CN216532121U - 一种直流电弧炉柔性电源装置结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直流电弧炉柔性电源装置结构，包括整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜；四种柜体从左至右并柜连接，固定在同一个槽钢底座上；还包括主进水管和主回水管，主进水管和主回水管贯穿整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜的底部，通过二级管路和三级管路连接至整流柜、斩波柜、电抗器柜中的发热器件。能够用于额定电压1kV、额定电流20kA、容量为20MW‑200MW级直流电弧炉柔性电源装置结构设计，该装置为柜体式，将每种功能单元集成在柜体中，再将所有柜体并柜紧固在同一个底座上，集成为电源装置。主回路采用母排连接，柜内有水冷管道，主要发热器件水冷散热，满足相应电气及机械标准。

Description

一种直流电弧炉柔性电源装置结构

技术领域

本实用新型涉及直流电弧炉电源技术领域，特别涉及一种直流电弧炉柔性电源装置结构。

背景技术

目前，在电炉炼钢的发展过程中，超高功率三相交流电炉使电炉炼钢生产获得很大发展，电炉炼钢产量达到世界总量的40％，但随着交流电炉容量和功率水平的大幅提高，也带来了一些问题，即大功率交流电弧稳定性差，对电网冲击较大，有较大的噪音污染等问题。而直流电弧炉具有电弧稳定，噪音小、电极消耗低等诸多优点，在工业发达国家获得迅猛的发展，尤其是大容量(70-150t)超高功率直流电炉。20MW以上直流电弧炉电源装置的结构设计种类较单一，因需要产生的电流很大，很多为开放式结构。炼钢工厂、稀有金属工厂又多处在金属粉尘、高温等极恶劣环境之中，极大的威胁着设备的安全性及使用寿命；直流电弧炉电源装置主回路元器件间的母线电流很大，会产生很强的磁场，开放式结构，会影响其它控制设备的运行。为了更好的提高20MW级以上直流电弧炉电源装置的使用寿命及安全性能，避免外部环境对电源设备的危害，以及减少直流电弧炉电源装置的电磁辐射对其它设备的干扰，同时满足客户易于升级改造扩容的需求，需要一种新型的结构设计来解决以上问题。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种直流电弧炉柔性电源装置结构，能够用于额定电压1kV、额定电流20kA、容量为20MW-200MW级直流电弧炉柔性电源装置结构设计，该装置为柜体式，将每种功能单元集成在柜体中，再将所有柜体并柜紧固在同一个底座上，集成为电源装置。主回路采用母排连接，柜内有水冷管道，主要发热器件水冷散热，满足相应电气及机械标准。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种直流电弧炉柔性电源装置结构，包括整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜；四种柜体从左至右并柜连接，固定在同一个槽钢底座上；还包括主进水管和主回水管，主进水管和主回水管贯穿整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜的底部，通过二级管路和三级管路连接至整流柜、斩波柜、电抗器柜中的发热器件。

进一步地，所述的温湿度调节机柜中安装有压缩机和离心风机，离心风机将压缩机的出口冷风通过风道分别输送给整流柜、斩波柜和电抗器柜。主进水管和主回水管还连接至温湿度调节机柜中的压缩机。

进一步地，还包括输入母排和输出母排，输入母排连接至整流柜的整流模块，整流模块再通过连接母排依次连接斩波柜的斩波模块和电抗器柜的输出电抗器后连接至输出母排；输入母排包括三相交流输入母排，输出母排包括直流正、负极母排，输入母排和输出母排在柜体上端的部分由母排封闭罩封闭。

进一步地，所述的输入母排、输出母排均为水冷母排。

进一步地，所述的整流柜中安装有整流模块，整流模块中的二极管为水冷散热。

进一步地，所述的斩波柜中安装有斩波模块，斩波模块中的IGBT为水冷散热。

进一步地，所述的电抗器柜中安装有输出电抗器，输出电抗器为水冷散热式电抗器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)柜体式结构，可以有效的屏蔽磁场，减少磁场对其它设备的不利影响；柜体式结构，可以隔绝周围环境的粉尘等不利因素，提高设备的使用寿命；还可以有效防止事故发生，提高安全性能；

2)柜体内主要发热器件均为水冷散热，尤其主母排与温湿度调节机柜采用水冷方式，极大提高母排的载流能力和温湿度调节机的工作能力；

3)为电源装置设计一个温湿度调节机柜，用来控制整流柜、斩波柜及电抗器柜内的温度及湿度，使电源装置和外部环境间减少相互的不利影响，可以使设备有更广阔的使用范围；

4)所有柜体安装在同一个槽钢底座上，集成为电源装置的一个功率组，易于运输及现场的安装；如果有超过20MW容量的需求时，可根据具体情况实行若干个功率组并联,为客户提供多层次需求的快速解决方案。

附图说明

图1为本实用新型的电源装置的一个功率组整机示意图；

图2为本实用新型的主要模块布局示意图；

图3为本实用新型的管路布局示意图；

图4为本实用新型的连接母排、铜排布局示意图；

图5为本实用新型的输入、输出母排封闭罩示意图；

图6为现有技术的水冷母排结构示意图；

图7为本实用新型的密封胶条位置示意图。

图中：1-整流柜2-斩波柜3-电抗器柜4-温湿度调节机柜5-底座6-风道7-A相输入母排8-B相输入母排9-C相输入母排10-负极主输出母排11-正极主输出母排12-负极整流模块13-正极整流模块14-正极母排Ⅰ15-熔断器Ⅰ16-斩波模块17-熔断器Ⅱ18-电流传感器19-铜棒20-水冷电抗器Ⅱ(输出端电抗器)21-压缩机22-离心风机23-水冷电抗器Ⅰ(输入端电抗器)24-主回水管25-主进水管26-二级管路27-三级管路28-A相连接铜排29-B相连接铜排30-C相连接铜排31-负极母排Ⅰ32-水冷电抗器连接铜排33-斩波模块正极连接铜排34-负极母排Ⅱ35-连接铜排组36-正极母排Ⅱ37-吊杆38-母排封闭罩39-母排的水冷通道40-密封胶条。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种直流电弧炉柔性电源装置结构，包括整流柜1、斩波柜2、电抗器柜3、温湿度调节机柜4；四种柜体从左至右并柜连接，固定在同一个槽钢底座5上。

如图2所示，所述的整流柜1中安装有负极整流模块12和正极整流模块13，负极整流模块12和正极整流模块13和中的二极管为水冷散热。所述的斩波柜2中安装有斩波模块16，斩波模块16中的IGBT为水冷散热。所述的电抗器柜3中安装有水冷电抗器Ⅱ(输出端电抗器)20，输出电抗器20为水冷散热式电抗器。所述的温湿度调节机柜4中安装有压缩机21和离心风机22，离心风机22将压缩机21的出口冷风通过风道6分别输送给整流柜1、斩波柜2和电抗器柜3。

如图3所示，还包括主进水管25和主回水管24，主进水管25和主回水管24贯穿整流柜1、斩波柜2、电抗器柜3、温湿度调节机柜4的底部，通过二级管路26和三级管路27连接至整流柜1、斩波柜2、电抗器柜3中发热器件中。主进水管25和主回水管24还连接至温湿度调节机柜4中的压缩机21。主进水管25和主回水管24与外部的水冷系统连接，水冷系统可并柜在整流柜1的左侧，或放置在其它位置。

如图1、4所示，还包括输入母排和输出母排，输入母排包括三相交流输入母排：A相输入母排7、B相输入母排8和C相输入母排9，输出母排包括直流正、负极母排：正极主输出母排11和负极主输出母排10。输入母排连接至整流柜1的负极整流模块12和正极整流模块13，再通过连接母排依次连接斩波柜2的斩波模块16和电抗器柜3的输出电抗器20后连接至输出母排。形成整体的电气连接回路(直流电弧炉柔性电源的电气原理部分是现有技术，这里仅做母排结构连接的关系描述)。

如图5所示，输入母排和输出母排在柜体上端的部分由母排封闭罩38封闭。

如图6所示，所述的输入母排、输出母排以及连接母排均为水冷母排。水冷母排为现有技术，图6给出了现有技术中水冷母排的水道39示意图，水冷母排的水道39通过水冷管道连接至水冷系统。

以下为本实用新型的详细结构说明：

整流柜1柜顶处相邻布置A相输入母排7、B相输入母排8和C相输入母排9，3个负极整流模块12和3个正极整流模块13由上至下布置3层，负极整流模块12布置在柜后，正极整流模块13布置在柜前。A相连接铜排28同时连接最底层的负极整流模块12和正极整流模块13，B相连接铜排29同时连接最顶层的负极整流模块12和正极整流模块13，C相连接铜排30同时连接中间层的负极整流模块12和正极整流模块13。3个负极整流模块12的铜排直接与负极母排Ⅰ31相连接，连接铜排组35将输出母排Ⅰ31和负极母排Ⅱ34相连接，与连接铜排组35相连接的负极主输出母排10可通过电缆或者母排连接至直流电弧炉的负极。以上为电源装置的负极输出电气回路连接概述。

3个正极整流模块13的铜排直接与正极母排Ⅰ14相连接，水冷电抗器Ⅰ(输入电抗器)23的一端铜排与熔断器Ⅰ连接后紧固到正极母排Ⅰ14上，水冷电抗器Ⅰ(输入端电抗器)23的另一端铜排与水冷电抗器连接铜排32连接后再与斩波模块正极连接铜排33连接，紧固到斩波模块16的正极铜排上。斩波模块16的另一输出端先连接熔断器Ⅱ17，再通过铜棒19穿过电流传感器18，连接到水冷电抗器Ⅱ(输出电抗器)20的铜排输入端，水冷电抗器Ⅱ(输出电抗器)20的铜排输出端通过铜排连接到正极母排Ⅱ36上，与正极母排Ⅱ36相连接的正极主输出母排11可通过电缆或者母排连接至直流电弧炉的正极。以上为电源装置的正极输出电气回路连接概述。

本实用新型的电源装置的主要发热器件均为水冷散热，包括整流二极管、IGBT、电抗器、主母排等。其中水冷母排包括A相输入母排7、B相输入母排8、C相输入母排9、正极母排Ⅰ14、正极母排Ⅱ36、负极母排Ⅰ31、负极母排Ⅱ34。水冷母排规格为240mm×45mm、240mm×30mm、300mm×30mm三种，材质为6063-T5。由水冷系统通过主进水管25给二级管路26和三级管路27供水，管路之间采用法兰和活接头形式固定管路，此部分管路主要给整流二极管、IGBT、水冷电抗器和水冷母排供水，升温后的水再通过主回水管24流回水冷系统进行冷热交换。温湿度调节机柜4的管路与上述管路采用并联形式，当整流柜1、斩波柜2和电抗器柜3温度达到警戒温度时，温湿度调节机柜4中的压缩机21开始工作，离心风机22将冷风通过风道6分别输送给整流柜1、斩波柜2和电抗器柜3。

所述的电源装置防护等级按照IP54设计，附图5可看出在主母排输入、输出处可做全封闭钣金结构件母排封闭罩38，可根据工厂的布置调整封闭罩的路由，母排封闭罩38与柜体的接口处使用密封胶条做密封处理。温湿度调节机柜4的侧板底部开有进风口，此进风口与电抗器柜3相通，电抗器柜3与整流柜1、斩波柜2均有通风孔，此种设计形成了整个电源装置的风冷内循环系统。如图7所示，风道6的法兰接口处、柜体门框与前门板、后封板接口处还设置有密封胶条40，此种结构设计不仅摒弃掉了传统的柜顶设置风机散热的低防护等级结构设计，而且还大大提升了整个电源装置柜体的防护等级。由于电弧炉运行会产生极大的电流，同时产生强磁场，严密的结构形式增强了整个电源装置自身的抗电磁干扰能力，同时大幅度的降低了整个功率对其它电气设备的电磁干扰。

所述的电源装置柜体与柜体之间通过并柜孔，使用并柜螺栓将2个柜体牢牢紧固在一起，电源装置所有柜体坐落在底座5之上，同样使用底脚螺栓将柜体和底座牢牢紧固在一起。底座5有4处吊杆37，使用时将紧固螺栓拆下拔出，将吊带或吊具缠绕在吊杆之上将整个电源装置转运、安装。

所述电源装置的一个功率组容量为20MW，扩容至两个功率组容量便为40MW，以此类推可扩容至200MW级。高防护等级的结构设计提高了设备的使用寿命，同时也提升了电磁兼容能力、设备的可靠性，水冷散热和温湿度调节机柜4的冷却特性大大提升了设备的运行稳定性。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (7)

1.一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，包括整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜；四种柜体从左至右并柜连接，固定在同一个槽钢底座上；还包括主进水管和主回水管，主进水管和主回水管贯穿整流柜、斩波柜、电抗器柜、温湿度调节机柜的底部，通过二级管路和三级管路连接至整流柜、斩波柜、电抗器柜中的发热器件。

2.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，所述的温湿度调节机柜中安装有压缩机和离心风机，离心风机将压缩机的出口冷风通过风道分别输送给整流柜、斩波柜和电抗器柜；主进水管和主回水管还连接至温湿度调节机柜中的压缩机。

3.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，还包括输入母排和输出母排，输入母排连接至整流柜的整流模块，整流模块再通过连接母排依次连接斩波柜的斩波模块和电抗器柜的输出电抗器后连接至输出母排；输入母排包括三相交流输入母排，输出母排包括直流正、负极母排，输入母排和输出母排在柜体上端的部分由母排封闭罩封闭。

4.根据权利要求3所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，所述的输入母排、输出母排均为水冷母排。

5.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，所述的整流柜中安装有整流模块，整流模块中的二极管为水冷散热。

6.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，所述的斩波柜中安装有斩波模块，斩波模块中的IGBT为水冷散热。

7.根据权利要求1所述的一种直流电弧炉柔性电源装置结构，其特征在于，所述的电抗器柜中安装有输出电抗器，输出电抗器为水冷散热式电抗器。

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