CN112350548B - 一种变流器机组及其变流器单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流器机组及其变流器单元，其中，变流器单元包括：柜体框架；所述柜体框架设有用于同相邻的所述柜体框架并排配合的对接结构。在本方案中，基于柜体框架的对接结构，以便于使得柜体框架(变流器单元)与相邻的柜体框架(变流器单元)形成两两并排连接，从而有助于实现了快速扩展搭建变流器机组，不仅达到了模块化、通用化和平台化的应用要求，而且也满足各铁路牵引变电所不同的供电需求。

Description

一种变流器机组及其变流器单元

技术领域

本发明涉及铁路牵引供电变流器技术领域，特别涉及一种变流器机组及其变流器单元。

背景技术

铁路牵引变电所由于两供电臂的电压相位不同，需要设置例如柔性地面自动过分相装置等过分相设备，以使作为单相负载的电力机车适配三相供电电力***。同时，针对供电***存在的电能质量、供电能力保障和制动能量有效利用等问题，铁路牵引变电所也会应用到例如同相供电装置、铁路功率调节器和再生制动能量利用装置等铁路牵引供电装置。

变流器机组作为柔性地面自动过分相装置、同相供电装置、铁路功率调节器和再生制动能量利用装置等铁路牵引供电装置中的核心功能单元，其传统解决方案是针对各铁路牵引变电所不同的供电容量需求，定制化设计开发前述各种供电装置的整体组装成型化变流器机组。

但传统解决方案存在变流器机组功率容量配置不灵活，整体组装成型导致体积过大、运输安装场景受限，以及无法模块化、通用化和平台化应用等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种变流器机组及其变流器单元，能够有助于实现了快速扩展搭建变流器机组，不仅达到了模块化、通用化和平台化的应用要求，而且也满足各铁路牵引变电所不同的供电需求。

本发明还提供了一种应用上述变流器单元的变流器机组。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变流器单元，包括：柜体框架；所述柜体框架设有用于同相邻的所述柜体框架并排配合的对接结构。

优选地，所述对接结构为设置于所述柜体框架的若干个并柜接口。

优选地，所述柜体框架包括：中间框架和侧边框架；

所述中间框架的对接结构为八个并柜接口，八个所述并柜接口一一对应分布于所述中间框架的八个边角，且一侧四个所述并柜接口与相邻的所述中间框架或所述侧边框架配合，另一侧四个所述并柜接口与另一相邻的所述中间框架或所述侧边框架配合；

所述侧边框架的对接结构为四个并柜接口，四个所述并柜接口一一对应分布于所述侧边框架同一内侧的四个边角，且与相邻的所述中间框架配合。

优选地，所述柜体框架设有用于同相邻的所述柜体框架并排配合的密封结构；

所述密封结构包括：分别设置于所述柜体框架左右端的端面的密封圈。

优选地，所述柜体框架设有用于同相邻的所述柜体框架并排配合的间隔结构。

优选地，还包括：设置于所述柜体框架内的水冷进出主管；

所述水冷进出主管分布于所述柜体框架的左右两端之间，且所述水冷进出主管至少一端设有管路接头，用于同相邻的所述柜体框架内的水冷进出主管配合。

优选地，还包括：设置于所述柜体框架底部的底架，和设置于所述柜体框架顶部的顶架。

优选地，所述底架设有叉运孔；和/或，所述顶架设有吊装孔。

优选地，还包括：设置于所述柜体框架内的主电路腔、控制回路腔和隔离开关腔；

所述主电路腔位于所述柜体框架左部；所述控制回路腔位于所述柜体框架右部的前上方；所述隔离开关腔位于所述柜体框架右部的后方。

优选地，所述主电路腔包括：主电路腔体，和设置于所述主电路腔体的水冷功率模块、短接接触器、直流支撑电容、复合母排和充放电回路；

所述短接接触器位于所述主电路腔体的底层；所述水冷功率模块位于所述主电路腔体的中层；所述直流支撑电容安装于所述充放电回路与所述复合母排之间，且均位于所述主电路腔体的顶层。

优选地，所述主电路腔还包括：设置于所述主电路腔体内，用于为所述短接接触器、所述直流支撑电容和/或所述复合母排散热的水风换热器。

优选地，还包括：设置于所述柜体框架内，与所述主电路腔体连通的水冷管路腔；所述水冷管路腔位于所述柜体框架右部的前下方。

优选地，所述水冷管路腔包括：水冷管路腔体，和设置于所述水冷管路腔体内的水冷进出主管和供回水支管；所述供回水支管连通于所述水冷进出主管；

所述主电路腔还包括：功率模块水冷软管、充放电回路水冷软管和水风换热器水冷软管；所述功率模块水冷软管连接在所述水冷功率模块与所述供回水支管之间；所述充放电回路水冷软管连接在所述充放电回路与所述供回水支管之间；所述水风换热器水冷软管连接在所述水风换热器与所述供回水支管之间。

优选地，所述隔离开关腔包括：隔离开关腔体，和设置于所述隔离开关腔体内的电动隔离开关、普通母排和输入输出接线端子；

所述输入输出接线端子位于所述隔离开关腔体的底层；所述电动隔离开关位于所述隔离开关腔体的中层；所述普通母排与所述电动隔离开关的接线端相连。

优选地，还包括：设置于所述柜体框架后端的后门板；

所述后门板的左部开设有连通于所述隔离开关腔体的隔离开关腔进风口；

所述隔离开关腔还包括：设置于所述隔离开关腔体内顶部的风机。

一种变流器机组，包括：多个变流器单元，每个所述变流器单元为如上所述的变流器单元；

所述变流器机组还包括：分别与相邻两个对接结构配合，用于将相邻两个柜体框架连接的连接机构。

优选地，所述对接结构为设置于柜体框架的若干个并柜接口；

所述连接机构包括：

分别同相邻两个所述并柜接口搭接配合的L型并柜件；所述并柜接口为L型结构；

分别连接所述L型并柜件与相邻两个所述并柜接口的紧固件。

优选地，多个所述柜体框架依次左右并柜排布；

所述变流器机组还包括：左侧板和右侧板；所述左侧板安装于最左侧所述柜体框架的左端；所述右侧板安装于最右侧所述柜体框架的右端。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的变流器单元中，基于柜体框架的对接结构，以便于使得柜体框架(变流器单元)与相邻的柜体框架(变流器单元)形成两两并排连接，从而有助于实现了快速扩展搭建变流器机组，不仅达到了模块化、通用化和平台化的应用要求，而且也满足各铁路牵引变电所不同的供电需求。

本发明还提供了一种变流器机组，由于采用了上述的变流器单元，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的变流器单元的正面视图；

图2为本发明实施例提供的变流器单元的背面视图；

图3为本发明另一实施例提供的变流器单元的正面视图(隐藏前门板)；

图4为本发明另一实施例提供的变流器单元的背面视图(隐藏后门板)；

图5为本发明实施例提供的变流器单元的左侧面视图(主电路腔内循环风道)；

图6为本发明实施例提供的变流器单元的右侧面视图(隔离开关腔外循环风道)；

图7为本发明实施例提供的L型并柜件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的变流器机组的正面视图；

图9为本发明实施例提供的变流器机组的背面视图。

其中，110为柜体框架，111为并柜接口，120为前门板，121为高压指示灯，122为触摸显示屏，123为指示灯，124为按钮面板，130为后门板，131为隔离开关腔进风口，132为状态观察窗，140为主电路腔，141为充放电回路，142为电压传感器，143为水冷功率模块，144为水冷软管，145为短接接触器，146为直流支撑电容，147为复合母排，148为电流传感器，149为水风换热器，150为控制回路腔，151为控制单元，160为水冷管路腔，161为水冷进出主管，162为供回水支管，170为隔离开关腔，171为电动隔离开关，172为功率电缆，173为输入输出接线端子，174为普通母排，175为风机，176为风机罩；200为顶架，210为吊装孔；300为底架，310为叉运孔；400为L型并柜件，410为第一安装孔，420为第二安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的变流器单元，如图5所示，包括：柜体框架110；柜体框架110设有用于同相邻的柜体框架110并排配合的对接结构。

在本方案中，不难理解的是，本方案基于对接结构，以便于实现了柜体框架110与相邻的柜体框架110的并柜连接。其中，当柜体框架110位于中间位置时，柜体框架110基于对接结构分别与两侧相邻的柜体框架110并排配合；当柜体框架110位于侧边位置时，柜体框架110基于对接结构只与一侧相邻的柜体框架110并排配合。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的变流器单元中，基于柜体框架的对接结构，以便于使得柜体框架(变流器单元)与相邻的柜体框架(变流器单元)形成两两并排连接，从而有助于实现了快速扩展搭建变流器机组，不仅达到了模块化、通用化和平台化的应用要求，而且也满足各铁路牵引变电所不同的供电需求。

在本方案中，为了增大柜体框架110与相邻的柜体框架110的连接面积，以便于提升相邻两个柜体框架110并柜连接的可靠性；相应地，对接结构需分布于柜体框架110的多个端面；相应地，如图5所示，对接结构为设置于柜体框架110的若干个并柜接口111。其中，柜体框架110包括：中间框架和侧边框架(最左侧框架和最右侧框架)；当柜体框架110为中间框架时，对接结构则为设置于中间框架的至少两个并柜接口111，且分别位于中间框架的左右两侧；当柜体框架110为侧边框架时，对接结构则为设置于侧边框架内侧的并柜接口111；

进一步地，为了使得上述柜体框架110获得较好的并柜连接效果；作为优选，中间框架的对接结构为八个并柜接口111，八个并柜接口111一一对应分布于中间框架的八个边角(即为多个并柜接口111一一对应分布于中间框架的多个内角)，且一侧四个并柜接口111与相邻的中间框架或侧边框架配合，另一侧四个并柜接口111与另一相邻的中间框架或侧边框架配合；当然，并柜接口111的数量也可以为两个，且分别分布于中间框架对角的两个内角，也可以实现其与两侧相邻的柜体框架110的配合；

侧边框架的对接结构为四个并柜接口111，四个并柜接口111一一对应分布于侧边框架同一内侧的四个边角，且与相邻的中间框架配合。其中，侧边框架若为最左侧框架，其内侧则为其右侧；相应地，侧边框架若为最右侧框架，其内侧则为其左侧。

进一步地，为了实现相邻两个柜体框架110(变流器单元)左右端部之间的密封，以确保变流器机组内部的密封性。相应地，柜体框架110设有用于同相邻的柜体框架110并排配合的密封结构；其中，密封结构为分别设置于柜体框架110左右端的端面的密封圈。即为在柜体框架110左右端的端面四周预先粘贴密封圈，以便于使得相邻两个变流器单元并柜后密封圈相互贴紧，从而有助于保证了整个机组的并柜密封性。

再进一步地，为了实现相邻两个柜体框架110各自空间的独立性，相应地，柜体框架110设有用于同相邻的柜体框架110并排配合的间隔结构。在本方案中，相邻两个柜体框架110之间不需要额外设置隔板，可直接利用柜体框架110左右侧的器件安装板进行柜体框架110之间的隔断，从而以减少柜体的骨架用料，减轻重量、降低成本。

进一步地，本方案中的变流器单元主要通过配套水冷装置进行散热。为了使得多个变流器单元在组装成变流器机组后共用同一条水冷进出水管，则需要为每个变流器单元配置水冷进出水管；相应地，本发明实施例提供的变流器单元还包括：设置于柜体框架110内的水冷进出主管161；

其中，如图3所示，水冷进出主管161分布于柜体框架110的左右两端之间，且水冷进出主管161至少一端设有管路接头，用于同相邻的柜体框架110内的水冷进出主管161配合。本方案如此设计，使得相邻两个柜体框架110内的水冷进出主管161能够快速组网，再基于上文中提到的相邻两个柜体框架110之间的对接结构、密封结构和间隔结构等设计，从而有助于多个变流器单元实现快速扩展搭建变流器机组。

具体地，如图1所示，本发明实施例提供的变流器单元还包括：设置于柜体框架110底部的底架300，和设置于柜体框架110顶部的顶架200。本方案通过增设独立于柜体框架110的顶架200和底架300，以便于变流器单元构成结构完整的变流器单元，而不是在组装成变流器机组后再与相邻的变流器单元共用顶架200或底架300，如此一来，便于其它辅件在顶架200或者底架300的安装，或者便于变流器单元底部叉运或顶部吊装。

进一步地，如图1所示，底架300设有叉运孔310；和/或，顶架200设有吊装孔210。如此设计，方便了变流器单元的转运，以便于能够适应室内和户外集装箱等安装场景，从而充分满足各铁路牵引变电所不同的运输、安装需求。

在本方案中，变流器单元内部结构按照空间隔离划分原则可分成三部分区域，相应地，如图3和图4所示，本发明实施例提供的变流器单元还包括：设置于柜体框架110内的主电路腔140、控制回路腔150和隔离开关腔170；如此一来，则使得变流器单元的内部结构功能分区明确，且各分区空间得到有效隔离；

主电路腔140位于柜体框架110左部；控制回路腔150位于柜体框架110右部的前上方；隔离开关腔170位于柜体框架110右部的后方。本方案如此设计，以使得变流器单元内部结构的分区更加地紧凑，从而有助于变流器单元实现小体积设计。

具体地，如图3和图4所示，主电路腔140包括：主电路腔体，和设置于主电路腔体的水冷功率模块143、短接接触器145、直流支撑电容146、复合母排147和充放电回路141；

短接接触器145位于主电路腔体的底层；水冷功率模块143位于主电路腔体的中层；直流支撑电容146安装于充放电回路141与复合母排147之间，且均位于主电路腔体的顶层。本方案如此设计，以使得主电路腔内部结构上下层次区分明显，以使得主电路腔140具有布局合理、结构紧凑、外表美观、便于测试、安装和维护等特点。

在本方案中，主电路腔140中的水冷散热的发热器件(比如水冷功率模块143、充放电回路141等)通过水冷管路散热，其散热详情可见下文描述；另外，主电路腔140中的非水冷散热的发热器件(例如短接接触器、直流支撑电容和复合母排等)产生的热量则通过水风散热装置带走。相应地，如图4所示，主电路腔140还包括：设置于主电路腔体内，用于为短接接触器145、直流支撑电容146和复合母排147散热的水风换热器149。当然，本方案中的主电路腔内通过隔板设计和器件自身遮挡形成密闭内循环风道，也就是主电路腔140通过水风换热器149和密闭内循环风道，实现了对非水冷散热的发热器件的散热，具体详情可见下文描述。

在本方案中，变流器单元内部结构主要通过配套水冷装置进行散热，即为通过配套水冷装置对主电路腔140进行散热。相应地，如图3所示，本发明实施例提供的变流器单元还包括：设置于柜体框架110内，与主电路腔体连通的水冷管路腔160；

为了防止水冷管路腔160的凝露滴水影响变流器单元的电气绝缘性能，则将水冷管路腔160布置在柜体框架110底部，即为水冷管路腔160位于柜体框架110右部的前下方。

具体地，如图3所示，水冷管路腔160包括：水冷管路腔体，和设置于水冷管路腔体内的水冷进出主管161和供回水支管162；供回水支管162连通于水冷进出主管161；

主电路腔140还包括：功率模块水冷软管、充放电回路水冷软管和水风换热器水冷软管；功率模块水冷软管连接在水冷功率模块143与供回水支管162之间；充放电回路水冷软管连接在充放电回路141与供回水支管162之间；水风换热器水冷软管连接在水风换热器149与供回水支管162之间。即为实现了水冷功率模块143、充放电回路141和水风换热器的水冷散热。

在本方案中，主电路腔140的上述三个水冷管路均采用软管与水冷管路腔内的供回水支管连接，其软管布管路径受柜内空间限制较小，且灵活可调；另外，上述三个水冷管路并非直接连接于水冷进出主管161，而是通过供回水支管162连接于水冷进出主管161，如此一来，以便于在供回水支管162增设球阀，以使得在该变流器单元发生故障时能够从水冷进出主管161组网中切除，以降低故障变流器单元对整个机组的影响。

具体地，如图4所示，隔离开关腔170包括：隔离开关腔体，和设置于隔离开关腔体内的电动隔离开关171、普通母排174和输入输出接线端子173；

输入输出接线端子173位于隔离开关腔体的底层；电动隔离开关171位于隔离开关腔体的中层；普通母排174与电动隔离开关171的接线端相连。在本方案中，电动隔离开关171的设置，不仅能将故障变流器单元从机组中切除，降低对机组的影响，还能实现故障变流器单元的带电维护(带电指变流器单元的输入输出接线端子173持续带电，例如水冷功率模块143、短接接触器145等发生故障时，可通过分断电动隔离开关171来维护)。另外，隔离开关腔170的内部器件如此布置，具有布局合理、结构紧凑、便于安装和维护等特点。

为了进一步优化上述技术方案，本发明实施例提供的变流器单元还包括：设置于柜体框架110后端的后门板130；

如图2所示，后门板130的左部开设有连通于隔离开关腔体的隔离开关腔进风口131；本方案需要说明的是：隔离开关腔***于柜体框架右部，其设置方位是从变流器单元正面看的；而与隔离开关腔体连通的隔离开关腔进风口位于后门板的左部，其设置方位是从变流器背面看的；

隔离开关腔170还包括：设置于隔离开关腔体内顶部的风机175。具体地，隔离开关腔170通过隔离开关腔进风口131进冷风，再通过顶部的风机175(具有出风口)向外抽热风进行散热，即为形成了外循环风道，如图6所示，风量自下而上依次经过输入输出接线端子173、功率电缆172、普通母排174和电动隔离开关171，以将隔离开关腔170的内部热量带走。也就是说，隔离开关腔170通过风机175和外循环风道对外散热，从而大大提高了隔离开关腔170的散热效率。

本发明实施例还提供了一种变流器机组，包括：多个变流器单元，每个变流器单元为如上所述的变流器单元；

所述变流器机组还包括：分别与相邻两个并排对接结构配合，用于将相邻两个柜体框架110连接的连接机构。由于本方案采用了上述的变流器单元，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

具体地，由上文可知，柜体框架110的对接结构为设置于柜体框架110的若干个并柜接口111；

连接机构包括：

分别同相邻两个并柜接口111搭接配合的L型并柜件400，其结构可以参照图7所示；当然，为了实现L型并柜件400与并柜接口111的搭接配合，并柜接口111为L型结构；其中，如图7所示，L型并柜件400设有用于分别同相邻两个并柜接口111配合的第一安装孔410和第二安装孔420；

分别连接L型并柜件400与相邻两个并柜接口111的紧固件。其中，紧固件选用螺栓组件。

为了进一步优化上述技术方案，如图8和图9所示，多个柜体框架110依次左右并柜排布，即为使得多个柜体框架110(变流器单元)形成了一字排布、两两并柜的排布方式；

其中，位于内侧的柜体框架110(变流器单元)的左右端无需设置侧板，仅最左侧柜体框架110的左端和最右侧柜体框架110的右端需要设置侧板，用于与外界环境形成隔离。相应地，变流器机组还包括：左侧板和右侧板；左侧板安装于最左侧柜体框架110的左端；右侧板安装于最右侧柜体框架110的右端。本方案如此设计，减少了变流器机组的骨架用料，不仅减轻了变流器机组的重量，也降低了变流器机组的生产成本。

下面再结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本发明要解决的技术问题：

本发明为解决柔性地面自动过分相装置、同相供电装置、铁路功率调节器和再生制动能量利用装置等铁路牵引供电装置功率容量配置不灵活，无法模块化快速扩展搭建变流器机组以及传统变流器机组整体组装成型，体积过大、运输安装场景受限等问题，基于前述各种供电装置的交直交电路拓扑类似的特点，提出了一种可快速扩展搭建变流器机组的1.5MVA新型单元化变流器。该单元化变流器可根据装置功率容量需求，通过一字排布、两两并柜方式快速扩展搭建变流器机组，最多可扩展搭建含6重变流器、总功率容量为9MVA的铁路牵引供电装置，从而达到模块化、通用化和平台化的应用要求，满足各铁路牵引变电所不同的供电需求；同时该单元化变流器体积和重量较小，外形尺寸(宽x深x高)仅为1250x1200x2300mm、重量小于1.5t，可底部叉运或顶部吊装，运输安装便捷，能适应室内和户外集装箱等安装场景，充分满足各铁路牵引变电所不同的运输、安装需求。

本发明的技术方案详细描述：

本发明技术方案是一种1.5MVA新型单元化铁路牵引供电变流器，其主电路采用PWM整流器+逆变器模式，整流器和逆变器交流侧均先后通过电动隔离开关和短接接触器隔离，电路拓扑完全对称且可互换；其结构组成主要包括柜体骨架(柜体框架)、水冷功率模块、电动隔离开关、短接接触器、直流支撑电容、复合母排、普通母排、充放电回路、功率电缆、输入输出接线端子、控制单元和水冷管路等。

如图1和图2所示，变流器正面设有高压指示灯、触摸显示屏和指示灯、按钮面板，可观察和控制变流器的状态；背面设有两个状态观察窗，可观察电动隔离开关刀闸分合情况；变流器底部设有底架、顶部设有顶架，底架的正面和背面均设有叉运孔、顶架的正面和背面均设有吊装孔，变流器可底部叉运或顶部吊装；背面靠下方设有隔离开关腔进风口，用于进风对电动隔离开关、普通母排、功率电缆和输入输出接线端子等进行散热。

如图3和图4所示，隐藏变流器正面和背面的门板(前门板和后门板)，变流器内部按照强弱电或功能划分原则可分成四部分区域，分别是主电路腔、控制回路腔、水冷管路腔和隔离开关腔；按空间隔离划分原则可分成三部分区域，分别是主电路腔和水冷管路腔连通为一体且与外界环境隔离，控制回路腔单独成腔且与外界环境隔离，隔离开关腔单独成腔但通过下方进风口和顶部出风口与外界环境连通。主电路腔和隔离开关腔之间的电气连接通过功率电缆走壁面开过线孔实现。

主电路腔内主要包括水冷功率模块、短接接触器、直流支撑电容、复合母排、充放电回路、电压和电流传感器、功率电缆、水冷管路(包括：功率模块水冷软管、充放电回路水冷软管和水风换热器水冷软管)和水风换热器等。主电路腔上下层次区分明显，最底层为短接接触器、水冷管路和水风换热器等，第二层为水冷功率模块等，第三层和第四层为直流支撑电容和充放电回路等。其中，水冷功率模块可快速组装和维护；首先，水冷功率模块采用侧立式放置、纵向推拉式组装和维护；其次，水冷功率模块水冷接头采用可快速插拔的快速接头连接形式；第三，水冷功率模块直流侧设计成插板嵌入式对接结构，复合母排正负极插板可与水冷功率模块直流侧进行快速插拔连接和断开。直流支撑电容安装于充放电回路和复合母排之间，且复合母排上预留储能和滤波两用接口，可根据装置的储能和滤波需求进行接入。水冷功率模块、放电回路和水风换热器的各水冷支路均采用软管与水冷管路腔内的供回水支管连接，软管布管路径受柜内空间限制较小，灵活可调。水冷管路腔内主要是供回水管主管、支管、软管、球阀、压力和温度传感器等。

控制回路腔内主要包括控制单元和其他二次器件等。

隔离开关腔内主要包括电动隔离开关、普通母排、功率电缆、输入输出接线端子和风机等；其中，电动隔离开关171的设置，不仅能将故障变流器单元从机组中切除，降低对机组的影响，还能实现故障变流器单元的带电维护(带电指变流器单元的输入输出接线端子173持续带电，例如水冷功率模块143、短接接触器145等发生故障时，可通过分断电动隔离开关171来维护)。

变流器主要通过配套水冷装置进行散热，其柜体底部安装的供回水主管长度与柜体宽度保持一致，故在变流器机组一字排布、两两并柜后，供回水主管两端可通过管路接头与相邻变流器单元或配套水冷装置的水冷管路密封连接，从而使整个变流器机组的水冷管路快速组网，实现对变流器的冷却。此外，变流器水冷功率模块、放电回路和水风换热器的各水冷支路不直接从供回水主管分引，而是先从主管分引出支管，再从该支管分引水冷支路给水冷功率模块、放电回路和水风换热器散热；且支管靠近主管处设置有球阀，便于变流器故障时从主水冷管路中切除，降低故障变流器对整个机组的影响；同时供回水支管上均设置有压力和温度传感器，可对变流器内的冷却水状态进行实时监测。

变流器主电路腔为与外界大气环境隔离的密闭空间，其内部非水冷散热的发热器件(例如短接接触器、直流支撑电容和复合母排等)产生的热量通过水风换热器不断带走，如图5所示。主电路腔内通过隔板设计和器件自身遮挡形成内循环风道；冷风从底部的水风换热器流向柜体前部，自下而上依次经过短接接触器、水冷功率模块和直流支撑电容到柜体顶部，再从柜体顶部越过直流支撑电容流向柜体后部，热风再自上而下沿后部的复合母排表面流向底部水风换热器，最后水风换热器中的冷却水将热风中的热量带走，使水风换热器出风口流出冷风。主电路腔内空气如此循环流动，从而实现密闭内循环风道散热和柜体防护等级的提高。

控制回路腔由于其内部器件发热功率较小，在控制单元上方设置小风机自下而上抽风，搅动腔体内部空气，并通过壁面热辐射和热传导散热。

隔离开关腔通过下方进风口进冷风，顶部出风口风机向外抽热风进行散热，即外循环风道，如图6所示。风量自下而上依次经过输入输出接线端子、功率电缆、普通铜排和电动隔离开关，将腔体内部热量带走，从而提高散热效率。

如图5和图6所示，变流器在柜体八个内角处设置有并柜接口。变流器肩并肩一字排布后，两两变流器单元之间通过四件L型并柜件(如图7所示)连接并柜，从而将各个变流器连为一体。此外，变流器左右侧面四周的框架梁表面事先粘贴有一圈密封圈，两两变流器单元并柜后密封圈相互贴紧，保证了整个机组的并柜密封性。并且，变流器左右侧面不需要额外设置侧板(仅最左侧变流器的左侧面和最右侧变流器的右侧面需要设置侧板，用于与外界环境隔离)，两两变流器单元之间不需要额外设置隔板，可直接利用变流器侧面的器件安装板进行单元之间的隔断，从而减少骨架用料，减轻重量、降低成本。基于以上三点，同时综合前述变流器机组可通过管路接头快速组网水冷管路，即可根据装置功率容量需求实现快速扩展搭建变流器机组，如图8所示。

本发明的创新点及有益效果：

(1)该变流器可根据装置功率容量需求，通过一字排布、两两并柜方式快速扩展搭建变流器机组，最多可扩展搭建含6重变流器、总功率容量为9MVA的铁路牵引供电装置，从而达到模块化、通用化和平台化的应用要求，满足各铁路牵引变电所不同的供电需求；

(2)该变流器体积和重量较小，外形尺寸(宽x深x高)仅为1250x1200x2300mm、重量小于1.5t，可底部叉运或顶部吊装，运输安装便捷，能适应室内和户外集装箱等安装场景，充分满足各铁路牵引变电所不同的运输、安装需求；

(3)该变流器主电路采用PWM整流器+逆变器模式，整流器和逆变器交流侧均先后通过电动隔离开关和短接接触器隔离，电路拓扑完全对称且可互换，有效减少了实际运营过程中备品备件的种类和数量，结构简单、便于生产组装；

(4)该变流器强弱电和功能分区明确，各分区空间有效隔离，主电路腔上下层次区分明显，具有布局合理、结构紧凑、外表美观、便于测试、安装和维护等优点；

(5)主电路腔的水冷功率模块可快速组装和维护；复合母排上预留储能和滤波两用接口，可根据装置的储能和滤波需求进行接入；水冷支路采用软管，其布管路径受柜内空间限制较小，灵活可调；

(6)隔离开关腔设置电动隔离开关，不仅能将故障变流器单元从机组中切除，降低对机组的影响，还能实现故障变流器单元的带电维护；并设置隔离开关状态观察窗，便于观察其刀闸分合情况；

(7)该变流器主要通过配套水冷装置进行散热，解决了水冷功率模块、放电回路和水风换热器的冷却问题，提高了变流器的散热效率和可靠性，并采用压力和温度传感器对水冷管路进行实时监测保护；

(8)主水冷管路柜内底部布置，可防止不锈钢管路凝露滴水影响电气绝缘性能；变流器从主水冷管路分引支路，并在支路上设置球阀，便于变流器故障时从主水冷管路中切除，降低故障变流器对整个机组的影响；

(9)主电路腔通过水风换热器和密闭内循环风道对外散热，隔离开关腔通过风机和外循环风道对外散热，控制回路腔通过壁面热辐射和热传导散热，结合各腔室各自的内部布局、防护要求和损耗等特点设计了多种散热方式，大大提高了散热效率。

本发明的替代方案：

(1)变流器单元功率容量的不同设计值均可达到本发明技术方案通过单元化变流器快速扩展搭建铁路牵引供电装置的效果；

(2)变流器并柜接口设置在不同位置、并柜件采用其他结构形式均可达到本发明技术方案通过一字排布、两两并柜方式快速扩展搭建变流器机组的效果；

(3)隔离开关腔设置手动隔离开关亦可达到本发明技术方案切除故障变流器降低对机组的影响和故障变流器带电维护的效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种变流器单元，其特征在于，包括：柜体框架(110)；所述柜体框架(110)设有用于同相邻的所述柜体框架(110)并排配合的对接结构；

所述柜体框架(110)包括：中间框架和侧边框架；

所述中间框架的对接结构为八个并柜接口(111)，八个所述并柜接口(111)一一对应分布于所述中间框架的八个边角，且一侧四个所述并柜接口(111)与相邻的所述中间框架或所述侧边框架配合，另一侧四个所述并柜接口(111)与另一相邻的所述中间框架或所述侧边框架配合；

所述侧边框架的对接结构为四个并柜接口(111)，四个所述并柜接口(111)一一对应分布于所述侧边框架同一内侧的四个边角，且与相邻的所述中间框架配合；

所述变流器单元还包括：设置于所述柜体框架(110)内底部的水冷进出主管(161)；

所述水冷进出主管(161)分布于所述柜体框架(110)的左右两端之间，且所述水冷进出主管(161)至少一端设有管路接头，用于同相邻的所述柜体框架(110)内的水冷进出主管(161)配合。

2.根据权利要求1所述的变流器单元，其特征在于，所述对接结构为设置于所述柜体框架(110)的若干个并柜接口(111)。

3.根据权利要求1所述的变流器单元，其特征在于，所述柜体框架(110)设有用于同相邻的所述柜体框架(110)并排配合的密封结构；

所述密封结构包括：分别设置于所述柜体框架(110)左右端的端面的密封圈。

4.根据权利要求1所述的变流器单元，其特征在于，所述柜体框架(110)设有用于同相邻的所述柜体框架(110)并排配合的间隔结构。

5.根据权利要求1所述的变流器单元，其特征在于，还包括：设置于所述柜体框架(110)底部的底架(300)，和设置于所述柜体框架(110)顶部的顶架(200)。

6.根据权利要求5所述的变流器单元，其特征在于，所述底架(300)设有叉运孔(310)；和/或，所述顶架(200)设有吊装孔(210)。

7.根据权利要求1所述的变流器单元，其特征在于，还包括：设置于所述柜体框架(110)内的主电路腔(140)、控制回路腔(150)和隔离开关腔(170)；

所述主电路腔(140)位于所述柜体框架(110)左部；所述控制回路腔(150)位于所述柜体框架(110)右部的前上方；所述隔离开关腔(170)位于所述柜体框架(110)右部的后方。

8.根据权利要求7所述的变流器单元，其特征在于，所述主电路腔(140)包括：主电路腔体，和设置于所述主电路腔体的水冷功率模块(143)、短接接触器(145)、直流支撑电容(146)、复合母排(147)和充放电回路(141)；

所述短接接触器(145)位于所述主电路腔体的底层；所述水冷功率模块(143)位于所述主电路腔体的中层；所述直流支撑电容(146)安装于所述充放电回路(141)与所述复合母排(147)之间，且均位于所述主电路腔体的顶层。

9.根据权利要求8所述的变流器单元，其特征在于，所述主电路腔(140)还包括：设置于所述主电路腔体内，用于为所述短接接触器(145)、所述直流支撑电容(146)和/或所述复合母排(147)散热的水风换热器(149)。

10.根据权利要求9所述的变流器单元，其特征在于，还包括：设置于所述柜体框架(110)内，与所述主电路腔体连通的水冷管路腔(160)；所述水冷管路腔(160)位于所述柜体框架(110)右部的前下方。

11.根据权利要求10所述的变流器单元，其特征在于，所述水冷管路腔(160)包括：水冷管路腔体，和设置于所述水冷管路腔体内的水冷进出主管(161)和供回水支管(162)；所述供回水支管(162)连通于所述水冷进出主管(161)；

所述主电路腔(140)还包括：功率模块水冷软管、充放电回路水冷软管和水风换热器水冷软管；所述功率模块水冷软管连接在所述水冷功率模块(143)与所述供回水支管(162)之间；所述充放电回路水冷软管连接在所述充放电回路(141)与所述供回水支管(162)之间；所述水风换热器水冷软管连接在所述水风换热器(149)与所述供回水支管(162)之间。

12.根据权利要求7所述的变流器单元，其特征在于，所述隔离开关腔(170)包括：隔离开关腔体，和设置于所述隔离开关腔体内的电动隔离开关(171)、普通母排(174)和输入输出接线端子(173)；

所述输入输出接线端子(173)位于所述隔离开关腔体的底层；所述电动隔离开关(171)位于所述隔离开关腔体的中层；所述普通母排(174)与所述电动隔离开关(171)的接线端相连。

13.根据权利要求12所述的变流器单元，其特征在于，还包括：设置于所述柜体框架(110)后端的后门板(130)；

所述后门板(130)的左部开设有连通于所述隔离开关腔体的隔离开关腔进风口(131)；

所述隔离开关腔(170)还包括：设置于所述隔离开关腔体内顶部的风机(175)。

14.一种变流器机组，包括：多个变流器单元，其特征在于，每个所述变流器单元为如权利要求1-13任意一项所述的变流器单元；

所述变流器机组还包括：分别与相邻两个对接结构配合，用于将相邻两个柜体框架(110)连接的连接机构。

15.根据权利要求14所述的变流器机组，其特征在于，所述对接结构为设置于柜体框架(110)的若干个并柜接口(111)；

所述连接机构包括：

分别同相邻两个所述并柜接口(111)搭接配合的L型并柜件(400)；所述并柜接口(111)为L型结构；

分别连接所述L型并柜件(400)与相邻两个所述并柜接口(111)的紧固件。

16.根据权利要求14所述的变流器机组，其特征在于，多个所述柜体框架(110)依次左右并柜排布；

所述变流器机组还包括：左侧板和右侧板；所述左侧板安装于最左侧所述柜体框架(110)的左端；所述右侧板安装于最右侧所述柜体框架(110)的右端。

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