CN117276013A - 一种直流断路器用子模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流断路器用子模块，属于直流配网直流断路器领域。本发明方案包括两个阀段组件和两个电容组件及用于安装电容组件和阀段组件的绝缘安装底座；所述阀段组件包括用于沿轴向固定夹紧安装IGBT器件的两个端板和用于对两个端板及端板之间的器件进行夹紧固定的夹紧组件；两个电容组件平行设置在绝缘安装底座的一端，两个阀段组件分别为上阀段组件和下阀段组件，下阀段组件夹紧方向水平的设置在绝缘安装底座的另一端并与电容组件相邻，上阀段组件夹紧方向水平的设置在下阀段组件的上方。本发明方案用以解决现有技术中的中高压直流断路器子模块结构复杂、电气元器件没有集中安装导致占用空间大的问题。

Description

一种直流断路器用子模块

技术领域

本发明涉及一种直流断路器用子模块，属于直流配网直流断路器领域。

背景技术

直流断路器起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流、转换系统运行方式以及开断故障电流对系统实行保护等重要作用，是直流电网中实现直流故障隔离最为理想的选择。直流断路器承担着配网系统中正常运行时的直流工作电流和故障状况下迅速切断故障电流的重要作用，是直流配网安全运行和保护的关键设备。对于提高直流配网系统的安全性、经济性、稳定性与灵活性及建立环保高效的电力系统有重要意义。然而实际中中高压直流断路器结构复杂，占用空间大，并且拆装麻烦，不便于安装、检查和维护。

鉴于此，需要通过设计一种结构将电气元器件集中安装，且保证其达到稳定的性能，使其运行稳定，保证系统运行可靠；同时互换性好、结构紧凑、便于安装、检查和维护的直流断路器特别是直流断路器核心组件子模块在实际应用中显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流断路器用子模块，用以解决现有技术中的中高压直流断路器子模块结构复杂、电气元器件没有集中安装导致占用空间大的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种直流断路器用子模块，包括两个阀段组件和两个电容组件及用于安装电容组件和阀段组件的绝缘安装底座；所述阀段组件包括用于沿轴向固定夹紧安装IGBT器件的两个端板和用于对两个端板及端板之间的器件进行夹紧固定的夹紧组件；两个电容组件平行设置在绝缘安装底座的一端，两个阀段组件分别为上阀段组件和下阀段组件，下阀段组件夹紧方向水平的设置在绝缘安装底座的另一端并与电容组件相邻，上阀段组件夹紧方向水平的设置在下阀段组件的上方。

本发明的直流断路器用子模块包括两个阀段组件和两个电容组件及用于安装电容组件和阀段组件的绝缘安装底座，两个电容组件平行设置在绝缘安装底座的一端，两个阀段组件分别为上阀段组件和下阀段组件，下阀段组件夹紧方向水平的设置在绝缘安装底座的另一端并与电容组件相邻，上阀段组件夹紧方向水平的设置在下阀段组件的上方。两个阀段组件上下堆叠设置，结构紧凑，占用空间小；两个阀段组件整体架构相同，通用性强，互换性好，维护方便快捷，适合生产线流水作业；阀段组件通过两侧端板和夹紧组件进行固定安装，便于拆卸、安装、检查和维护；各个电气元器件集中安装使直流断路器子模块的整体占用空间小。

进一步地，所述下阀段组件的两个端板分别通过两个平行设置的绝缘支撑板对应支撑上阀段组件的两个端板。

通过两个绝缘支撑板将两个阀段组件上下堆叠放置，可以使两个阀段组件之间形成用于安装其他器件的安装空间，增大了阀段组件整体的纵向的安装空间。

进一步地，所述下阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在下阀段组件和上阀段组件中间；所述上阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在上阀段组件上方。

将下阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在下阀段组件和上阀段组件中间，将上阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在上阀段组件上方，便于二次线连接，减少二次线过长受到干扰，同时减小了直流断路器用子模块横向的占用空间。

进一步地，所述控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源置分别与对应阀段组件中的用于对IGBT器件散热的散热器固定连接。

将控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源置分别与对应阀段组件中的用于对IGBT器件散热的散热器固定连接，在增加散热性同时，还可以防止控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源置对IGBT组件造成损坏。

进一步地，所述电容组件上方设置有二极管和电阻及用于安装二极管和电阻的固定安装耳，所述二极管和电阻分别通过二极管支撑板和电阻支撑板固定在对应的固定安装耳上。

在电容组件上方设置二极管和电阻及用于安装二极管和电阻的固定安装耳，二极管和电阻分别通过二极管支撑板和电阻支撑板固定在对应的固定安装耳上，安装方式简单、可靠、便捷，同时不占用过多的空间。

进一步地，上阀段组件和下阀段组件分别与对应的电容组件通过叠层母排实现电气连接。

叠层母排具有优良的电气性能，低阻抗，抗干扰，可靠性好，提高空间利用率，节省空间的特点，同时可将电气元件集成安装，节省空间，装配简洁，实现了直流断路器子模块的结构紧凑化。

进一步地，所述绝缘安装底座包括平行设置的两根纵梁，在所述纵梁的上端面及其相对的下端面均设置有一定宽度的外翻边，在纵梁的上端面和下端面之间还设置有若干个用于增加爬电距离的凸起。

绝缘安装底座包括平行设置的两根纵梁，通过在绝缘安装底座的两根纵梁的上下端面之间设置若干个用于增加爬电距离的凸起，起到固定作用同时满足对地电气距离要求。

进一步地，还包括电容支撑板，所述电容支撑板横跨两个纵梁并分别与两个纵梁的外翻边固定，所述电容组件螺栓固定在电容支撑板上。

电容支撑板横跨两个纵梁并分别与两个纵梁的外翻边固定，电容组件螺栓固定在电容支撑板上，电容支撑板起到固定作用。

进一步地，上阀段组件和下阀段组件分别对应的端板之间通过碟簧单元依次将第一散热器、第一IGBT器件、第二散热器、第二IGBT器件、第三散热器、导入套和阀段压盘按照预定的压力压接在一起。

附图说明

图1是为本发明的子模块布置图；

图2是本发明的子模块单阀段组件正面示意图；

图3是本发明的子模块单阀段组件背面示意图；

图4是本发明的子模块电容组件示意图；

图中：1、阀组件；101、端板；111、连接杆；112、支撑螺柱；121、绝缘板；131、支撑柱；141、控制机箱；151、TCE板；161、低压电源；171、IGBT器件；181、碟簧单元；182、导入套；183、阀段球头；184、阀段压盘；191、散热器；2、叠层母排；3、支撑绝缘梁；4、绝缘支撑板；5、电容组件；6、二极管，61、二极管支撑板；7、电阻；71、电阻支撑板；8、电容支撑板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

一种直流断路器用子模块实施例：

如图1所示的一种直流断路器用子模块，包括阀组件1和两个电容组件5及用于安装电容组件5和阀组件1的绝缘安装底座；绝缘安装底座包括平行设置的两根“王”字支撑绝缘梁3(纵梁)，在每根支撑绝缘梁3的上端面及其相对的下端面均设置有一定宽度的外翻边，在支撑绝缘梁3的上端面和下端面之间还设置有若干个用于增加爬电距离的凸起；两个电容组件5平行设置在两根“王”字支撑绝缘梁3的一端；直流断路器子模块核心器件为阀组件1，阀组件1包括上阀段组件和下阀段组件，上阀段组件和下阀段组件分别包括用于沿轴向固定夹紧安装IGBT器件的两个端板101，两个阀段组件均采用堆叠放置，下阀段组件的两个端板101分别通过两个平行设置的绝缘支撑板4对应支撑上阀段组件的两个端板101；下阀段组件夹紧方向水平的固定在两根“王”字支撑绝缘梁3的另一端并与电容组件5相邻，不仅起到固定作用，还能满足对地电气距离要求，上阀段组件夹紧方向水平的设置在下阀段组件的上方；上下阀段组件结构相同，可实现互换和通用。两个电容组件5是通过电容支撑板8固定在“王”字支撑绝缘梁3上，电容支撑板8横跨两个“王”字支撑绝缘梁3并分别与两个“王”字支撑绝缘梁3的外翻边固定，两个电容组件5螺栓固定在电容支撑板8上，电容组件5也有电气距离的要求。上阀段组件和下阀段组件分别与对应的电容组件5通过叠层母排2实现电气连接，叠层母排2采用两层两极端子设计，叠层母排2具有优良的电气性能、低阻抗、抗干扰、可靠性好、提高空间利用率、节省空间的特点。

图2为子模块单阀段组件，两个阀段组件均包括用于沿轴向固定夹紧安装IGBT器件的两个端板101和用于对两个端板101及端板101之间的器件进行夹紧固定的连接杆111(夹紧组件)，两者组成阀段组件的基础框架，散热器191和IGBT器件171压接时需要对IGBT器件相对散热器191的压接位置进行定位，压接采用机械结构形式实现，端板101中间开设有通孔，连接杆111的两端还设置有支撑螺柱112，碟簧单元181、导入套182、阀段球头183与其同轴，通过螺帽给其支撑螺柱112预紧力，碟簧单元181产生弹力，预紧力矩按照IGBT器件171所要求的大小后停止加力，碟簧单元181产生形变。阀段组件还包括分别设置在两侧的两个连接杆111之间的用于导向绝缘板121，实现固定在散热器191上的支撑柱131沿绝缘板121单向滑动。因IGBT器件171和散热器191之间有电压差，连接杆111上还套设有绝缘材质的绝缘管，其有电气耐压要求。阀段压盘184为绝缘材料，其性能比金属材料软，起到打压时的缓冲作用。散热器191既作为阀段的压接件，又作为导体连接IGBT器件171的一极，本实施例中的散热器191为自然冷却方式，不同功率等级大小可根据热损耗，调整为水冷方式的散热结构，散热器191因固定孔不同，本实施例中的散热器191采用不同型号的两种结构型式，但材质相同；IGBT器件171可拆卸安装于两个散热器191之间，IGBT器件171数量为多个，散热器191的数量也可为多个，多个IGBT器件171平行间隔压接设置，多个散热器191重叠压接设置，每个IGBT器件171设置于相邻两个散热器之间。每个IGBT器件的正极与另一个相邻IGBT器件的负极相对设置，以形成反串联电气结构。具体地，如图2所示，本实施例中阀段组件包括3个散热器和2个IGBT器件，阀段组件的端板101之间通过碟簧单元181依次将第一散热器、第一IGBT器件、第二散热器、第二IGBT器件、第三散热器、导入套182和阀段压盘184按照预定的压力压接在一起，第一IGBT器件的正极与第二IGBT器件的负极相对设置。

下阀段组件的控制机箱141、TCE板151(晶闸管控制单元板)和低压电源161设置在下阀段组件和上阀段组件中间；上阀段组件的控制机箱141、TCE板151和低压电源161设置在上阀段组件上方；如图3所示为子模块单阀段组件，低压电源161、控制机箱141和TCE板151就近放置在对应阀段组件上方的散热器191上固定，便于二次线连接，减少控制信号因二次线过长受到干扰。控制机箱141基于电磁仿真进行结构设计，通过合理的电器件选型电磁屏蔽结构设计，合理布局结构，消除高频电磁干扰。低压电源161为控制机箱141及TCE板151提供电源支持。TCE板151设计通过电磁场仿真分析，选择铝合金材料压铸工艺和全封闭金属壳体结构及屏蔽措施，确保TCE板151的电磁兼容性能达到规定的要求。

如图4所示，在电容组件5上方设置有固定安装耳，二极管支撑板61、电阻支撑板71分别对应固定在电容组件5上部的安装耳上，简单、可靠、便捷。二极管6和电阻7分别对应放置在其二极管支撑板61和电阻支撑板71上，整体采用电缆连接。

Claims (9)

1.一种直流断路器用子模块，其特征在于，包括两个阀段组件和两个电容组件及用于安装电容组件和阀段组件的绝缘安装底座；所述阀段组件包括用于沿轴向固定夹紧安装IGBT器件的两个端板和用于对两个端板及端板之间的器件进行夹紧固定的夹紧组件；两个电容组件平行设置在绝缘安装底座的一端，两个阀段组件分别为上阀段组件和下阀段组件，下阀段组件夹紧方向水平的设置在绝缘安装底座的另一端并与电容组件相邻，上阀段组件夹紧方向水平的设置在下阀段组件的上方。

2.根据权利要求1所述的直流断路器用子模块，其特征在于，所述下阀段组件的两个端板分别通过两个平行设置的绝缘支撑板对应支撑上阀段组件的两个端板。

3.根据权利要求2所述的直流断路器用子模块，其特征在于，所述下阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在下阀段组件和上阀段组件中间；所述上阀段组件的控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源设置在上阀段组件上方。

4.权利要求3所述的直流断路器用子模块，其特征在于，所述控制机箱、晶闸管控制单元板和低压电源置分别与对应阀段组件中的用于对IGBT器件散热的散热器固定连接。

5.根据权利要求1所述的直流断路器用子模块，其特征在于，所述电容组件上方设置有二极管和电阻及用于安装二极管和电阻的固定安装耳，所述二极管和电阻分别通过二极管支撑板和电阻支撑板固定在对应的固定安装耳上。

6.根据权利要求1所述的直流断路器用子模块，其特征在于，上阀段组件和下阀段组件分别与对应的电容组件通过叠层母排实现电气连接。

7.根据权利要求1～6任一项所述的直流断路器用子模块，其特征在于，所述绝缘安装底座包括平行设置的两根纵梁，在所述纵梁的上端面及其相对的下端面均设置有一定宽度的外翻边，在纵梁的上端面和下端面之间还设置有若干个用于增加爬电距离的凸起。

8.根据权利要求7所述的直流断路器用子模块，其特征在于，还包括电容支撑板，所述电容支撑板横跨两个纵梁并分别与两个纵梁的外翻边固定，所述电容组件螺栓固定在电容支撑板上。

9.根据权利要求1～6任一项所述的直流断路器用子模块，其特征在于，上阀段组件和下阀段组件分别对应的端板之间通过碟簧单元依次将第一散热器、第一IGBT器件、第二散热器、第二IGBT器件、第三散热器、导入套和阀段压盘按照预定的压力压接在一起。