铀浓缩专用一体化变频电源的制作方法

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种铀浓缩专用一体化变频电源。

背景技术：

目前，铀浓缩商用离心工厂变频电源的设备广泛采用190型变频电源、国产150-450型变频电源以及180型变频电源。其中190型变频电源是国外六十年代中期的电力电子设备，国产150-450型变频电源是2005年后国内自主研制的PWM逆变的中频电源。这两类电源的缺点在于，变频电源的备用、检修切换、输出无功补偿、主机启动均需要搭配单独的区段供电柜工作，使得变频供电系统设备不够统一，给后续的维护带来不便。新近引进的180型变频电源实现了变频电源和区段供电柜的有机结合，使得整个供电系统简捷可靠，实现切换一键式操作，但由于其输出功率低，且每台变频电源由两个单独的功率柜组成，每个功率柜只能带一个单元，无法满足一台电源带1-3个单元的工艺级联要求。

目前，还没有适用于铀浓缩商用离心工厂的一体式集中控制的大容量变频电源。鉴于此种情况，需要研究开发适用于铀浓缩商用离心工厂的通用一体式大容量变频电源。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便捷、可靠的铀浓缩专用一体化变频电源，能够实现中频供电系统的组网。

实现本发明目的的技术方案：

一种铀浓缩专用一体化变频电源，它由6台变频电源构成：1#工作变频电源、2#工作变频电源、3#工作变频电源、4#工作变频电源、备用1变频电源、备用2变频电源；1#工作变频电源的输出端与1#工作电源负载的输入端连通，2#工作变频电源的输出端与2#工作电源负载的输入端连通，3#工作变频电源的输出端与3#工作电源负载的输入端连通，4#工作变频电源的输出端与4#工作电源负载的输入端连通；1#工作变频电源、2#工作变频电源、3#工作变频电源、4#工作变频电源和备用1变频电源的输入端之间通过备用1干线连通；1#工作变频电源、2#工作变频电源、3#工作变频电源、4#工作变频电源和备用2变频电源的输入端之间通过备用2干线连通；6台变频电源的通信端之间通过CAN总线连通；6台变频电源的监测端均各自与供电监测系统的输入端之间通过RS485总线连通；供电监测系统的反馈端和控制室监测台的接收端连通；6台变频电源的远程监测端均各自与DCS远程控制系统通过无线电连通；DCS远程控制系统的反馈端与控制室监测台的接收端连通。

所述的变频电源包括一体化电源功率柜和一体化电源负荷柜。

所述的一体化电源功率柜包括PWM逆变器、直流母线电容、18脉移相隔离变压器整流、主电进线配电装置、软起电路和控制器；主电进线配电装置的输入端与功率输入接口连通，主电进线配电装置的输出端与软起电路的输入端连通，软起电路的输出端与18脉移相隔离变压器整流、直流母线电容、PWM逆变器顺次连通；PWM逆变器、直流母线电容、18脉移相隔离变压器整流、主电进线配电装置、软起电路的控制端分别与控制器连通。

所述的一体化电源负荷柜包括QS1工作回路输入刀闸、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸、QS3应急检修回路刀闸、QF1主回路断路器、QF2备用回路断路器、输出短路接触器、输出补偿电容组、冲击车/补偿车接口和QS4负荷输出刀闸；QS1工作回路输入刀闸的输入端与PWM逆变器的输出端连通，QS1工作回路输入刀闸的输出端与QF1主回路断路器的输入端连通，QF1主回路断路器的输出端与QS4负荷输出刀闸的输入端连通；QF1主回路断路器的输出端与输出短路接触器、输出补偿电容组、冲击车/补偿车接口分别连通；QS2备用1/备用2回路双掷刀闸的备用1输入端与备用1干线接口连通，QS2备用1/备用2回路双掷刀闸的备用2输入端与备用2干线接口连通；QS2备用1/备用2回路双掷刀闸的输出端与QF2备用回路断路器的输入端连通；QF2备用回路断路器的输出端与QS4负荷输出刀闸的输入端连通；QS3应急检修回路刀闸的输入端与备用2干线接口连通；QS3应急检修回路刀闸的输出端与QS4负荷输出刀闸的检修输入端连通；QS4负荷输出刀闸的输出端与负载输出接口连通；QS1工作回路输入刀闸、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸、QF1主回路断路器、QF2备用回路断路器、输出短路接触器、输出补偿电容组、冲击车/补偿车接口的控制端分别与控制器连通。

所述的工作变频电源工作时经过三个阶段的升周：

第一阶段的升周：一体化电源功率柜接入380V/50Hz的市电；冲击车/补偿车接口连接冲击车，开启QS4负荷输出刀闸，为负载提供36V/50Hz的供电；

第二阶段的升周：触发PWM逆变器，开启QS1工作回路输入刀闸、QF1主回路断路器，将PWM逆变器逆变所得的200V电能为负载进行供电，同时冲击车/补偿车接口连接补偿车，为负载进行功率补偿；该200V电能的频率为400Hz～700Hz；

第三阶段的升周：调节PWM逆变器，所得的380V电能为负载进行供电；该380V电能的频率为1400Hz～1700Hz。

所述的工作变频电源停机时

断开PWM逆变器、QF1主回路断路器，并接通输出短路接触器，将返回的反电势清除干净。

所述的工作变频电源出现故障时，

断开QF1主回路断路器，并开启QF2备用回路断路器，故障工作变频电源通过CAN总线查询备用变频电源的使用状态，如果备用1变频电源未被使用，则QS2备用1/备用2回路双掷刀闸打至备用1输入端，备用1变频电源为负载供电；如果备用1变频电源被使用而备用2变频电源未被使用，则QS2备用1/备用2回路双掷刀闸打至备用2输入端，备用2变频电源为负载供电。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明提供的一种铀浓缩专用一体化变频电源通过采用18脉移相变压器整流和IGBT并管的PWM数字逆变，在提高效率及可靠性的同时，大大压缩了变频电源体积；

(2)本发明的负荷输出柜由开关类器件和相应的驱动电路组成，实现负荷输出的自动与手动切换功能、及输出无功补偿功能；

(3)本发明将变频电源与区段供电柜的有机结合，满足变频电源带载要求的同时缩减其结构尺寸，并优化技术参数和指标，能够实现中频供电系统的组网，使得整个中频供电系统的操作更加便捷、运行更加可靠。

附图说明

图1为本发明的铀浓缩专用一体化变频电源结构示意图；

图2为铀浓缩专用一体化变频电源的通讯组网示意图；

图3为一台变频电源的结构示意图。

图中：1.一体化电源功率柜、2.一体化电源负荷柜、3.1#工作变频电源、4.2#工作变频电源、5.3#工作变频电源、6.4#工作变频电源、7.一体化备用1变频电源、8.一体化备用2变频电源、9.1#工作电源负载、10.2#工作电源负载、11.3#工作电源负载、12.4#工作电源负载、13.备用1干线、14备用2干线、15.供电监控系统信号采集柜、16.DCS远程控制系统、17.控制室监测台、18.RS485总线、19.CAN总线、20.QS4负荷输出刀闸、21.PWM逆变器、22.直流母线电容、23.18脉移相隔离变压器整流、24.主电进线配电装置、25.软起电路、26.控制器、27.QS1工作回路输入刀闸、28.QS2备用1/备用2回路双掷刀闸、29.QS3应急检修回路刀闸、30.QF1主回路断路器、31.QF2备用回路断路器、32.输出短路接触器、33.输出补偿电容组、34.冲击车/补偿车接口、a.功率输入接口、b.备用1干线接口、c.备用2干线接口、d.负载输出接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所提供的铀浓缩专用一体化变频电源由6台变频电源构成，每台变频电源均为单路输出；其中，四台工作变频电源：1#工作变频电源3、2#工作变频电源4、3#工作变频电源5、4#工作变频电源6，两台备用变频电源：备用1变频电源7、备用2变频电源8。每台变频电源均各自包括相互连通的一体化电源功率柜1和一体化电源负荷柜2。1#工作变频电源3的输出端与1#工作电源负载9的输入端连通，2#工作变频电源4的输出端与2#工作电源负载10的输入端连通，3#工作变频电源5的输出端与3#工作电源负载11的输入端连通，4#工作变频电源6的输出端与4#工作电源负载12的输入端连通。1#工作变频电源3、2#工作变频电源4、3#工作变频电源5、4#工作变频电源6和备用1变频电源7的输入端之间通过备用1干线13连通，当1#工作变频电源3、2#工作变频电源4、3#工作变频电源5、4#工作变频电源之一出现故障或者需要定期维护时，备用1干线13将备用1变频电源7的电力供给故障电源，带动相应工作电源负载。1#工作变频电源3、2#工作变频电源4、3#工作变频电源5、4#工作变频电源6和备用2变频电源8的输入端之间通过备用2干线14连通。备用2干线14与备用1干线13的作用相同。备用变频电源可以通过自动判断工作变频电源的运行状态来实现自动备用，也可以通过手动切换实现备用。

如图2所示，6台变频电源的通信端之间通过CAN总线19连通，实现变频电源之间分享运行信息。6台变频电源的监测端均各自与供电监测系统15的输入端之间通过RS485总线18连通。供电监测系统15的反馈端和控制室监测台17的接收端连通。供电监测系统15通过RS485总线18采集6台变频电源的运行状态，并将运行状态发送给控制室监测台17，控制室监测台17也可以通过供电监测系统15对6台变频电源的开启和关闭进行控制。6台变频电源的远程监测端均各自与DCS远程控制系统16通过无线电连通。DCS远程控制系统16的反馈端与控制室监测台17的接收端连通。DCS远程控制系统16接收6台变频电源的运行状态，并将运行状态发送给控制室监测台17，控制室监测台17也可以通过DCS远程控制系统16对6台变频电源的开启和关闭进行控制。

如图3所示，一台变频电源包括一体化电源功率柜1和一体化电源负荷柜2。一体化电源功率柜1包括PWM逆变器21、直流母线电容22、18脉移相隔离变压器整流23、主电进线配电装置24、软起电路25和控制器26。主电进线配电装置24的输入端与功率输入接口a连通，主电进线配电装置24的输出端与软起电路25的输入端连通，软起电路25的输出端与18脉移相隔离变压器整流23、直流母线电容22、PWM逆变器21顺次连通。PWM逆变器21、直流母线电容22、18脉移相隔离变压器整流23、主电进线配电装置24、软起电路25的控制端分别与控制器26连通。

一体化电源负荷柜2包括QS1工作回路输入刀闸27、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28、QS3应急检修回路刀闸29、QF1主回路断路器30、QF2备用回路断路器31、输出短路接触器32、输出补偿电容组33、冲击车/补偿车接口34和QS4负荷输出刀闸20。QS1工作回路输入刀闸27的输入端与PWM逆变器21的输出端连通，QS1工作回路输入刀闸27的输出端与QF1主回路断路器30的输入端连通，QF1主回路断路器30的输出端与QS4负荷输出刀闸20的输入端连通。QF1主回路断路器30的输出端与输出短路接触器32、输出补偿电容组33、冲击车/补偿车接口34分别连通。QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28的备用1输入端与备用1干线接口b连通，QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28的备用2输入端与备用2干线接口c连通。QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28的输出端与QF2备用回路断路器31的输入端连通。QF2备用回路断路器31的输出端与QS4负荷输出刀闸20的输入端连通。QS3应急检修回路刀闸29的输入端与备用2干线接口c连通。QS3应急检修回路刀闸29的输出端与QS4负荷输出刀闸20的检修输入端连通。QS4负荷输出刀闸20的输出端与负载输出接口d连通。QS1工作回路输入刀闸27、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28、QF1主回路断路器30、QF2备用回路断路器31、输出短路接触器32、输出补偿电容组33、冲击车/补偿车接口34的控制端分别与控制器26连通。

控制器26为一台变频电源的控制中枢，对各个元器件的进行操控。主电进线配电装置24对输入的功率电进行配电，然后将电流通过软起电路25输送给18脉移相隔离变压器整流23，18脉移相隔离变压器整流23保证了变频电源输入功率因数达到0.95以上。18脉移相隔离变压器整流23给直流母线电容22充电，当充电到一定程度时，触发PWM逆变器21并将电流通过LC滤波输出到一体化电源负荷柜2，依次通过QS1工作回路输入刀闸27、QF1主回路断路器30、QS4负荷输出刀闸20输出到负载中。当QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28打至备用1输入端时，一体化备用1变频电源7给负载供电，具体为一体化备用1变频电源7依次通过备用1干线接口b、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28、QF2备用回路断路器31、QS4负荷输出刀闸20输出到负载中。当QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28打至备用2输入端时，一体化备用2变频电源8给负载供电，具体为一体化备用2变频电源8依次通过备用2干线接口c、QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28、QF2备用回路断路器31、QS4负荷输出刀闸20输出到负载中。当需要检修一台变频电源时，一体化备用2变频电源8依次通过备用2干线接口c、QS3应急检修回路刀闸29、QS4负荷输出刀闸20输出到负载中。输出短路接触器32的功能为：在电源断电后，QF1主回路断路器30断开，负载返回的反电势通过输出短路接触器32清除干净。输出补偿电容组33的功能为：根据负载在各工况下表现特性的不同，对负载进行投切。冲击车/补偿车接口34的功能为：通过切换冲击车和补偿车，实现对负载的供电或功率补偿，实现负载的大电流启动升周。

本发明的工作过程为：

本发明所提供的铀浓缩专用一体化变频电源在正常情况下由四台工作变频电源带动负载工作。对于每台工作变频电源，一体化电源功率柜1接入380V/50Hz的市电。冲击车/补偿车接口34连接冲击车，开启QS4负荷输出刀闸20，为负载提供36V/50Hz的供电，称为第一阶段的升周。当该组负载达到50Hz的同步转速后，触发PWM逆变器21，开启QS1工作回路输入刀闸27、QF1主回路断路器30，将PWM逆变器21逆变所得的200V/500Hz电能为负载进行供电，同时冲击车/补偿车接口34连接补偿车，为负载进行功率补偿，称为第二阶段的升周。当该组负载达到500Hz的同步转速后，再调节PWM逆变器21，带动负载进入最终工况，即380V/1600Hz。需要停机时，断开PWM逆变器21、QF1主回路断路器30，并接通输出短路接触器32，将返回的反电势清除干净。

当一台工作变频电源出现故障时，断开QF1主回路断路器30，并开启QF2备用回路断路器31，使用备用变频电源：备用1变频电源7、备用2变频电源8。故障工作变频电源通过CAN总线19查询备用变频电源的使用状态，如果备用1变频电源7未被使用，则QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28打至备用1输入端，备用1变频电源7为负载供电；如果备用1变频电源7被使用而备用2变频电源8未被使用，则QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28打至备用2输入端，备用2变频电源8为负载供电。

当需要对一台工作变频电源进行检修时，断开QS1工作回路输入刀闸27、断开QS2备用1/备用2回路双掷刀闸28、开启QS3应急检修回路刀闸29，备用2变频电源8为负载以及待检修工作变频电源供电。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。