直流斷路器及其轉(zhuǎn)移支路用功率組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流斷路器及其轉(zhuǎn)移支路用功率組件，功率組件包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個(gè)子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率器件，子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個(gè)功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個(gè)，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個(gè)下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。整個(gè)功率組件結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理。
【專利說明】
直流斷路器及其轉(zhuǎn)移支路用功率組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種直流斷路器及其轉(zhuǎn)移支路用功率組件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著IGBT制造工藝技術(shù)水平的不斷提升，新型的柔性直流輸電技術(shù)得到快速發(fā)展。在城市供電、海島供電等方面具有很大發(fā)展空間和優(yōu)勢。多端柔性直流輸電實(shí)現(xiàn)孤島送電、城市之間電網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)能源的最優(yōu)化配置利用。但是，由于多端柔性直流輸電系統(tǒng)彼此互聯(lián)，任何一端系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其他系統(tǒng)均必須退出運(yùn)行。高壓直流斷路器的研制，可以很好解決上述問題。當(dāng)柔性直流輸電出現(xiàn)故障時(shí)，與其相連的直流斷路器可以將其退出系統(tǒng)，不影響其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行。直流斷路器通過轉(zhuǎn)移回路將主回路的電流降至零，使快速機(jī)械開關(guān)正常斷開，出現(xiàn)故障的柔性支路輸電系統(tǒng)可以退出系統(tǒng)，進(jìn)行故障檢修處理，在故障排除后可重新投入使用。
[0003]在申請公布號(hào)為CN103647248A的中國發(fā)明專利申請中公開了一種高壓直流快速斷路器，其包括機(jī)械隔離開關(guān)、高壓電子開關(guān)和中低壓直流斷路器，機(jī)械隔離開關(guān)與中低壓直流斷路器串聯(lián)以形成一個(gè)支路，高壓電子開關(guān)與所述支路并聯(lián)，此處的高壓電子開關(guān)由多個(gè)閥段串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)閥段由一個(gè)避雷器與至少一組串聯(lián)的可關(guān)斷大功率電子元件并聯(lián)形成。正常狀態(tài)下，機(jī)械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器的串聯(lián)支路導(dǎo)通，高壓電子開關(guān)回路中沒有電流通過。而當(dāng)高壓直流線路短路故障時(shí)，中低壓直流斷路器首先動(dòng)作，由于中低壓直流斷路器具有直流消弧能力，直流電流在中低壓直流斷路器兩端產(chǎn)生電弧壓降，此時(shí)，立即觸發(fā)與其并聯(lián)的高壓電子開關(guān)，高壓電子開關(guān)導(dǎo)通后，由于其導(dǎo)通阻抗低，直流電流被迅速轉(zhuǎn)移至高壓電子開關(guān)回路，相應(yīng)的中低壓直流斷路器及機(jī)械隔離開關(guān)回路中的直流電流迅速降低，端電壓也迅速降低，機(jī)械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器具備了消弧條件，并斷開熄弧，使機(jī)械隔離開關(guān)具備了阻斷額定直流電壓的能力，然后，高壓電子開關(guān)停止導(dǎo)通，呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷開回路中的直流電流回路。
[0004]上述的閥段可采用申請公布號(hào)為CN104701096A的中國發(fā)明專利申請中所公開的直流斷路器橋式模塊，該橋式模塊包括支撐框架，支撐框架上設(shè)有IGBT壓裝單元、電容器組、控制單元及供能單元，電容器組通過層疊母排與IGBT壓裝單元連接，此處的IGBT壓裝單元包括四只壓接式IGBT、水冷板式散熱器、門極單元、出線母排和壓裝結(jié)構(gòu)件，壓接式IGBT與水冷板式散熱器交替設(shè)置以形成閥段子模塊，四只壓接式IGBT對應(yīng)導(dǎo)電連接以形成H橋結(jié)構(gòu)。
[0005]由于每個(gè)橋式模塊僅具有一個(gè)閥段子模塊，這就需要設(shè)置多個(gè)橋式模塊來滿足高壓電子開關(guān)的降壓需要，多個(gè)上述橋式模塊組裝在一起時(shí)，每個(gè)閥段子模塊分別配置壓裝結(jié)構(gòu)件，導(dǎo)致整個(gè)高壓電子開關(guān)的整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積也較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的直接將多個(gè)橋式模塊組裝在一起以形成高壓電子開關(guān)時(shí)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的技術(shù)問題；同時(shí)，本發(fā)明還提供一種使用上述功率組件的直流斷路器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件的技術(shù)方案是:直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個(gè)子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率器件，所述的子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個(gè)功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個(gè)，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個(gè)下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。
[0008]所述的每個(gè)閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件相鄰，每個(gè)閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件與布置在后列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件在前后方向?qū)?yīng)。
[0009]所述的功率器件為IGBT，每列壓裝單元包括依次間隔布置的多個(gè)水冷散熱器和所述的IGBT，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的IGBT和兩個(gè)下橋臂的IGBT分別通過夾設(shè)在對應(yīng)兩IGBT之間的水冷散熱器導(dǎo)電連接，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂與兩個(gè)下橋臂通過橋接在該閥段子模塊的四個(gè)IGBT外側(cè)的相應(yīng)水冷散熱器之間的橋接片導(dǎo)電連接。
[0010]所述的組件框架上于子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)設(shè)有向所述閥段子模塊的IGBT供電的取能電源。
[0011]所述的組裝框架上對應(yīng)每個(gè)閥段子模塊分別設(shè)有一個(gè)旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)與對應(yīng)的閥段子模塊并聯(lián)布置，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。
[0012]每個(gè)閥段子模塊均包括阻尼電容和/或阻尼電阻，每個(gè)閥段子模塊的阻尼電容和/或阻尼電阻分別布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。
[0013]所述的組件框架上沿左右方向串聯(lián)布置有至少兩個(gè)所述的子模塊單元。
[0014]所述的組件框架外側(cè)沿組件框架周向布置有多個(gè)屏蔽罩。
[0015]組件框架包括沿前后方向間隔布置的前、后絕緣支撐梁和固設(shè)在兩絕緣支撐梁上的沿左右方向間隔分布的至少兩個(gè)鋁支撐梁，前、后列壓接單元固定在相應(yīng)的鋁支撐梁上。
[0016]本發(fā)明所提供的使用上述功率組件的直流斷路器的技術(shù)方案是:直流斷路器，包括并聯(lián)的隔離開關(guān)支路和轉(zhuǎn)移支路，轉(zhuǎn)移支路上串聯(lián)有多個(gè)功率組件，所述的功率組件沿水平方向和/或豎直方向布置，功率組件包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個(gè)子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率器件，所述的子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個(gè)功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個(gè)，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個(gè)下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提供的直流斷路器功率組件中，子模塊單元的閥段子模塊的上橋臂的兩個(gè)功率器件布置在前列壓裝單元中，下橋臂的兩個(gè)功率器件則布置在后列壓裝單元上，這樣可以根據(jù)實(shí)際需要沿左右方向布置有多個(gè)閥段子模塊，多個(gè)閥段子模塊的所有上橋臂的功率器件位于前列壓接單元中，而所有下橋臂的功率器件則位于后列壓接單元中，不需要為每個(gè)閥段子模塊分別配置壓裝結(jié)構(gòu)件，進(jìn)而可有效簡化功率組件的整體結(jié)構(gòu)。
[0018]進(jìn)一步地，每個(gè)閥段子模塊并聯(lián)一個(gè)旁路開關(guān)，這樣可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移支路的冗余設(shè)計(jì)，在任何一個(gè)閥段子模塊出現(xiàn)故障時(shí)，旁路開關(guān)可以將其短接，不影響其他閥段子模塊的正常工作。
[0019]進(jìn)一步地，閥段子模塊的阻尼電容和阻尼電阻對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)阻尼電容和阻尼電阻與各閥段子模塊的功率器件的對應(yīng)連接。
[0020]進(jìn)一步地，在組件框架的外側(cè)設(shè)置屏蔽罩，屏蔽罩間隔均布，這樣不僅安裝方便，而且可減輕整個(gè)功率組件的重量。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所提供的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1所示功率組件的主視圖；
圖3為圖1所示功率組件的電氣原理圖；
圖4為使用圖1所示功率組件的直流斷路器的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
[0023]本發(fā)明所提供的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件的具體實(shí)施例，如圖1至圖3所示，該實(shí)施例中的功率組件包括組件框架100，組件框架100上布置有左右兩個(gè)子模塊單元200，每個(gè)子模塊單元200分別包括8個(gè)閥段子模塊，每個(gè)閥段子模塊300分別具有對應(yīng)連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率器件，此處的功率器件為IGBT13，兩個(gè)子模塊單元200的閥段子模塊300依次串聯(lián)。
[0024]實(shí)際上，本實(shí)施例中，每個(gè)子模塊單元分別具有沿沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元10和后列壓裝單元11，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個(gè)IGBT13和水冷散熱器14以及相應(yīng)的壓裝結(jié)構(gòu)，壓裝結(jié)構(gòu)包括位于兩端的兩壓裝板和設(shè)置于兩壓裝板之間的絕緣拉桿。
[0025]每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的IGBT布置在前列壓裝單元10中、兩個(gè)下橋臂的IGBT布置在后列壓裝單元11中。而且，同一閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個(gè)IGBT相鄰，每個(gè)閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個(gè)IGBT與布置在后列壓裝單元中的兩個(gè)IGBT在前后方向一一對應(yīng)。
[0026]每個(gè)閥段子模塊均包括四個(gè)IGBT和與四個(gè)IGBT對應(yīng)間隔布置的六個(gè)水冷散熱器，四個(gè)IGBT包括布置在前列壓裝單元10中的兩個(gè)前列IGBT和布置在后列壓裝單元中的兩個(gè)后列IGBT，六個(gè)水冷散熱器則包括布置在前列壓裝單元中的三個(gè)前列散熱器和布置在后列壓裝單元中的三個(gè)后列散熱器。本實(shí)施例中，相鄰的兩個(gè)閥段子模塊共用兩個(gè)位于外側(cè)的水冷散熱器。
[0027]實(shí)際上，每個(gè)閥段子模塊的兩上橋臂的前列IGBT通過位于兩前列IGBT之間的前列散熱器導(dǎo)電連接，兩下橋臂的后列IGBT通過位于兩后列IGBT之間的后列散熱器導(dǎo)電連接。
[0028]而且，每個(gè)閥段子模塊的位于兩前列IGBT兩外側(cè)的兩個(gè)前列IGBT與位于兩后列IGBT外側(cè)的兩個(gè)后列IGBT—一對應(yīng)的通過橋接片12導(dǎo)電連接，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)發(fā)段子模塊的兩個(gè)上橋臂與兩個(gè)下橋臂之間的導(dǎo)電連接。
[0029]此處的組件框架實(shí)際上包括兩絕緣支撐梁2和三個(gè)鋁支撐梁5，兩絕緣支撐梁2包括沿前后方向間隔布置并沿左右方向并行延伸的前絕緣支撐梁和后絕緣支撐梁，兩絕緣支撐梁包括沿前后方向間隔布置并沿左右方向并行延伸的前絕緣支撐梁和后絕緣支撐梁，兩絕緣支撐梁均為U形，三個(gè)鋁支撐梁5為沿左右方向間隔布置并沿前后方形并行延伸的左支撐梁、中部支撐梁和右支撐梁，兩個(gè)子模塊單元的其中一個(gè)子模塊單元的兩列壓裝單元固定安裝在左支撐梁和中部支撐梁之間，另一個(gè)子模塊單元的兩列壓裝單元固定安裝在中部支撐梁和右支撐梁之間。
[0030]實(shí)際上，在組裝框架上對應(yīng)每個(gè)閥段子模塊分別設(shè)有一個(gè)旁路開關(guān)3，該旁路開關(guān)3于對應(yīng)的閥段子模塊300并聯(lián)布置，本實(shí)施例的組裝框架上共設(shè)有16個(gè)旁路開關(guān)3以與兩個(gè)子模塊單兀中的16個(gè)閥段子模塊相應(yīng)，16個(gè)芳路開關(guān)對應(yīng)的布置在子模塊單兀的前后兩側(cè)。
[0031]而且，實(shí)際上，每個(gè)閥段子模塊均包括阻尼電容7和阻尼電阻6，每個(gè)閥段子模塊的阻尼電容和阻尼電阻分別布置在子模塊單元的前側(cè)。
[0032]另外，組件框架上于子模塊單元的后側(cè)設(shè)有向閥段子模塊中的IGBT供電的取能電源9，取能電源9對應(yīng)與閥段子模塊中的IGBT驅(qū)動(dòng)8導(dǎo)電連接以實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)IGBT的驅(qū)動(dòng)。
[0033]另外，在組件框架400的外側(cè)設(shè)置屏蔽罩I，屏蔽罩I沿組件框架的周向間隔均布有多個(gè)。
[0034]本實(shí)施例所提供的功率組件中，每個(gè)子模塊單元分別具有兩列壓裝單元，以形成多個(gè)閥段子模塊，前后列壓裝單元中的IGBT對應(yīng)導(dǎo)電連接以構(gòu)成H橋，而且，旁路開關(guān)、阻尼電容和阻尼電阻對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，不影響沿左右方向延伸的壓接單元的布置。整個(gè)功率組件結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，同時(shí)，也方便實(shí)現(xiàn)功率組件內(nèi)部器件的對應(yīng)導(dǎo)電接線。
[0035]本實(shí)施例中，功率器件采用IGBT，在其他實(shí)施例中，也可采用IGCT。
[0036]本實(shí)施例中，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，在其他實(shí)施例中，也可僅子模塊單元的前側(cè)或后側(cè)。
[0037]本實(shí)施例中，各閥段子模塊的阻尼電阻和阻尼電容布置在子模塊單元的前側(cè)，在其他實(shí)施例中，也可以布置在子模塊單元的前側(cè)和后側(cè)，或者是直接布置在后側(cè)，可使得阻尼電阻和阻尼電容沿左右方向排布布置。
[0038]本實(shí)施例中，組件框架上設(shè)有兩個(gè)子模塊單元，在其他實(shí)施例中，可設(shè)置一個(gè)子模塊單元或者兩個(gè)以上的子模塊單元。
[0039]本實(shí)施例中，壓接單元中壓裝結(jié)構(gòu)可采用申請公布號(hào)為CN104701096A中壓接單元的壓裝結(jié)構(gòu)，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的閥段壓接結(jié)構(gòu)。
[0040]如圖4所示，一種直流斷路器的實(shí)施例，該實(shí)施例中的直流斷路器包括并聯(lián)的隔離開關(guān)支路和轉(zhuǎn)移支路，轉(zhuǎn)移支路上串聯(lián)有多個(gè)功率組件500，此處的功率組件500沿水平方向布置有兩列，每列沿豎直方向布置有多個(gè)，每個(gè)功率組件的結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示，在此不再贅述，多個(gè)功率組件的相應(yīng)閥段子模塊對應(yīng)導(dǎo)電串聯(lián)。在其他實(shí)施例中，也可使功率組件僅沿水平方向或豎直方向布置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，包括組件框架，組件框架上設(shè)有至少一個(gè)子模塊單元，各子模塊單元分別包括閥段子模塊，各閥段子模塊具有對應(yīng)電連接以構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)功率器件，其特征在于:所述的子模塊單元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向間隔分布的前列壓裝單元和后列壓裝單元，每列壓裝單元均包括沿左右方向依次壓裝固定的多個(gè)功率器件，各子模塊單元中的閥段子模塊沿左右方向布置有至少兩個(gè)，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的功率器件布置在所述前列壓裝單元中、兩個(gè)下橋臂的功率器件布置在所述后列壓裝單元中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的每個(gè)閥段子模塊中的布置在同一列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件相鄰，每個(gè)閥段子模塊中的布置在前列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件與布置在后列壓裝單元中的兩個(gè)功率器件在前后方向一一對應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的功率器件為IGBT，每列壓裝單元包括依次間隔布置的多個(gè)水冷散熱器和所述的IGBT，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂的IGBT和兩個(gè)下橋臂的IGBT分別通過夾設(shè)在對應(yīng)兩IGBT之間的水冷散熱器導(dǎo)電連接，每個(gè)閥段子模塊中的兩個(gè)上橋臂與兩個(gè)下橋臂通過橋接在該閥段子模塊的四個(gè)IGBT外側(cè)的相應(yīng)水冷散熱器之間的橋接片導(dǎo)電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的組件框架上于子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)設(shè)有向所述閥段子模塊的IGBT供電的取能電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的組裝框架上對應(yīng)每個(gè)閥段子模塊分別設(shè)有一個(gè)旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)與對應(yīng)的閥段子模塊并聯(lián)布置，旁路開關(guān)對應(yīng)布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:每個(gè)閥段子模塊均包括阻尼電容和/或阻尼電阻，每個(gè)閥段子模塊的阻尼電容和/或阻尼電阻分別布置在所述子模塊單元的前側(cè)和/或后側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的組件框架上沿左右方向串聯(lián)布置有至少兩個(gè)所述的子模塊單元。8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:所述的組件框架外側(cè)沿組件框架周向布置有多個(gè)屏蔽罩。9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的直流斷路器轉(zhuǎn)移支路用功率組件，其特征在于:組件框架包括沿前后方向間隔布置的前、后絕緣支撐梁和固設(shè)在兩絕緣支撐梁上的沿左右方向間隔分布的至少兩個(gè)鋁支撐梁，前、后列壓接單元固定在相應(yīng)的鋁支撐梁上。10.直流斷路器，包括并聯(lián)的隔離開關(guān)支路和轉(zhuǎn)移支路，轉(zhuǎn)移支路上串聯(lián)有多個(gè)功率組件，其特征在于:所述的功率組件沿水平方向和/或豎直方向布置，每個(gè)功率組件均采用如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的功率組件。
【文檔編號(hào)】H01H71/02GK105895458SQ201610357845
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】賈艷玲, 吳紅艷, 肖晉, 王健云, 毛志云, 李華君, 張凱, 謝云龍
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司, 國家電網(wǎng)公司