CN213906567U - 一种27.5kV/10kV净化电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种27.5kV/10kV净化电源装置。对比接触网供电质量与铁路站点常用用电设备供电要求，借鉴国内外已有的从接触网取电的做法，提出一种净化电源装置。装置采用直接“高‑高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，采用多脉波全控整流、级联型的硬件拓扑，并配备先进的能量回馈与输出双闭环控制等技术，可在输入电压谐波较大、电源波动范围较大、电压波峰系数较高的条件下可靠运行，输出稳态和动态指标满足用电设备要求。本装置可方便地替代10kV自闭线成为铁路自动闭塞区段的主供或备供电源可提高负载使用寿命20年，极大地节省电力贯通线的建设与运营费用，从而大大节省铁路电力基础建设投资。

Description

一种27.5kV/10kV净化电源装置

技术领域

本实用新型设计一种27.5kV/10kV净化电源装置，属于铁路交通和电力电子变换控制领域。

背景技术

针对我国在电气化铁路建设的发展，我国铁路电力供电对可靠性和安全性的要求一般高于其他国家，接触网取电供电方案较少采用。早期利用接触网电源作为信号等负荷的备用电源装置，由于没有进行净化处理，运行中经常发生烧坏负荷的事故，国内有采用交直交净化的类似装置，但均无相关成套技术标准或经过有关部门的检测。鉴于以上情况，本实用新型设计一种27.5kV/10kV净化电源装置，采用多脉波全控整流、级联型的硬件拓扑，并配备先进的能量回馈与输出双闭环控制等技术，具有输入适应性好、输出稳定、可靠性高、安保系统完善、维护简单等技术特点；有效地抑制电网和各种噪声和尖峰干扰，可方便地替代 10kV自闭线成为铁路自动闭塞区段的主供或备供电源。

发明内容

本实用新型的目的在于有效地抑制电网和各种噪声和尖峰干扰，可方便地替代10kV自闭线成为铁路自动闭塞区段的主供或备供电源；将电气化铁路 27.5kV接触网牵引供电系统的单相电源经降压、整流、滤波、逆变后，输出高质量、高可靠性的单相及三相四线制正弦交流电源；本实用新型设计一种 27.5kV/10kV净化电源装置。

为实现所述效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种 27.5kV/10kV净化电源装置。其中包括：高压进线柜、旁路柜、滤波器柜、变压器柜、模块柜、控制柜、冷却风机；所述控制柜包括主控箱、PLC板、触摸屏、开关电源、继电器板等部分；所述高压进线柜与旁路柜连接；所述旁路柜与滤波器柜连接；所述滤波器柜与变压器柜连接；所述变压器柜与模块柜连接；所述模块柜与控制柜连接；所述模块柜和控制柜与冷却风机连接。

所述滤波器柜中电容器采用金属化膜自愈式交流滤波电容器，外壳为无磁不锈钢，滤波电抗器采用特殊定制的磁芯电抗器；滤波器的设计，主要依据滤波器的输入参数和电源系统对滤波器输出品质的要求，通过仿真技术来选择滤波电抗器和电容器的参数。

所述控制柜中主控箱核心控制部分采用标准机箱的插拔式结构，内部连线均采用连接器实现插卡式互连，内部板卡采用大规模集成电路和表面焊接技术。

所述控制柜中触摸屏部分选用知名品牌威纶，厂家采用世界先进的仪器设备，运用标准化作业程序执行管制，与国际标准同步，通过国际知名认证公司 SGS的9001-2000验证。

本实用新型的创新点在于采用IGBT高频开关、数字分频、数字锁相、波形瞬时值反馈等先进技术，将电气化铁路27.5kV接触网牵引供电系统的单相电源经降压、整流、滤波、逆变后，输出高质量、高可靠性的单相及三相四线制正弦交流电源；系统按模块化设计，设备的容量可达到25000kVA。

本实用新型所述电源的控制电路由单片机系统为核心，可完成系统的集中监控、电压波形控制、移相控制、逆变控制、输出监测、故障检测保护等任务。

本实用新型所述变压器柜及模块柜顶部配置优质离心冷却风机，在装置运行后自动运行(亦可根据设定温度进行启停)，从而对发热器件进行强制风冷。

本实用新型的技术特点在于可通过相应调整，兼容现场其他供电系统，形成双回路供电；具有设定调相功能，在不改动输出接线的情况下可通过设定更改输出三相的相位关系；功率单元具备故障自动旁路功能；可接受和输出4～ 20mA/0～5V工业标准信号；内置PID调节器，可开环运行，可闭环运行。

本实用新型的操作优势在于采用DSP+FPGA微机控制系统；装置预留 RS485通讯接口，能够与变电所内其他设备组网通讯，实现远程控制、保护、测量等功能；装置与外部连接报警、跳闸信号。

本实用新型设计基本保护功能，包括过电压保护、欠压保护、过电流保护、过热保护、光纤故障保护。

附图说明

图1为本实用新型一种27.5kV/10kV净化电源装置的总体结构示意图。

图1包括：(1)高压进线柜、(2)旁路柜、(3)滤波器柜、(4)变压器柜、(5)模块柜、(6)控制柜。

图2为功率单元原理图

图3为滤波器原理图

具体实施方式

下面结合附图对本使用新型作进一步说明。

参阅图1为本实用新型一种27.5kV/10kV净化电源装置，包括：(1)高压进线柜、(2)旁路柜、(3)滤波器柜、(4)变压器柜、(5)模块柜、(6) 控制柜、(6-1)主控箱、(6-2)PLC板、(6-3)触摸屏、(6-4)开关电源、 (6-5)继电器板等部分；所述高压进线柜(1)与旁路柜(2)连接；所述旁路柜(2)与滤波器柜(3)连接；所述滤波器柜(3)与变压器柜(4)连接；所述变压器柜(4)与模块柜(5)连接；所述模块柜(5)与控制柜(6)连接；所述模块柜(5)和控制柜(6)与冷却风机(7)连接。

高压进线柜(1)装置配置上电限流功能，以极可能减小主电源合闸时变压器励磁涌流和功率单元电容充电涌流对网侧带来的电流冲击。

旁路柜(2)装置配备有旁路切换开关，以保证在本装置严重故障的情况下，仍能应急正常供电。因现场具有备用回路的10kV供电系统，设计的电源变换系统中提供旁路接触器进行切换，以便维护时亦可对用电设备提供电源。

滤波器柜(3)装置系统输出特别增加了输出滤波器，可向后级提供高质量的供电电源，避免对后级用电设备的影响。

变压器柜(4)装置主要包括为功率单元供电的移相变压器，输入侧的电压、电流检测器件，以及温度检测器件温控器。变压器置于集装箱内部，副边为 36组相互隔离的绕组以及1组控制电源(380或220V)绕组。

模块柜(5)装置柜内主要对功率单元进行组合，每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给后级供电，对每个单元的PWM波形进行重组。

控制柜(6)装置由主控箱、PLC板、触摸屏、开关电源、继电器板、空气开关、控制电双回路供电系统、自主开发的不间断二次电源系统等部分组成。

冷却风机(7)装置配置在变压器柜及模块柜顶部在装置运行后自动运行 (亦可根据设定温度进行启停)，从而对发热器件进行强制风冷。风机大小和个数根据功率大小进行配置。

本实用新型的基本工作原理如下：27.5kV/10kV净化电源装置采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，由各组低压叠加而产生需要的高压输出，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，加入特别设计的输出滤波器，输出电压谐波畸变小于2％。装置变压器的原边为10kV供电电源，而二次侧输出36组(每相12组)690V交流电源。经单相整流及单相逆变，每相12个单元级联成更逼近正弦的相电压。而级联单元后级配置的滤波器，使得输出电源的品质更高，适应不同的负载状况。设计的相应余量满足输出电源品质的同时，避免输入电压波动对输出电压的影响。

Claims (5)

1.一种27.5kV/10kV净化电源装置，其特征在于：包括高压进线柜(1)、旁路柜(2)、滤波器柜(3)、变压器柜(4)、模块柜(5)、控制柜(6)；所述高压进线柜(1)与旁路柜(2)连接；所述旁路柜(2)与滤波器柜(3)连接；所述滤波器柜(3)与变压器柜(4)连接；所述变压器柜(4)与模块柜(5)连接；所述模块柜(5)与控制柜(6)连接；所述模块柜(5)和控制柜(6)与冷却风机(7)连接；所述控制柜(6)包括主控箱(6-1)、PLC板(6-2)、触摸屏(6-3)、开关电源(6-4)、继电器板(6-5)。

2.根据权利要求1所述的一种27.5kV/10kV净化电源装置，其特征在于：所述滤波器柜(3)中电容器采用金属化膜自愈式交流滤波电容器，外壳为无磁不锈钢，使用寿命大于100000h，容量偏差≤5％；滤波电抗器采用磁芯电抗器，绝缘等级为H级电感量偏差≤5％。

3.根据权利要求1所述的一种27.5kV/10kV净化电源装置，其特征在于：所述模块柜(5)柜内主要对功率单元进行组合，每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给后级供电，对每个单元的PWM波形进行重组。

4.根据权利要求1所述的一种27.5kV/10kV净化电源装置，其特征在于：所述控制柜(6)中主控箱(6-1)核心控制部分采用标准机箱的插拔式结构，内部连线均采用连接器实现插卡式互连，内部板卡采用大规模集成电路和表面焊接技术。

5.根据权利要求1所述的一种27.5kV/10kV净化电源装置，其特征在于：所述高压进线柜(1)、旁路柜(2)、滤波器柜(3)、变压器柜(4)、模块柜(5)、控制柜(6)采用双层、密封、防腐蚀、隔温结构；具有抗风、防沙尘功能，内设驱潮装置，保证内部元件不发生凝露；柜体有专用接地导体与接地网相连接，并有明显的接地标志，保证接地回路可靠连接。

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