一种供电柜及其变频器柜的制作方法

1.本实用新型一般地涉及供电系统技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种供电柜及其变频器柜。


背景技术：

2.油田、矿井等往往处于野外，一般供配电线路无法铺设到位。因此，在这些油田、矿井等应用场景中需要设置独立的供电设备，直接从高压电网获取电力，然后进行降压以得到适合工业设备使用的电压。这种供电设备可以是供电柜，供电柜包括一个或者多个柜体，不同的柜体中安装不同的设备，例如可以包括进线柜、变压器柜和变频器柜；例如变压器柜中包括变压器，变压器的原边连接电网，用于从高压电网获取电源电压，并对电源电压进行变压处理，以得到适用于设备使用的电压。变频器柜中包括变频器，变频器连接变压器的副边，以对变压后的电压进行变频处理。经过变频处理后，可以利用动力线缆连接电机等工业设备，驱动电机等工业设备的运转。
3.变频器柜中的变频器的主电路处于高压动力系统中，同时，变频器为了正常工作，其本身还需要低压控制系统的控制信号对其内部的元件进行控制管理(例如控制变频器内的igbt导通和截止)。也就是说，变频器不仅涉及高压动力系统，还涉及低压控制系统，而高压动力系统和低压控制系统之间需要进行隔离，避免高压动力系统对低压控制系统的负面影响。另外，变频器发热量大，需要对变频器以及柜体内空间进行散热，因此还需要多种散热装置。
4.综上所述，变频器柜内设备较多，而且设备的类型各异，需要对变频器柜内部有限的空间进行规划，以在所述有限的空间内安装布局各种设备，并且保证电气性能和散热性能的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种供电柜及其变频器柜，用以至少解决如何在保证电气性能和散热性能要求的前提下合理利用变频器柜内部空间的问题。
6.为解决上述问题，本实用新型提供了如下技术方案：
7.根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种变频器柜，其内部用于安装变频器，所述变频器柜的前侧壁用于安装柜门，所述变频器柜内至少设置有第一水冷板，所述第一水冷板朝向所述柜门的一侧为内侧，另一侧为外侧；所述第一水冷板内侧的空间内安装所述变频器和动力线接线装置，所述第一水冷板外侧的空间内安装控制信号接线装置。
8.在一个实施例中，所述变频器柜内还设置有第二水冷板，所述第二水冷板与所述第一水冷板垂直对接；所述第一水冷板内侧上安装所述变频器的第一功率单元，所述第二水冷板的内侧上安装所述变频器的第二功率单元。
9.在一个实施例中，所述第二水冷板的外侧朝向所述变频器柜的右侧壁，所述右侧
壁上装配所述动力线接线装置。
10.在一个实施例中，所述变频器的第一功率单元为整流单元，所述变频器的第二功率单元为逆变单元。
11.在一个实施例中，所述第二水冷板内侧上还装配有电力电容，用于滤波和稳定直流电压。
12.在一个实施例中，所述变频器柜的底壁上装配有高压总成。
13.在一个实施例中，所述高压总成下方放置有干燥剂，用于对变频器柜内的空气进行干燥。
14.在一个实施例中，所述变频器柜的右侧壁上还装配有空调和加热器。
15.在一个实施例中，所述变频器柜还包括与所述右侧壁相对设置的左侧壁，所述左侧壁上设置有接线孔，所述接线孔用于从外部引入电缆以连接所述变频器。
16.根据本实用新型的第二方面，本实用新型还提供了一种供电柜，包括依次连接的进线柜，变压器柜，以及上述任一实施例所述的变频器柜。
17.本实用新型通过水冷板实现对变频器散热的同时，还利用水冷板将变频器柜内的空间至少分隔为两部分，即分隔为水冷板外侧的空间和水冷板内侧的空间；将变频器、动力线接线装置设于水冷板内侧的空间里，将控制信号接线装置设于水冷板外侧的空间里，使得控制信号接线装置和动力线接线装置可以相隔较远的距离，从而避免了高压动力系统对低压控制系统的负面影响。而且将变频器等设备设于水冷板内侧的空间里，也有利于工作人员的维修工作。因此，本实用新型能够在满足电气性能和散热性能的前提下充分利用整个变频器柜内的空间，使得设备布局紧凑合理。
附图说明
18.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
19.图1为根据本实用新型实施例一种供电柜的结构示意图；
20.图2为变频器柜内部的主视图；
21.图3为图2的b-b向剖视图；
22.图4为图2的d-d向剖视图；
23.图5为图2的c-c向剖视图；
24.其中，进线柜1，变压器柜2，变频器柜3，控制信号接线装置31，动力线接线装置32，风机33，空调内机34，空调外机35，第一水冷板51，第二水冷板52，高压总成41，整流单元42，电力电容43，逆变单元44，加热器 45，功率适配器411，高压采样单元412，预充电单元413，加热控制单元71，接线端子排72，干燥剂73，断路器74。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
26.请参阅图1，图1示出了一种供电柜。供电柜可以用于油田、矿井等场合，功能是对外输出电能，驱动大型的工业设备，例如为电机提供电能，以驱动采油设备、钻进设备等。供电柜的主要原理是从电网接入高压电，进行降压处理后再进行变频处理，最终输出功率、频率可调的低压交流电(这里的低压是相对于输入的高压电而言的)。一般来讲，供电柜中设有变压器，变压器的原边连接高压电网，用于从高压电网获取电能，并且对电压进行变压处理，以得到适合于设备使用的电压；变压器的副边连接变频器，以进行变频处理。
27.如图1所示，一种供电柜包括从左至右(按照图示方向)依次设置的进线柜1、变压器柜2和变频器柜3。进线柜1用于连接高压电网，例如通过进线柜1一个侧壁上的进线盒连接高压电缆，将高压电源引入供电柜。变压器柜2中安装变压器，变压器对输入高压交流电进行降压处理，例如变压器原边连接从进线柜1接入的高压电，在变压器副边生成低压交流电。变频器柜 3内部设置有变频器，变频器用于对来自于变压器副边的低压交流电进行变频处理。例如，变频处理可以包括整流处理和逆变处理，相应地，变频器包括整流单元和逆变单元。
28.根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种变频器柜3。变频器柜3左侧壁用于与变压器柜2连接，右侧壁上设置有动力线接线装置32，用于为电机等设备直接提供电能；右侧壁上还安装有空调，包括空调内机34 和空调外机35。前侧壁上安装有柜门，柜门可以打开和关闭，方便工作人员对柜内设备进行检修。变频器柜3上方还设置有风机33，用于促进整个变频器柜3内部的空气循环。
29.图2为变频器柜的主视图，展示了变频器柜3后侧壁的结构。图3为图 2的b-b向剖视图，展示了变频器柜3的右侧壁结构；图4为图2的d-d向剖视图，展示了变频器柜3的底壁结构；图5为图2的c-c向剖视图，展示了变频器柜3的左侧壁结构。下面结合图2-图5对变频器柜内部结构进行详细说明。
30.如图4所示，变频器柜3中设有与后侧壁平行设置的第一水冷板51，以及与右侧壁平行设置的第二水冷板52；第一水冷板51与第二水冷板52垂直对接，呈“l”型。定义第一水冷板51朝向后侧壁的一侧为外侧，朝向柜门 (即前侧壁)一侧为内侧；同理，定义第二水冷板52朝向右侧壁的一侧为外侧，另一侧为内侧。
31.第一水冷板51外侧的空间里，用于安装散热管路和控制信号接线装置 31，第二水冷板52外侧的空间内也安装了散热管路。散热管路用于向第一水冷板51和第二水冷板52内部通入冷却液与变频器进行热交换，并且将热交换后的冷却液导出。结合图3可知，第一水冷板51内侧的空间里用于安装变频器和动力线接线装置32。
32.其中，动力线接线装置32对内连接变频器的输出，对外通过电缆连接到电机等工业用电设备，因此动力线接线装置32属于高压动力系统；控制信号接线装置31用于产生和输出控制信号，控制信号可以连接到变频器(例如逆变单元的igbt)，还可以连接空调等其他设备，因此控制信号接线装置31 属于低压控制系统。
33.根据以上说明可知，本实用新型的基本构思是：通过水冷板实现对变频器散热的同时，还利用水冷板将变频器柜3内的空间至少分隔为两部分，即分隔为水冷板外侧的空间和水冷板内侧的空间；将变频器、动力线接线装置 32设于水冷板内侧的空间里，将控制信号接线装置31设于水冷板外侧的空间里。在一个实施例中，控制信号接线装置31和动力线
接线装置32的距离较远，避免高压动力系统对低压控制系统的负面影响。另外，将变频器等设备设于水冷板内侧空间里，工作人员打开柜门即可观察和操作，有利于日常的维修工作。因此，本实用新型能够在满足电气性能和散热性能的前提，在较小的空间内排布多种设备，充分利用了整个变频器柜3内空间，设备布局紧凑合理。
34.进一步地，结合图2可知，第一水冷板51的内侧上安装变频器的整流单元42。第二水冷板52的内侧上安装变频器的逆变单元44。整流单元42和逆变单元44是变频器的主要发热部件，因此将变频器的整流单元42和逆变单元44分别设于第一水冷板51和第二水冷板52上，即通过两块水冷板分别对变频器进行散热，能够提升整体的散热能力，有利于使变频器维持在合适的工作温度上。
35.如图4所示，第二水冷板52的宽度小于右侧壁，空余出的空间用于安装空调(包括空调内机34和空调外机35)和动力线接线装置32。动力线接线装置32与控制信号接线装置31基本上处于柜体内部的两个对角上，它们之间的是柜体内的最大距离，隔离效果较好；而且控制信号接线装置31还处于第一水冷板51的外侧，进一步增强了高压动力系统和低压控制系统之间的隔离性。
36.如图3和图4所示，变频器还包括高压总成41和电力电容43，高压总成41包括预充电单元413和高压采样单元412等。预充电单元413可以在电力电容43电压较低时投入为电力电容43充电，在电力电容43电压较高时切除。高压采样单元412可以对电力电容的电压进行检测。高压总成41上方还安装有功率适配器411，功率适配器411用于驱动igbt，例如逆变单元44 中的igbt等晶体管。由于高压总成41、电力电容43、预充电单元413、高压采样单元412和功率适配器411均属于市售产品，可以直接购买，而且这些设备与变频器的连接方式也属于现有技术，因此在本文中不再赘述。需要注意的是高压总成41和电力电容43的安装位置，高压总成41可以安装在底壁上，利用了第一水冷板51与第二水冷板52内侧的空间。电力电容43可以安装在第二水冷板52内侧上，便于利用第二水冷板52进行散热，而且距离逆变单元44较近，有利于减少杂散干扰。
37.如图5所示为变频器柜3的左侧壁，左侧壁与变压器柜2相接触，包括接线孔(未标识)和接线端子排72，接线孔用于从变压器柜引入电缆以连接到变频器柜内部，接线端子排72用于对内连接变频器，用于对变频器的供电。左侧壁上还包括其他电压等级的接线端子和断路器74，用于对变频器柜3内部提供其他电压等级的供电，其他电压等级的接线端子和断路器74不是用于连接变频器本体，而是用于连接变频器内部的附属设备，例如风机33 和空调等设备，为风机33和空调提供适于它们运行的交流电压(例如220v 交流电或者380v交流电)。
38.如图3所示，在一个实施例中，变频器柜3中还安装有加热器45，加热器45设于变频器柜3的右侧壁，用于对变频器柜3进行加热。加热器45和空调用于变频器柜3内部的温度调节，例如在天气较低时可以开启空调制热，保持变频器柜内温度处于一个较为适宜的水平；在天气更为寒冷时，则可以同时开启空调和加热器45提高制热能力。
39.如图5所示，在一个应用场景中，加热器45还配置有加热控制单元71，加热控制单元71设置于左侧壁上，用于控制加热器45，例如当温度较低时控制加热器45开启，当温度较高时控制加热器45关闭。加热器45可以采用电热丝作为发热部件进行加热，加热控制单元71主要包括微处理器和温度传感器，温度传感器采样变频器柜3内部的温度，微处理器用于
根据温度传感器采样的温度信息生成控制信号。加热器45和加热控制单元71均属于现有技术，可以采用市售产品实现，因而对其具体结构原理不再进行详细解释和说明。
40.如图5所示，在一个实施例中，高压总成41下方(即高压总成41与底壁之间)还设置有干燥剂73，用于对变频器柜3内空气进行干燥，避免变频器柜3内部湿度过高导致凝露对柜体的腐蚀和对设备电气性能的影响。本实施例中，将干燥剂73置于高压总成41下方，不会占用变频器柜3内的主要空间，而且也利于工作人员进行检修和更换。
41.根据本实用新型的第二方面，还提供了一种供电柜。在一个实施例中，供电柜可以是如图1所示的结构形式，其包括设置在变压器柜2右侧的变频器柜3。变频器柜3左侧壁用于与变压器柜2连接，右侧壁上设置有动力线接线装置32。该变频器柜3可以采用上述本实用新型第一方面中各种实施例的变频器柜。
42.变频器柜中涉及变频器主电路的高压动力系统，以及低压控制系统。在一个实施例中，高压动力系统的动力线接线装置设于变频器柜的右侧壁上，低压控制系统的控制信号接线装置设于变频器柜后侧壁和左侧壁连接处，而且动力线接线装置和控制信号接线装置被水冷板所分隔，从而避免了高压动力系统对低压控制系统的负面影响。为了温度控制的需要，变频器柜内设置水冷板，将变频器中的发热元件安装在水冷板上，从而实现对变频器本体的散热；变频器柜内还设置空调和加热器，以对变频器柜内的空气进行温度控制；变频器柜内设置风机，从而可以调节变频器柜内的空气循环速度，有利于变频器柜内温度的均衡。总的来说，本实用新型在满足电气性能和散热性能的前提下充分利用整个变频器柜内的空间，使得设备布局紧凑合理，也使得整个供电柜的体积更小，对外体现出更好的电气性能。
43.在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。
45.虽然本说明书已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。