行状态，并且在线记录设备的故障类型。

在一实施例中，所述高压单元柜，包括高压柜体、整流管组件、防反向组件、整流变压器和输出接线端：

所述高压柜体，作为防护外壳，内部集成高压单元柜内的所有组件；

所述整流管组件，安装于高压柜体后方上部，将输入电源整流形成高压直流；

所述防反向组件，设置于高压整流后负极侧，防止反向电流流入整流管组件；

所述整流变压器，作为整流管组件的前级部件，对输入电压进行升压，为整流管组件提供供电输入；

所述输出接线端，作为高压单元柜与外部设备的电路连接点，用于水下ROV的脐带缆连接。

在一实施例中，所述输入开关组件，还包括支路开关，与主电支路连接，控制对应的水下部件的供电通断；

所述高压单元柜，还包括支路变压器，安装于高压柜体前方底部，对单向的交流电进行升压，为支路对应的水下部件供电。

在一实施例中，所述高压单元柜，还包括支撑电容和接地隔离开关：

所述支撑电容，与整流管组件后部连接，设置在高压柜体右侧上方，稳定系统电压并降低系统直流电压的纹波电压；

所述接地隔离开关，控制整流管组件的主电路与地网的连接通断。

在一实施例中，所述整流管组件，包括整流桥臂、快速熔断器，铜母线、绝缘件和支撑梁：

所述整流桥臂，包括数个串联设置的整流单元，所述整流单元采用反并联二极管进行整流，通过散热器组进行散热；

所述快速熔断器，设置在整流单元的输入端，进行过流保护；

所述铜母线，作为整流管组件的主电路连接部件；

所述绝缘件和支撑梁，作为整流管组件的主电路的固定与支撑部件，进行电气绝缘与隔离。

在一实施例中，所述防反向组件，包括防反二极管、吸收电容，吸收电阻和连接母排：

所述防反二极管，阻断反向电流及电压；

所述吸收电容，与防反二极管并联设置，滤除防反二极管侧的尖峰电压；

所述吸收电阻，与吸收电容串联，将吸收电容所吸收的尖峰电压转换为热量释放；

所述连接母排，作为防反向组件的主电路连接部件。

在一实施例中，所述防反向组件，还包括隔板：

在防反二极管与吸收电容之间、吸收电阻与整流管组件之间用隔板分隔，进行电气绝缘与隔离。

在一实施例中，所述风冷系统，包括第一轴流风机、第二轴流风机和风窗组件：

所述第一轴流风机，安装在高压柜体的顶部；

所述第二轴流风机，安装在整流变压器的底部；

所述风窗组件，安装在高压柜体的门板；

高压柜体外部的气流，通过风窗组件从柜门吸入，经由第二轴流风机将风朝上吹，再由第一轴流风机将气流排除柜外。

本发明提出的一种ROV用水面直流供电电源装置，采用直流供电完全替代传统的交流供电，有效缩小本体装置体积，减少脐带缆的线径以及长距离输电的线损，大幅提升电源系统效率，减少脐带缆主电缆相应的数量，有效降低电缆的材料成本，高压散热性能良好，结构简单、易于制造安装和维护。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明一实施例的ROV用水面直流供电电源装置的正面示意图；

图2a揭示了根据本发明一实施例的低压单元柜的正面示意图；

图2b揭示了根据本发明一实施例的低压单元柜的柜内正面示意图；

图3揭示了根据本发明一实施例的低压单元柜的柜内左侧示意图；

图4揭示了根据本发明一实施例的高压单元柜的柜内正面示意图；

图5揭示了根据本发明一实施例的高压单元柜的柜内右侧示意图；

图6揭示了根据本发明一实施例的高压单元柜的柜内左侧示意图；

图7揭示了根据本发明一实施例的整流管组件和防反向组件示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1低压单元柜；

110低压柜体；

120输入开关组件；

121总开关；

122分线母排；

123ROV支路开关；

124预充电开关；

125预充电电阻；

126ROV-POD支路开关；

127TMS-POD支路开关；

128PC防护板；

129金属防护板；

130电控测量组件；

131PLC控制单元；

132电气转接组件；

133温湿度测控组件；

134控制开关组件；

135绝缘监测组件；

136电源转换开关；

137人机交互组件；

140控制变压器；

150电气连接组件；

160进出线端组件；

161进线母排；

2高压单元柜；

210高压柜体；

220整流管组件；

221整流桥臂；

222快速熔断器；

223铜母线；

224绝缘件；

225支撑梁；

230防反向组件；

231防反二极管；

232吸收电容；

233吸收电阻；

234隔板；

235连线母排；

240ROV-POD支路变压器；

250TMS-POD支路变压器；

260支撑电容；

270整流变压器；

280接地隔离开关；

290输出接线端；

3风冷系统；

310轴流风机；

320散热风机；

330风窗组件；

4底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

电动ROV将是下一代ROV技术的发展方向，与其配套的水面直流供电设备也将拥有无限的前景。应未来海洋领域电动化发展趋势，水下装备的驱动动力以直流供电系统为最稳定、最经济、最有效的供电方式。

图1揭示了根据本发明一实施例的ROV用水面直流供电电源装置的正面示意图，如图1所示，相对于传统的交流供电装置，本发明提出的一种ROV用水面直流供电电源装置，包括低压单元柜1、高压单元柜2、风冷系统3和底座4。

所述低压单元柜1和高压单元柜2，通过螺栓由底部安装孔与底座4固定。

所述风冷系统3，通过螺栓安装在低压单元柜1和高压单元柜2上，形成进出风通道。

所述底座4，通过型材槽钢焊接而成。

在图1所示的实施例中，低压单元柜1和高压单元柜2并柜设置，采用风冷散热方式对各单元柜内元件进行散热，减小单元柜内的热量集聚，提高散热效率，提升环境适应性。

低压单元柜1和高压单元柜2通过焊接而成，可以根据现有产品市场对产品尺寸的需求进行组装，方便性高。

水面供电电源装置一般采用集装箱式装置，集装箱的运输要求集装箱尺寸不能过大，紧凑的结构布局能够有效利用集装箱内部空间。

针对现有技术的不足，本发明提出的ROV用水面直流供电电源装置，包含高低压柜体、电控测量组件、支撑电容组件、电源切换开关、整流管组件、风冷系统等模块化设计和组装，优化高压整柜结构布局与安装，从而保证高压散热性能良好，结构简单、易于制造安装和维护，为ROV在水下工作提供稳定、可靠的供电电源。

图2a-图3分别揭示了根据本发明一实施例的低压单元柜的正面示意图、柜内正面示意图和柜内左侧示意图，如图2a-图3所示的低压单元柜1，作为供电电源的控制部件，主要进行系统电力供给控制、系统运行指令控制、信号保护控制以及系统状态显示。

更进一步的，低压单元柜1包括低压柜体110、输入开关组件120、电控测量组件130、控制变压器140、电气连接组件150和进出线端组件160。

低压柜体110，作为低压单元柜1的防护外壳，采用钢板弯折焊接而成，内部集成低压单元柜1内所有组件，起到防尘、防人员触电的作用。

可选的，钢板厚度为2mm。

输入开关组件120，作为低压单元柜1的进线端，具有电压分断能力，主要用于系统电路的分合闸，对输入电压进行开关通断，并且配置电压电流采集部件，能够实时测量到线路电压电流信息，开关本身具备欠压保护功能，以及过压跳闸功能，能够有效保护系统安全。

输入开关组件120，安装在低压单元柜1的后方靠右侧，通过螺栓与低压单元柜1底部的电气安装板固定。

电控测量组件130，作为低压单元柜1内的核心部件，主要用于系统控制逻辑制定、各部件状态信号测量、控制命令传输以及系统故障反馈及保护，是低压单元柜1的大脑。

电控测量组件130，安装在低压单元柜1的后方靠左侧以及低压单元柜1的左侧边，通过螺栓与低压单元柜1背部的电气安装板紧固。

电控测量组件130均采用正面布局，便于组装及维护。

控制变压器140，作为低压单元柜1内的供电电源，为电控系统、照明、风机、门联保护装置的电力供给。

控制变压器140，安装在低压单元柜1的底座4上，其重量较大，与底座4通过螺栓固定较为稳定可靠。

电气连接组件150，作为低压单元柜1和高压单元柜2的连接部件，安装在低压单元柜1和高压单元柜2相邻的两侧，主要用于两柜间的电气及信号传输，其采用快速接头进行通信，并且设计有防插错功能，在使用中方便、快捷、不易出错。

进出线端组件160，安装在低压单元柜1的顶部，采用绝缘的电缆接头组成，将高低压电缆分开，电缆在穿过电缆接头后，将电缆接头拧紧，可以起到密封、固定电缆的作用。

主电通过电缆连接入进出线端组件160中的进线母排161，进入输入开关组件120，由于进线电流较大，输入开关组件120中各部件之间的连接采用分线母排122。

从分线母排122上，分成4个支路，包括3个主电支路和1个控制电支路。

主电支路，连接到后续的开关器件，包括预充电开关124与支路开关，采用电缆连接入高压单元柜2。

控制电支路，连接到电控测量组件130中的总开关121，再进入控制变压器140，经过控制变压器140变换电压值，通过电缆供应会电控测量组件130中的各个低压测试部件，其他各低压测试部件之间的连接均用电缆连接。

如图2a和图2b所示，输入开关组件120，包括总开关121、分线母排122、支路开关、预充电开关124、预充电电阻125、PC防护板128和金属防护板129。

支路开关包括ROV支路开关123、ROV-POD支路开关126和TMS-POD支路开关127，与主电支路连接，采用电缆连接入高压单元柜2，控制对应的水下部件的供电通断。

输入开关组件120的布置区域为低压单元柜1的左侧，从上到下依次布局为总开关121、ROV支路开关123和预充电开关124，通过螺栓与低压柜体110背部的安装板固定。

各开关之间通过分线母排122连接，整齐美观。

外部安装PC防护板128，确保各连接母排不能被人员触碰到，避免触电危险。

预充电电阻125，安装在低压单元柜1的底部，通过螺栓与低压柜体110底部的安装板固定。

金属防护板129，安装在预充电电阻125的顶部，在产品发生故障，预充电电阻125烧损时，保障人身安全以及其他部件的安全。

在本实施例中，高压单元柜2中包含2个高压支路，POD(电子仓)支路和TMS(TetherManagement System，脐带缆管理系统)支路，主要是用于给ROV本体水下部件POD和TMS部件提供稳定电源。

根据产品具体功率要求，可以减少或增加用电支路的配置，形成不同功能的供电电源。

ROV-POD支路开关126和TMS-POD支路开关127，本体安装在门后侧的安装板上。

总开关121、ROV支路开关123、ROV-POD支路开关126和TMS-POD支路开关127的把手安装在低压柜体110的门板上，整齐美观、易于操作。

本发明的实施例中，当任何一个开关没有转到关闭位置时，低压柜体110的柜体门是不能够打开的，如此能够保证在断电情况下才能进行检查与维护，内部各带电及高温部件都有相应的防护，能够充分保证人身安全。

如图3所示，电控测量组件130，包括PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制单元131、电气转接组件132、温湿度测控组件133、控制开关组件134、绝缘监测组件135、电源转换开关136、人机交互组件137。

PLC控制单元131，作为电控测量核心，通过软件及信号处理模块执行电源设备的控制、监测及故障反馈等动作。

电气转接组件132，包含转接端子排，用于控制电路及信号线路的转接及分线。

温湿度测控组件133，用于实时监测单元柜内的空气温度及湿度数据并传入PLC控制单元131。

温湿度测控组件133，在设定的温湿度范围内进行自动的加热及除湿，确保设备的稳定可靠。

PLC控制单元131、电气转接组件132、温湿度测控组件133，均安装在低压柜体110的左侧板，均为标准导轨安装。

更进一步的，PLC控制单元131、电气转接组件132、温湿度测控组件133，安装在低压柜体110的靠近顶部低压侧出线端，便于进出电缆的连接。

控制开关组件134，用于各个控制部件支路的开关，通过控制不同支路的开关选择性供电，并且本开关还具有进行系统线路的短路保护功能；

控制开关组件134，安装在低压柜体110背部的安装板上部。

更进一步的，由于控制开关组件134为交流220V电气部件，在其上面配置PC防护板，保证人员安全，避免触电。

绝缘监测组件135，连接所有水下高压电控组件，实时监测线路上的绝缘电阻数据，确保设备的绝缘值处于可靠的范围内，在有偏差时可以立即报警反馈，确保水下电气部件的安全。

绝缘监测组件135，包含控制部件及测试部件：

所述控制部件，为低压部件，放置在低压单元柜1内；

所述测试部件，测试高压侧各支路电气绝缘性能，放置于高压单元柜2内，做到高低压分离，控制部件易于观察操控。

电源转换开关136，根据使用工况控制切换线路电源，所述线路电源既可以包括船用电，也可以包括使用自身设备的变压器转换后的控制用电，从而满足电源的兼容性。

人机交互组件137，采用触摸屏，在交互界面上显示主电路各个部件的参数以及运行状态，并且可以在线记录设备的故障类型，对控制单元进行可视化及可操作功能设计，使电源设备具备良好的使用体验。

电源转换开关136和人机交互组件137，安装在低压柜体110门板上，放置位置基本与操作人员保持平视。

本实施例中的电控测量组件130，能够和高压部件分离安装，能够避免电磁对电控元件的干扰。

采用柜体门板上操作与观测系统信息的方式，安全便捷。

本发明的实施例中，整个低压单元柜1设计便于生产组装。

低压柜体110由弯折钢板焊接而成，所有部件单元直接安装在单元柜柜体上侧边及后部安装板上，通过左右分区域布局的方式，形成高低压分离，高压侧在单元柜左边，低压侧在单元柜右边，在可触碰到的高压母排位置均配置PC防护板，以确保人身安全。

单元柜内各器件排列规则、紧凑，功率密度大。

低压部件都安装在标准型号导轨上，易于拆装，满足狭小范围内的维护要求。

较重的变压器均放置在单元柜底座上，使得整柜的重心较低，吊装及转运较为便捷、安全。

出线集中在低压单元柜的顶部，输入输出电缆缆从集装箱端侧进入低压单元柜内，整齐美观。

图4-6分别揭示了根据本发明一实施例的高压单元柜的柜内正面、右侧和左侧示意图，如图4-6所示的高压单元柜2，作为供电电源的高压部分，主要用于三相电源升压和整流功能，将380V电源升压后整流成为DC4160V电源，为水下ROV设备供电。

更进一步的，高压单元柜2包括高压柜体210、整流管组件220、防反向组件230、支路变压器、支撑电容260、整流变压器270、接地隔离开关280和输出接线端290。

高压柜体210，作为高压单元柜2的防护外壳，采用钢板弯折焊接而成，集成高压单元柜2内的高压整流以及支路变压器等部件，起到防尘、防人员触电的作用。

可选的，钢板厚度为2mm。

整流管组件220，作为高压单元柜2的主要部件，通过3组6脉波整流组件，将输入电源整流后再串联形成高压直流电源，其采用不控二极管，具有稳定可靠的优异电气性能。

整流管组件220，安装于高压单元柜2后方上部，防反向组件230和整流管组件220安装在同组绝缘支撑梁上，支撑通过螺栓及支架固定在高压柜体210的安装板上，方便正面调试操作。

更进一步的，整流管组件220可以增减串联组数，或者改为并联形式，提升匹配整流变压器270的输出电压等级，同一产品只需更换整流变压器，可以满足常规船舶输出AC440V和AC690V供电系统，整流管组件能够兼容输出高压侧DC4500V和DC6000V稳定电源供给ROV。

防反向组件230，用于高压整流后负极侧，主要防止水下电气部件的反向电流流入整流管组件，避免系统电路损坏。

支路变压器，安装于高压柜体前方底部，对单向的交流电进行升压，为支路对应的水下部件供电，包括ROV-POD支路变压器240、TMS-POD支路变压器250。

ROV-POD支路变压器240、TMS-POD支路变压器250，主要是采用单向的交流升压变压器，将380V交流升压至3600V交流电，为水下POD提供供电电源。

ROV-POD支路变压器240、TMS-POD支路变压器250安装在高压单元柜2的正面前侧，与底座4通过螺栓进行紧固，各变压器接线点位均在正面，便于操作。

支撑电容260，作为整流管组件后部的组件，用于稳定系统电压及减小系统直流电压的纹波电压。

支撑电容260，数量为2个，安装在高压单元柜2的右侧上方，采用绝缘角件支撑与高压柜体210的安装板固定，通过支撑电容260底部的螺杆与绝缘角件进行紧固。

在支撑电容260上部用带比支撑电容直径大2mm的孔的绝缘角件进行限位。

在支撑电容260的电气连接处并联3个放电电阻，用6个铜排短接，其可以起到电联接和固定的双重作用。

整流变压器270，作为整流管组件220的前级部件，主要是采用变压器的升压特性，为3组6脉波整流组件提供稳定的供电输入。

整流变压器270，安装在整流管组件220下方，整流变压器270的输出接线端与整流管组件220的输入接线端一一对应，能够有效节省电缆，美观，便于操作，整流变压器270与底座4通过螺栓进行紧固。

接地隔离开关280，作为单元柜最末端的开关部件，主要是用于在停机及检修时将主电路与地网连接，确保电气柜无高压，以此提升产品的安全性能。

接地隔离开关280，数量为3个，布置于高压单元柜2的左侧前部，本体与高压柜体210采用螺栓紧固，把手通过安装在高压柜体210正前门板上，便于操作且安全。

输出接线端290，作为高压单元柜与外部设备的电路连接点，用于水下ROV的脐带缆连接。

输出接线端290，为高压单元柜2的高压出线端，共有3组直流输出点，输出点采用铜螺柱为转接点，本体采用隔板及绝缘底板组成，具有较高的耐电压能力和较小的尺寸优势。

各组件之间的电气连接通过母排或线缆连接，高压柜的外部三相交流进线接入整流变压器270，通过整流变压器270将电压升压后由变压器的二次侧输出，通过连接电缆接入整流管组件220的进线端快速熔断器222，通过母排连接到整流管组件的整流桥臂221上，通过二极管整流，将3相交流电转换为直流，输出到接地隔离开关280，再从接地隔离开关280连接到输出接线端290。

从低压单元柜2接入2路2相交流进线分别进入ROV-POD支路变压器240和TMS-POD支路变压器250，经过变压器升压后，输出到接地隔离开关280，再从接地隔离开关280连接到输出接线端290。

外部作业的ROV设备可将脐带缆通过高压单元柜2顶部的过线孔接入到输出接线端290上的3组直流输出点。

图7揭示了根据本发明一实施例的整流管组件和防反向组件示意图，如图7所示，整流管组件220包括整流桥臂221、快速熔断器222，铜母线223、绝缘件224和支撑梁225。

整流桥臂221共分为3个整流单元，每个整流单元包括3个散热器组，每个散热器组的背侧长散热器和快速熔断器222连接，为整流单元的输入侧。

3个整流单元通过铜母线223进行串联形成整流桥臂221。

整流桥臂221，采用散热器及二极管组成，每个整流单元都采用最常用的反并联二极管的电路连接形式，长散热器作为电路输入端，短散热器作为输出端，输入端为直流正极，输出端为直流负极。

每个散热器组的前侧上下2个短散热器为输出侧，每个散热器组分别并联，形成一个独立的整流单元。

整流桥臂221，通过螺栓与绝缘件224固定，再与支撑梁225固定，形成一个整体组件。

快速熔断器222，作为整流桥臂211的每个整流单元的前级输入端，用于保护桥臂，防止浪涌电压及过电流对桥臂造成损坏。

铜母线223，采用铜板或铜带加工而成，作为整流管组件220的主电路连接的部件，代替电缆，美观并且成本低廉。

绝缘件224和支撑梁225，作为整流管组件220的主电路的固定与支撑部件，同时具有主电路与高压柜体210的电气绝缘与隔离的作用。

如图7所示，防反向组件230，包括防反二极管231、吸收电容232，吸收电阻233、隔板234和连接母排235。

防反二极管231，采用不控硅二极管，具有正向导通，反向阻断的特性，可以有效阻断反向电流及电压。

防反二极管231，与绝缘件224固定，再与支撑梁225通过螺栓固定。

防反二极管231的负极，连接有短散热器，与整流管组件220的末端负极通过铜母线223连接。

吸收电容232，与防反二极管231采用并联，可以有效滤除防反二极管231侧的尖峰电压，防止二极管击穿，起到保护防反二极管231的作用。

吸收电阻233，与吸收电容232串联，可以将电容所吸收的尖峰电压转换为热量释放掉，保护电容。

吸收电容232和吸收电阻233，通过螺栓与绝缘件224固定，再通过连接母排235进行串联电气连接，然后通过电缆并联在防反二极管231的短散热器上。

在防反二极管231与吸收电容232之间、吸收电阻233与整流管组件220之间用隔板234分隔。

隔板234，采用环氧布板，起到防反向组件230的主电路与高压柜体210的柜体简单绝缘防护，确保主电路不会对柜体放电。

连接母排235，采用铜板或铜带加工而成，作为主电路连接的部件，代替电缆，美观并且成本低廉。

本发明的实施例，整流管组件220与防反向组件230共同安装在同一绝缘支撑梁224上，电路连接更为简洁，基于部件的组装较为繁琐，可以在工作台上完成，形成模块化的组件，整体安装在高压单元柜2内，能够有效的提高组装效率。

本发明的实施例中，整个高压单元柜2设计便于生产组装。

单元柜体由弯折钢板焊接而成，所有部件单元直接安装在搭接在单元柜柜体上，单元柜能够适用运输的振动环境以及海洋船舶环境。

通过上下分层布局的方式，各器件排列规则、紧凑，功率密度大。

整流管组件220、防反向组件230、支撑电容260均能满足狭小范围内的维护要求。

较重的变压器均放置在单元柜底座上，使得整柜的重心较低，吊装及转运较为便捷、安全。

出线集中在高压单元柜2的顶部，脐带缆从集装箱端侧进入高压单元柜2内，避免大电缆布局在空间有限集装箱内，造成人员绊倒，电缆破损漏电等，确保人员的安全。

风冷系统3，主要用于电源设备内的高发热部件的辅助散热部件，对高压单元柜2内进行通风散热，有效将柜内的热量排出柜体，避免造成柜内积温而导致电气部件的损坏。

如图5所示，风冷系统3包括轴流风机310、变压器底部轴流风机320和风窗组件330。

轴流风机310，安装在高压柜体210的顶部，通过风机运行可将柜体内的热量排出柜体，维持柜内温度。

轴流风机320，主要将变压器线圈及铁芯所产生的热量通过风机使空气流动而带至柜体内部，使得变压器在运行时的温度稳定。

轴流风机320，安装在整流变压器270的底部，变压器线圈的下方。

风窗组件330，安装低压单元柜110和高压柜体210的门板上，外部空气可以通过风窗组件330进入柜体内部。

风窗组件330配置有滤芯，可以有效的滤除一定的粉尘，确保设备内部洁净。

高压柜体210外部的风通过风窗组件330从柜门吸入后，由轴流风机320将风朝斜向上吹，通过整流变压器270的线圈缝隙，从整流变压器270的上部吹出，再由顶部的轴流风机310将热风排除柜外。

从而形成柜内流道，风流经ROV-POD支路变压器240、TMS-POD支路变压器250、整流变压器270和整流管组件220进行散热。

本发明的实施例中，采用强迫风冷进行辅助散热，通过优化柜内布局，形成风道循环系统，提高换热效率，大大的缩小变流器体积。

本发明提出的一种ROV用水面直流供电电源装置，采用直流供电完全替代传统的交流供电，有效缩小本体装置体积，减少脐带缆的线径以及长距离输电的线损，大幅提升电源系统效率，减少脐带缆主电缆相应的数量，有效降低电缆的材料成本，高压散热性能良好，结构简单、易于制造安装和维护。

本发明提供的一种ROV用水面直流供电电源装置，具体具有以下有益效果：

1)通过设计2个单元柜拼柜而成，能方便的进行变流柜设计、生产组装以及现场的转运，并且能够符合船用集装箱的布局；

2)可以通过减配，满足不同用户的负载用电支路需求，提升系统功能扩展性；

3)采用转换开关，可以配置不同情况下的用户供电方式；

4)通过高低压分离布局的方式，各器件布局紧促，防护周全，能够有效确保操作人员人身安全；

5)通过设计预充电电阻金属防护板，能够有效防止电阻损伤或炸裂情况下对柜内其他部件的影响，并且能够有效确保人身安全；

6)通过整流管组件串联布局，能够有效提升产品电压等级并且采用性能稳定的二极管器件，能有提升产品的稳定性；

7)采用兼容性设计理念，同一产品只需更换整流变压器，可以满足常规船舶输出不同的供电系统，整流管组件能够兼容输出高压侧不同的稳定电源供给ROV；

8)通过柜门开关把手，能够防止不断电开门，完全避免因带电开门而造成的触电伤害；

9)通过配置专用部件散热风机，分区域形成散热风道，提升柜内辅助散热性能。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (17)

1.一种ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，包括低压单元柜、高压单元柜、风冷系统和底座：

所述低压单元柜，进行电力供给控制、运行指令控制和信号保护控制；

所述高压单元柜，与低压单元柜连接，进行电源升压和直流整流，为水下ROV设备供电；

所述低压单元柜和高压单元柜，并排固定安装在底座上；

所述风冷系统，安装在低压单元柜和高压单元柜上，形成进出风通道；

其中，所述低压单元柜，包括低压柜体、输入开关组件、电控测量组件和控制变压器：

所述低压柜体，作为防护外壳，内部集成低压单元柜内所有组件；

所述输入开关组件，安装在低压单元柜的后方靠右侧，对输入电压进行开关通断；

所述电控测量组件，安装在低压单元柜的后方靠左侧，对系统控制逻辑制定、各部件状态信号测量、控制命令传输以及系统故障反馈及保护；

所述控制变压器，设置在低压柜体的底座上，为单元柜内的组件提供电源。

2.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述低压单元柜，还包括进出线端组件和电气连接组件：

所述进出线端组件，安装在低压单元柜的顶部，采用绝缘的电缆接头将高低压电缆分开并固定密封；

所述电气连接组件，连接低压单元柜和高压单元柜，用于两柜间的电气及信号传输。

3.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述输入开关组件，包括总开关、分线母排、预充电开关和预充电电阻：

所有开关通过分线母排连接；

所述分线母排分为主电支路和控制电支路；

所述主电支路，连接到预充电开关，经过预充电电阻连接高压单元柜；

所述控制电支路，连接到总开关，经过控制变压器变压后，为电控测量组件供电。

4.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述低压柜体的门，与输入开关组件的所有开关进行关联设置，当任意开关处于打开位置，低压柜体门处于关闭位置。

5.根据权利要求3所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述输入开关组件，还包括PC防护板和金属防护板：

所述PC防护板，安装在分线母排的外部；

所述金属防护板，安装在预充电电阻的顶部。

6.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述电控测量组件，包括PLC控制单元、电气转接组件和控制开关组件：

所述PLC控制单元，对电源设备进行监测与控制，并进行故障反馈；

所述控制开关组件，用于控制输入开关组件的各个支路开关，通过控制不同支路开关选择性供电；

所述电气转接组件，对控制电路与信号线路进行转接和分线。

7.根据权利要求6所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述电控测量组件，还包括温湿度测控组件和绝缘监测组件：

所述温湿度测控组件，用于实时监测单元柜内的空气温度及湿度数据并发送至PLC控制单元；

所述绝缘监测组件，连接所有高压电控组件，实时监测线路上的绝缘电阻数据。

8.根据权利要求7所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述PLC控制单元、电气转接组件和温湿度测控组件，均通过标准导轨安装在低压柜体的左侧板。

9.根据权利要求7所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述电控测量组件，还包括电源转换开关，安装在低压柜体门板上，根据使用工况控制切换线路电源。

10.根据权利要求7所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述电控测量组件，还包括人机交互组件，安装在低压柜体门板上，在交互界面上显示主电路各个部件的参数以及运行状态，并且在线记录设备的故障类型。

11.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述高压单元柜，包括高压柜体、整流管组件、防反向组件、整流变压器和输出接线端：

所述高压柜体，作为防护外壳，内部集成高压单元柜内的所有组件；

所述整流管组件，安装于高压柜体后方上部，将输入电源整流形成高压直流；

所述防反向组件，设置于高压整流后负极侧，防止反向电流流入整流管组件；

所述整流变压器，作为整流管组件的前级部件，对输入电压进行升压，为整流管组件提供供电输入；

所述输出接线端，作为高压单元柜与外部设备的电路连接点，用于水下ROV的脐带缆连接。

12.根据权利要求11所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于：

所述输入开关组件，还包括支路开关，与主电支路连接，控制对应的水下部件的供电通断；

所述高压单元柜，还包括支路变压器，安装于高压柜体前方底部，对单向的交流电进行升压，为支路对应的水下部件供电。

13.根据权利要求11所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述高压单元柜，还包括支撑电容和接地隔离开关：

所述支撑电容，与整流管组件后部连接，设置在高压柜体右侧上方，稳定系统电压并降低系统直流电压的纹波电压；

所述接地隔离开关，控制整流管组件的主电路与地网的连接通断。

14.根据权利要求11所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述整流管组件，包括整流桥臂、快速熔断器，铜母线、绝缘件和支撑梁：

所述整流桥臂，包括数个串联设置的整流单元，所述整流单元采用反并联二极管进行整流，通过散热器组进行散热；

所述快速熔断器，设置在整流单元的输入端，进行过流保护；

所述铜母线，作为整流管组件的主电路连接部件；

所述绝缘件和支撑梁，作为整流管组件的主电路的固定与支撑部件，进行电气绝缘与隔离。

15.根据权利要求11所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述防反向组件，包括防反二极管、吸收电容，吸收电阻和连接母排：

所述防反二极管，阻断反向电流及电压；

所述吸收电容，与防反二极管并联设置，滤除防反二极管侧的尖峰电压；

所述吸收电阻，与吸收电容串联，将吸收电容所吸收的尖峰电压转换为热量释放；

所述连接母排，作为防反向组件的主电路连接部件。

16.根据权利要求15所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述防反向组件，还包括隔板：

在防反二极管与吸收电容之间、吸收电阻与整流管组件之间用隔板分隔，进行电气绝缘与隔离。

17.根据权利要求1所述的ROV用水面直流供电电源装置，其特征在于，所述风冷系统，包括第一轴流风机、第二轴流风机和风窗组件：

所述第一轴流风机，安装在高压柜体的顶部；

所述第二轴流风机，安装在整流变压器的底部；

所述风窗组件，安装在高压柜体的门板；

高压柜体外部的气流，通过风窗组件从柜门吸入，经由第二轴流风机将风朝上吹，再由第一轴流风机将气流排除柜外。

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