CN212277963U

CN212277963U - 移动闪光焊轨机的供电装置

Info

Publication number: CN212277963U
Application number: CN202021200016.4U
Authority: CN
Inventors: 夏梁志; 丁小宁; 程兴民; 刘珀; 曹泽
Original assignee: CRRC Yongji Electric Co Ltd
Current assignee: CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2030-06-25

Abstract

本发明涉及供电装置，具体为移动闪光焊轨机的供电装置。解决现有的移动闪光焊轨机采用柴油发电机组作为供电装置存在的缺陷和问题。该供电装置包括一个集装箱房体，集装箱房体内包括其内有蓄电池组的蓄电池柜、其内有超级电容组的超级电容柜、其内有双向DC/DC转换器的功率变换柜、其内有焊接主逆变器的焊接逆变柜、其内有辅助逆变器的辅助逆变柜、主控制柜和输出柜；超级电容组与双向DC/DC转换器的一端相连，双向DC/DC转换器的另一端与焊接主逆变器的输入端相连，蓄电池组的输出端经隔离开关KM2与焊接主逆变器的输入端相连，焊接主逆变器的输出端为移动闪光焊轨机供电；辅助逆变器的输入端与蓄电池组的输出端连接。

Description

移动闪光焊轨机的供电装置

技术领域

本实用新型涉及供电装置，具体为移动闪光焊轨机的供电装置。

背景技术

现代铁路为了完成重载、高速运输，提高乘坐的舒适性，普遍采用铺设无缝线路的方法来改善轨道结构。有研究表明，目前我国无缝铁路的轨道焊接主要是采用闪光焊接技术，约占整个无缝线路焊接接头数量的87%。在我国铁路线路焊接作业中，现有移动闪光焊轨机多采用柴油发电机组供电模式，对于整个焊接设备的应用、运输则一般采用2个标准集装箱的配置模式，其中一个集装箱配置柴油发电机组，另一个集装箱配置焊轨机及其电气控制柜等设备，2个集装箱之间通过动力电缆等组件构成一个有机的整体，使得柴油发电机组源源不断的给焊轨机及其辅助设备提供电源，而设备的整体移动则是通过铁路平板运输车实现。

现有的移动闪光焊轨机采用柴油发电机组作为供电装置，图1所示是现有的柴油发电机组给焊轨机供电技术方案，图2所示是柴油发电机组在集装箱房体内的布置。柴油发电机组为三相四线制的，柴油发电机组额定输出三相交流380V电压。当焊轨机工作时，启动三相柴油发电机组，取其中两相作为单相电源向焊轨机供电。另一方面，通过三相四线制式的柴油发电机组，还可提供与焊接相关的辅助***所需的三相380V、220V电源，供各类辅助负载使用。采用柴油发电机组的供电装置存在如下缺点：（1）由于焊轨机负荷具有电压、电流、功率因数变化剧烈、谐波分量较大并伴有瞬时短路情况，这就导致柴油发电机组无论是输出频率还是输出电压都不能保持长期恒定，尤其是焊接工艺的预闪和顶锻阶段, 柴油发电机组的输出频率、输出电压、功率因数 cosφ 都会有不同程度的短暂下降，影响焊接质量。（2）焊轨机焊接作业时，因是取三相柴油发电机组中的两相给其供电，这将导致柴油发电机组长期处于三相负荷严重不平衡的状态下工作，会造成柴油发电机组额外的发热损耗以及寿命缩短，也增加维护成本。（3）柴油发电机组长期运行带来的噪声污染也比较严重，会对作业人员听力造成危害，同时也会诱发其他方面的疾病。（4）柴油发电机组工作时排放的氮氧化物、碳氧化物等有害气体不仅污染环境，更对现场工作人员的身心健康产生危害，这在地铁施工中显得格外明显。

随着我国对保护环境，可持续绿色发展战略的逐步落实，这种供电方式越来越不适应我国高速铁路的发展。根据《中国制造2025》中关于轨道焊接施工装备技术升级与创新的要求及我国的绿色可持续发展战略目标，研制具有我国自主知识产权的新一代移动闪光焊轨机供电装置势在必行。

发明内容

本实用新型解决现有的移动闪光焊轨机采用柴油发电机组作为供电装置存在的缺陷和问题，提供一种移动闪光焊轨机的供电装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：移动闪光焊轨机的供电装置，包括一个集装箱房体，集装箱房体内包括其内有蓄电池组的蓄电池柜、其内有超级电容组的超级电容柜、其内有双向DC/DC转换器的功率变换柜、其内有焊接主逆变器的焊接逆变柜、其内有辅助逆变器的辅助逆变柜、主控制柜和输出柜；超级电容组与双向DC/DC转换器的一端相连，双向DC/DC转换器的另一端与焊接主逆变器的输入端相连，蓄电池组的输出端经隔离开关KM2与焊接主逆变器的输入端相连，焊接主逆变器的输出端为移动闪光焊轨机供电；辅助逆变器的输入端与蓄电池组的输出端连接，辅助逆变器的输出端作为供电装置的辅助供电输出。需要焊接作业时，断开隔离开关KM2，超级电容组的低电压通过双向DC/DC转换器的升压功能，将电压升至焊接主逆变器所需的工作电压，焊接主逆变器输出移动闪光焊轨机所需的单相380V交流电。超级电容组储的能量足够焊接一次所需的能量。完成一次焊接作业后，闭合隔离开关KM2，通过双向DC/DC转换器的降压功能，将蓄电池组的高压电转换为超级电容组所需的低压充电电压，实现为超级电容组的快速充电，为下一次焊接作业作好准备。当蓄电池组电量较低时，可通过地面或者车载式充电机为其充电。辅助逆变器的输出端为焊轨机附属的辅助设备和供电装置自身的用电负载提供所需的三相380V交流电。

进一步，辅助逆变柜内还有连接于辅助逆变器输出端的380VAC/220VAC变压器，380VAC/220VAC变压器的副边为焊轨机附属的辅助设备和供电装置自身的用电负载提供所需的单相220V交流电。380VAC/220VAC变压器的副边还连接有置于主控制柜内的不间断电源UPS，UPS为该供电装置的主控制柜提供所需低压电。

再进一步，集装箱房体还包括通断可控的电容放电柜，电容放电柜并联在超级电容组的两个输入/输出端之间，电容放电柜内有放电电阻。维修时，当需放掉超级电容组的储能时，控制电容放电柜导通，超级电容组经电容放电柜放电，使超级电容组的储能消耗在电容放电柜内的电阻上。

输出柜对外设置高低压输入、输出接口用以实现在外部监测***运行状态及驱动焊轨机工作等功能。输出柜包括国标蓄电池充电接口1个、焊轨机单相380V供电快速接口2个、辅助供电380V接口1个、辅助供电220V接口1个、***急停信号接口1个，***远程监控及通信接口1个，以上接口均是采用快速电连接器的插拔形式，方便操作。

本实用新型的有益效果为：

1.由于采用了蓄电池组+电力电子装置组成的供电***替代传统的三相柴油发电机组作为移动闪光焊轨机的供电电源，较常规柴油发动机相比，氮氧化物和碳氧化物的排放量几乎为零，尤其在地铁等地下轨道焊接时，免去了油烟的污染，有利于操作人员身心健康。

2.由于采用纯电力作为能量来源，通过引导用户在夜间电价较低时通过充电机给蓄电池柜充电直到设定值；实现用户多用谷期电，少用峰期电达到电费的削峰填谷，从而提升用户的经济效益。据计算，采用柴油发电机组一年消耗的燃油大概为6×10⁴L，燃油费为39万元。而采用本发明装置一年消耗的电量大约为9×10⁴kWh，电费为9万元，持续工作一年工作可以节约燃油成本大约30万元。

3.相比于柴油发电机组供电模式，本发明所述的供电装置几乎不产生噪声，有利于增加工作舒适性。

4.电力电子设备的使用几乎是免维护的，可以大幅提高设备的使用寿命，降低维护成本。

5.采用蓄电池驱动模式有利于转变我国资源发展方式、优化能源消耗结构。***利用电网对蓄电池进行充电，增加了电力在轨道交通能源领域中的应用，减少了对石油资源的依赖，优化了交通能源结构。同时也可带动相关产业，如电池、电力电子关键零部件和相关服务业的进一步发展和技术升级，提高就业率。

6. 房体具备对外远程监控接口，自动化程度高。内部布局结构紧凑，维护方便。

附图说明

图1为现有移动闪光焊轨机的供电装置的原理图；

图2为现有柴油发电机组在集装箱房体内的布置图；

图3为本实用新型所述的移动闪光焊轨机的供电装置的原理图；

图4为本实用新型所述的移动闪光焊轨机的供电装置的集装箱房体内部布置图；

图5为本实用新型所述的移动闪光焊轨机的供电装置的控制***框图。

具体实施方式

移动闪光焊轨机的供电装置，包括一个集装箱房体，集装箱房体内包括其内有蓄电池组的蓄电池柜、其内有超级电容组的超级电容柜、其内有双向DC/DC转换器的功率变换柜、其内有焊接主逆变器的焊接逆变柜、其内有辅助逆变器的辅助逆变柜、主控制柜和输出柜；超级电容组与双向DC/DC转换器的一端相连，双向DC/DC转换器的另一端与焊接主逆变器的输入端相连，蓄电池组的输出端经隔离开关KM2与焊接主逆变器的输入端相连，焊接主逆变器的输出端为移动闪光焊轨机供电；辅助逆变器的输入端与蓄电池组的输出端连接，辅助逆变器的输出端作为供电装置的辅助供电输出。输出柜包括国标蓄电池充电接口1个、焊轨机单相380V供电快速接口2个、辅助供电380V接口1个、辅助供电220V接口1个、***急停信号接口1个，***远程监控及通信接口1个。辅助逆变柜内还有连接于辅助逆变器输出端的380VAC/220VAC变压器。380VAC/220VAC变压器的副边还连接有置于主控制柜内的不间断电源UPS。集装箱房体还包括通断可控的电容放电柜，电容放电柜并联在超级电容组的两个输入/输出端之间，电容放电柜内有放电电阻。

具体实施时，集装箱房体还包括电容控制柜，超级电容组与双向DC/DC转换器之间设有置于电容控制柜内的隔离开关KW1，以方便超级电容组的维护及投切控制；蓄电池组与辅助逆变器之间设有置于蓄电池柜内的隔离开关KM3和置于辅助逆变柜内的接触器KM4，以便蓄电池组和辅助逆变器的投切控制及维修维护。为方便焊接操作和安全考虑，在集装箱房体外部还设计有快速操作按钮盒，将不间断电源UPS的启停按钮通过引出线引至按钮盒，按钮盒内还包括辅助逆变器启停按钮及指示灯、焊接主逆变器起停按钮及指示灯，焊接***停止按钮及***急停按钮。为保证整个***能够适应各种极端环境运行，蓄电池柜内的蓄电池组采用水冷散热结构；在工作环境温度较高时，通过指令自动启动水冷机组循环冷却介质为蓄电池组降温。蓄电池柜内也设有自加热结构；当工作环境温度较低时，通过蓄电池柜内的自加热功能，保证蓄电池组最佳工作温度范围。焊接逆变柜、辅助逆变柜和功率变换柜内也设置自加热结构，并采用风冷散热模式，同时集装箱房体也设置若干加热和通风装置，控制房体内其余部件工作温度在一定的范围内。

集装箱房体为全钢结构，底撬、骨架、外墙和起吊装置焊为一体。集装箱房体外覆采用聚苯乙烯绝缘环保材料制成的保温层，并有足够的强度，适合野外、隧道焊轨作业环境。集装箱房体内饰材料为防火阻燃环保，具有防火、防沙、防震、防水等功能。集装箱房体内安装有温湿度计及烟雾报警器，可对房内的温湿度和烟雾进行有效监测和报警。集装箱房体内在低温环境下无法正常工作的电子元件内安装自动温控电加热器，可满足在-30°条件下实现***的启机。集装箱房体内部还配备了电气专用灭火器2个，房内地面设计活动盖板，同时地板敷设防静电橡胶绝缘胶皮，满足安全性能要求。为了方便安装和维护，集装箱房体内中间设置了维护通道，蓄电池柜、功率变换柜、焊接逆变柜、主控制柜和输出柜依次排列于一边，超级电容柜、电容控制柜、电容放电柜和辅助逆变柜依次排列于另一边；并在房体两侧开维护门，便于设备安装和日常维护。集装箱房体四周开有多个通风百叶窗并配有轴流风机及防雨沿，保证集装箱房体内部的通风散热及防雨性能。

主控制柜由380VAC/220VAC变压器的副边和不间断电源UPS供电，主控制柜内包括主控制器、不间断电源UPS、超级电容管理***板（CMS）以及蓄电池组电源管理***板（BMS），主控制器包含用于控制焊接主逆变器、辅助逆变器和双向DC/DC转换器内的IGBT功率模块的功率模块控制板及PLC，每个功率模块控制板包括DSP板、输入输出IO板、光纤板、信号检测电路；输入输出IO板连接信号检测电路，信号检测电路具有电流测量、电压测量、缺相检测功能；DSP板根据采集的电流、电压信号进行计算和控制；光纤板把DSP计算得到的PWM脉冲，通过光纤发送给双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器的IGBT驱动电路板，用以驱动双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器的工作。PLC作为***的控制核心，负责部件与***的通讯和各部分功能的检测、控制及保护等功能。为了实现对蓄电池组、超级电容器组、双向DC/DC转换器、辅助逆变器和焊接主逆变器运行状态的监控，主控制柜配置有触摸显示屏，其中双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器与PLC通过RS485通讯。蓄电池组、超级电容组与PLC采用CANbus总线通讯，他们的数据将在触摸显示屏显示，实现数据的传输和接受***指令。本地显示屏及远程监控显示屏则通过以太网与PLC通讯，实现信息反馈及远程控制。

***启动时，通过集装箱房体上的UPS启动按钮，给主控制柜提供交流220V电源、主控制柜内集成24V电源整流模块，可将交流220V转换成直流24V电源供给各控制单元电路板，其中包括主PLC，功率模块控制板，超级电容管理***板（CMS）以及蓄电池组电源管理***板（BMS）等，同时激活BMS使蓄电池组输出450-657V的直流电压供整个***使用。***发送指令闭合隔离开关KM3及接触器KM4，启动辅助逆变器，给各类辅助负载供电，包括液压油泵电机、各类散热风扇、蓄电池组水冷机组、空调照明等。同时通过380VAC/220VAC辅助变压器直接给主控制柜供电，UPS处于在线充电备用状态。

焊轨机焊接时超级电容组放电，断开隔离开关KM2，闭合隔离开关KM1。主控制器控制双向DC/DC转换器中功率器件的占空比，使其工作在Boost升压模式，实现超级电容200-480VDC电压到650VDC电压的转换，给焊接主逆变器提供电源。主控制器通过逆变器前端并联在直流母线上的电压传感器检测的直流电压等信号，发送PWM脉冲来控制焊接主逆变器的功率器件，实现输出满足要求的单相380V交流电驱动焊机工作。辅助逆变器和焊接主逆变器的输出均设计了合适的LC滤波电路，用以滤除除基波以外的高次谐波，保证电源品质。

当焊轨机停止焊接时，需要向超级电容组进行充电，闭合隔离开关KM2，通过控制双向DC/DC转换器中功率器件的占空比，实现双向DC/DC转换器的Buck降压功能，将额定电压为579V的蓄电池组降压对超级电容组进行快速充电，为下一次焊接做准备。当蓄电池组电量较低时，可通过地面或者车载式充电机为其充电。

Claims

1.一种移动闪光焊轨机的供电装置，包括一个集装箱房体，其特征在于，集装箱房体内包括其内有蓄电池组的蓄电池柜、其内有超级电容组的超级电容柜、其内有双向DC/DC转换器的功率变换柜、其内有焊接主逆变器的焊接逆变柜、其内有辅助逆变器的辅助逆变柜、主控制柜和输出柜；超级电容组与双向DC/DC转换器的一端相连，双向DC/DC转换器的另一端与焊接主逆变器的输入端相连，蓄电池组的输出端经隔离开关KM2与焊接主逆变器的输入端相连，焊接主逆变器的输出端为移动闪光焊轨机供电；辅助逆变器的输入端与蓄电池组的输出端连接，辅助逆变器的输出端作为供电装置的辅助供电输出。

2.根据权利要求1所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，辅助逆变柜内还有连接于辅助逆变器输出端的380VAC/220VAC变压器。

3.根据权利要求2所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，380VAC/220VAC变压器的副边还连接有置于主控制柜内的不间断电源UPS。

4.根据权利要求3所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，输出柜包括国标蓄电池充电接口1个、焊轨机单相380V供电快速接口2个、辅助供电380V接口1个、辅助供电220V接口1个、***急停信号接口1个，***远程监控及通信接口1个。

5.根据权利要求4所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，集装箱房体还包括通断可控的电容放电柜，电容放电柜并联在超级电容组的两个输入/输出端之间，电容放电柜内有放电电阻。

6.根据权利要求5所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，集装箱房体还包括电容控制柜，超级电容组与双向DC/DC转换器之间设有置于电容控制柜内的隔离开关KM1；蓄电池组与辅助逆变器之间设有置于蓄电池柜内的隔离开关KM3和置于辅助逆变柜内的接触器KM4。

7.根据权利要求6所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，在集装箱房体外部有快速操作按钮盒，将不间断电源UPS的启停按钮通过引出线引至按钮盒，按钮盒内还包括辅助逆变器启停按钮及指示灯、焊接主逆变器起停按钮及指示灯。

8.根据权利要求7所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，蓄电池柜内的蓄电池组采用水冷散热结构；蓄电池柜内也设有自加热结构；焊接逆变柜、辅助逆变柜和功率变换柜内也设置自加热结构，并采用风冷散热模式，同时集装箱房体也设置加热和通风装置。

9.根据权利要求8所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，集装箱房体外覆采用聚苯乙烯绝缘环保材料制成的保温层；集装箱房体内安装有温湿度计及烟雾报警器；集装箱房体内中间设置了维护通道，蓄电池柜、功率变换柜、焊接逆变柜、主控制柜和输出柜依次排列于一边，超级电容柜、电容控制柜、电容放电柜和辅助逆变柜依次排列于另一边；集装箱房体四周开有通风百叶窗并配有轴流风机及防雨沿。

10.根据权利要求9所述的移动闪光焊轨机的供电装置，其特征在于，主控制柜由380VAC/220VAC变压器的副边和不间断电源UPS供电，主控制柜内包括主控制器、不间断电源UPS、超级电容管理***板以及蓄电池组电源管理***板，主控制器包含用于控制焊接主逆变器、辅助逆变器和双向DC/DC转换器内的IGBT功率模块的功率模块控制板及PLC，每个功率模块控制板包括DSP板、输入输出IO板、光纤板、信号检测电路；输入输出IO板连接信号检测电路，信号检测电路具有电流测量、电压测量、缺相检测功能；DSP板根据采集的电流、电压信号进行计算和控制；光纤板把DSP计算得到的PWM脉冲，通过光纤发送给双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器的IGBT驱动电路板，用以驱动双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器的工作；功率变换柜、辅助逆变柜和焊接逆变柜自身配有触摸显示屏，其中双向DC/DC转换器、辅助逆变器、焊接主逆变器与PLC通过RS485通讯；蓄电池组、超级电容组与PLC采用CANbus总线通讯。