海底高压直流变电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海底电力技术领域，涉及一种海底高压直流变电装置，具体说是一种能将输送到海底的高压直流电降压变换为中压直流电的装置。
【背景技术】
[0002]当前在海洋科学研究、灾害预警和资源开发等领域中，所需使用的海底设备的种类和数量越来越多，这些海底设备需要覆盖的探测范围越来越广，要求原位连续运行的时间越来越长。随着复杂性和智能化程度的不断提高，各类海底设备的功耗越来越大，需要持续提供给它们的电能越来越多。因此，传统的船基考察方式已难以满足当前这些领域的需求，只有通过连接至陆地的海底电网实现远距离大范围输电，才能解决大量设备在海底长期运行面临的充裕且持续的电能供给难题。
[0003]这类海底电网普遍采用跨洋通信系统所用的标准海底光电复合通信海缆进行直流输电，为了覆盖较广的海底地理范围，必须尽量提高输电电压来降低海缆上的电压损耗，并提高电能输送效率。为了保证25年以上的工作寿命，综合考虑此类海缆的长期绝缘性能，这类海底电网的最高输电电压通常为数千伏，且最高不超过10kV。而海底设备普遍采用数十伏的低压直流供电，且通常为48V以内，因此必须在海底对海缆输送的高压直流电进行逐级降压，其中海底高压直流变电装置为第一级降压装置，负责将数千伏的高压直流电变换为数百伏的中压直流电，且通常为400V左右，使得设置在负荷中心的海底直流配电装置易于将其再次降压至数十伏的低压直流电。
[0004]为了提高电能变换效率，海底高压直流变电装置必须采用高频开关直流变换方案。现有技术以金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)作为开关器件，构建基本的开关直流变换模块。由于现有成熟的功率MOSFET耐压低、功率小，导致其所构建的基本模块耐压也低、功率也小，因此必须将至少数十个基本模块通过复杂的输入、输出串并联组合，才能实现数千伏高压直流电到数百伏中压直流电的变换。现有技术的缺点是，由于所需组合的基本模块数量众多、组合结构复杂，使得整个装置的机电集成结构较为复杂，导致其装配、检修和维护的效率低下，且大大降低了此类装置的可靠性和稳定性，因此难以满足此类装置在海底恶劣环境下长期运行所需的高可靠性、高稳定性和体积紧凑的要求。
【发明内容】
[0005]本发明针的目的在于提出一种结构简单和可靠性高的海底高压直流变电装置，所述的海底高压直流变电装置采用高耐压的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)串联后作为功率开关器件，并采用全桥拓扑构建基本的高压高频开关直流变换模块，再将数个高压高频开关直流变换模块进行输入串联输出并联(Input SeriesOutput parallel，IS0P)组合，实现数千伏的高压直流电到数百伏的中压直流电的降压变换，可广泛用于海洋科学研究、灾害预警和资源开发等领域。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
海底高压直流变电装置，包括高压直流变换器200、上连接环203、散热支架207和下连接环208和耐压密封腔体，所述高压直流变换器200、上连接环203、散热支架207和下连接环208均安装于耐压密封腔体内，所述耐压密封腔体由前端盖组件100、筒身400和后端盖组件300依次连接而成，所述前端盖组件100包括前端盖108、第二 O型密封圈107、第一水密连接器104、第二水密连接器105和保护罩101，所述第一水密连接器104和第二水密连接器105均带有外螺纹，且分别安装于前端盖108—侧相应的内螺纹上，所述第一水密连接器104和第二水密连接器105与前端盖108连接处通过螺纹锁紧挤压第一 O型密封圈106实现密封;所述第二水密连接器105用于输入高压直流电，所述第一水密连接器104用于输出中压直流电；所述保护罩101通过第一螺栓102安装于前端盖108—侧上，且套于第一水密连接器104和第二水密连接器105外;所述后端盖组件300包括后端盖304、第三O型密封圈303和油压补偿器301，所述油压补偿器301通过第七螺栓302固定于下端盖304—侧上，所述前端盖108另一侧与高压直流变换器200之间通过第八螺栓109连接;所述高压直流变换器200安装于耐压密封腔体内，高压直流变换器200包括高压启动模块202、高压高频开关直流变换模块206、输出滤波模块209、上连接环203、下连接环208和散热支架207，高压启动模块202、高压高频开关直流变换模块206和输出滤波模块208依次连接，所述高压启动模块202通过第九螺栓201安装于上连接环203上，所述高压高频开关直流变换模块206通过第四螺栓205安装于散热支架207上，所述输出滤波模块208通过第六螺栓211安装于下连接环208上，所述上连接环203和下连接环208与散热支架207之间分别通过第三螺栓204和第五螺栓210连接;所述高压高频开关直流变换模块206采用一个或多个高压IGBT串联后作为一个功率开关器件使用，且采用四个所述的功率开关器件构建高频变压器隔离的脉冲宽度调制Pulse WidthModulat1n，PWM移相控制全桥拓扑，所述的高压高频开关直流变换模块206的输入电压范围为lkV-3kV，最高输出电压为400V，最大输出电流为25A，最高开关频率为25kHz。
[0007]本发明中，所述前端盖组件100和后端盖组件300与筒身400连接处分别设置第二O型密封圈107和第三O型密封圈303，实现前端盖组件100和后端盖组件300与筒身400之间的密封。
[0008]本发明中，所述高压直流变换器200根据实际输入电压范围选择安装1、2、3或4个高压高频开关直流变换模块206，多个所述的高压高频开关直流变换模块206采用输入串联输出并联Input Series Output parallel，ISOP组合结构，从而实现lkV-3kV、2kV_6kV、3kV-9kV或4kV-12kV的高压直流电到400V中压直流电的降压变换。
[0009]本发明中，所述耐压密封腔体内充满用于所述的高压高频开关直流变换模块206对流散热和高压绝缘的电子氟化液，所述的油压补偿器301则用于补偿电子氟化液因为温升引起的体积膨胀，从而稳定耐压密封腔体内部施加到高压直流变换器200上的压力。
[0010]本发明的有益效果是:
该装置所需的基本模块个数少、组合结构简单，机电集成简单紧凑、功率密度大，易于装配、检修和维护;该装置的输入电压范围很宽，可根据实际应用需要，灵活配置基本的模块个数，对不同输入电压等级的适应能力强；该装置的散热能力强，且具有油压补偿能力，有效稳定施加在内部电路上的压力。因此，该装置在海底长期运行的可靠性和稳定性高。
【附图说明】
[0011 ]图1为该装置的总体爆炸结构图。
[0012]图2为该装置前端盖组件的爆炸结构图。
[0013]图3为该装置前端盖的示意图。其中:(a)为前端盖的上视图，(b)为前端盖的侧视图，(C)为前端盖的下视图。
[0014]图4为该装置保护罩的示意图。其中:(a)为保护罩的下视图，(b)为保护罩的侧视图。
[0015]图5为该装置后端盖组件的爆炸示意图
图6为该装置油压补偿器的示意图。其中:(a)为油压补偿器的下视图，(b)为油压补偿器的侧视图。
[0016]图7为该装置后端盖的示意图。其中:(a)为后端盖的下视图，(b)为后端盖的侧视图，(C)为后端盖的上视图。
[0017]图8为该装置高压直流变换器的爆炸示意图。
[0018]图9为该装置上连接环和下连接环的示意图。其中:(a)上连接环和下连接环的上视图，(b)上连接环和下连接环的下视图，(C)上连接环和下连接环的侧视图。
[0019]图10为该装置高压高频开关直流变换模块在散热支架上的安装示意图。
[0020]图11为该装置散热支架的示意图。其中:(a)为散热支架的前视图，(b)为散热支架的侧视图，(C)为散热支架的上视图。
[0021 ]图12为该装置的整体示意图。
[0022]图13为该装置单个高压高频开关直流变换模块的原理图。
[0023]图14为该装置单个高压高频开关直流变换模块的设计框图。
[0024]图15为该装置两个高压高频开关直流变换模块的组合框图。
[0025]图16为该装置三个高压高频开关直流变换模块的组合框图。
[0026]图17为该装置四个高压高频开关直流变换模块的组合框图。
[0027]图中标号:100为前端盖组件、101为保护罩、102为第一螺栓、103为第二螺栓、104为第一水密连接器、105为第二水密连接器、106为第一O型密封圈、107为第二O型密封圈、108为前端盖、109为第八螺栓、200为高压直流变换器、201为第九螺栓、202为高压启动模块、203为上连接环、204为第三螺栓、205为第四螺栓、206高压高频开关直流变换模块、207为散热支架、208为下连接环、209为输出滤波模块、210为第五螺栓、211为第六螺栓、300为后端盖组件、301为油压补偿器、302为第七螺栓、303为第三O型密封圈、304为后端盖、305为第八螺栓、400为筒身。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0029]实施例1:如图1和图12所示，该装置包括高压直流变换器200和耐压密封腔体，其中高压直流变换器200安装在耐压密封腔体内。耐压密封腔体包括前端盖组件10