动车组用集成式固体绝缘高压电器箱的制作方法

动车组用集成式固体绝缘高压电器箱
所属技术领域
1.本发明涉及一种牵引供电领域的高压绝缘技术及高压电器集成技术，具体是涉及动车组用高压电器箱内部采用固体绝缘集成技术。


背景技术：

2.我国地缘辽阔，气候环境复杂多变，动车组运行的地理区域广，其车顶的高压设备暴露在大气环境下经常会受到各种各样的恶劣环境的叠加侵蚀，这就要求车顶高压电器的绝缘要求相比同等水平的电网高压设备绝缘要求更高，进而动车组高压电器的绝缘成本也大大增加。为了彻底解决复杂多变的环境对车顶高压电器造成的绝缘隐患，目前动车组车顶高压电器多采用封闭式的高压电气箱结构，车顶高压电器全部集成在高压电气箱内部，通过箱体将高压电器与外部环境相隔离，大大增加了高压电器的工作可靠性。
3.目前采用的高压电气箱内部多采用空气绝缘，这要求高压电气箱的内部空间应满足空气不发生绝缘击穿所要求的距离，而空气的击穿场强往往比较低，这使得高压电气箱体大而笨重，不易于安装。为此，本发明提出了用固体介质替代空气作为高压电器间的主绝缘，灌封胶的击穿场强远远大于空气的击穿场强，这使得在同等绝缘水平下，用固体绝缘灌封的高压电器箱的体积比用空气做绝缘的高压电器箱的体积要小得多，并且由于固体本身良好的绝缘性能，单个高压电器的外部绝缘结构可以得到简化，节约了制作成本。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，是提供一种箱内采用固体绝缘的动车组用高压电气箱，提高动车组高压电气箱内的绝缘性能，减小维护成本，并缩小电气箱体积。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种集成式高压电气箱，包括箱体，箱体内部装有接地开关、真空断路器、避雷器、电压互感器、电流互感器、高压隔离开关、制冷设备、压力控制模块、超声波传感器及测温模块。还包括穿过箱体的输入电缆总成、输出电缆总成和跨接电缆总成。所述箱体内部采用固体绝缘来代替传统的空气绝缘，包括但不限于环氧灌封胶、硅胶灌封胶、聚氨酯灌封胶或模塑料。
7.在本发明中，由于采用固体绝缘，所以断路器、高压接地开关和高压隔离开关使用封闭式结构，以便于开关动作。密封室内可以使用压缩空气或绝缘油，以进一步减小电气箱体积并提高放电电压。另外，箱体内避雷器仅仅保留内部氧化锌阀片结构和机械固定部分。电压互感器、电流互感器也仅仅保留其内部线圈及铁芯结构。以上设备均取消伞裙护套等外绝缘及保护结构。
8.所述箱体内灌封或封装后，外表面紧贴固体绝缘使用半导电层来改善电场分布。金属外壳使用铝合金材料焊接而成，紧贴半导电层。同时金属外壳能充当接地屏蔽层。
9.所述箱体内预设置密封的冷却系统的循环流道，并利用循环装置驱动冷却介质，通过冷却介质在高压电气箱内的循环流动，对电气箱进行冷却换热。
10.所述箱体内预埋超声波传感器测量局部放电，预埋光纤测温或其它测温模块。超声波和测温模块传感器固定于避雷器阀片附近、电缆终端附近、电压互感器线圈附近，要确保足够的绝缘距离。
附图说明
11.图1为本申请的高压电气箱的内部结构图。
12.图2为本申请的高压电气箱的电气原理图。
13.图中，1.箱体，2.真空断路器，3.高压接地开关，4.电流互感器，5.电压互感器，6.避雷器，7.隔离开关，8.进线电缆总成，9.出线电缆总成，10.跨接电缆总成，11.压力控制模块，12.测温模块，13.超声波传感器，14.受电弓。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
15.本发明提供的一种动车组用集成式固体绝缘高压电器箱，结构如图1所示，电气原理图如图2所示，包括固定于电力机车动车组车顶的箱体1，箱体1内设置有真空断路器2，真空断路器2的输入端和输出端均连接有高压接地开关3，真空断路器2的输入端穿过电流互感器4连接进线电缆总成8，断路器3输入端还并联电压互感器5，断路器2输出端连接出线电缆总成9，断路器2输出端还并联避雷器6，同时还经高压隔离开关7连接在跨接电缆总成10上。
16.所述进线电缆总成8、出线电缆总成9和跨接电缆总成均穿过箱体1连接内部器件。所述进线电缆总成8与受电弓14连接，所述出线电缆总成9与主变压器相连
17.考虑到开关设备在固体绝缘介质中不好动作的问题，所述断路器2、高压隔离开关7和高压接地开关3均为完全密封结构。密封室内使用压缩空气或绝缘油，以提高密封室内的绝缘性能，并缩小密封室体积。
18.由于采用固体绝缘，电流互感器4、电压互感器5仅保留内部线圈结构。所述避雷器6仅仅保留内部氧化锌阀片结构和机械固定部分。箱内设备均去除外部伞裙护套等保护结构，降低了设备的成本。
19.所述箱体1内不在采用传统的空气绝缘，而是使用固体绝缘灌封或封装，固体绝缘可以是环氧灌封胶、硅胶灌封胶、聚氨酯灌封胶或模塑料，但不限于此。灌封前要保证箱体1及其内部设备的清洁，将胶搅拌均匀后尽量在可使用时间内用完已混合的胶液，在灌封过程中要尽量避免产生气泡。在胶固化过程中，应保持环境干净，以免有灰尘和杂志落入未固化的胶表面。
20.灌封胶固化后使用半导电层紧贴固体灌封胶，来达到改善电场的目的。所述箱体1采用铝合金材料焊接而成，铝合金材料紧贴半导电层，同时铝合金外壳接地屏蔽。
21.所述箱体1内预设置液冷循环流道，并采用循环装置驱动冷却介质，对高压电气箱进行冷却换热，避免箱内温度过高。液冷散热可以是油冷散热也可以是水冷散热。
22.所述箱体1内预埋超声波传感器，传感器采用陶瓷或pvdf压电薄膜作为传感介质，用来检测箱体内的局部放电情况。箱体1内还预埋光纤测温或其他测温模块，来监测箱体内的温度值。超声波传感器和测温模块固定于避雷器阀片附近、电缆终端附近、电压互感器线
圈附近，距离高压部件距离不小于2cm。
23.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化或修饰，都属本发明涵盖范围之内。


技术特征：
1.一种动车组用集成式固体绝缘高压电气箱，其特征在于，箱内采用固体绝缘进行整体灌封或封装，内部设备包括真空断路器、高压接地开关、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、制冷设备、压力控制模块、超声波传感器及测温模块，还包括穿过箱体的输入电缆总成、输出电缆总成和跨接电缆总成。2.根据权利要求1所述的集成式固体绝缘高压电气箱，其特征是，箱体内部采用固体绝缘灌封或封装，固体绝缘可以是环氧灌封胶、硅胶灌封胶、聚氨酯灌封胶或模塑料，但不限于此。3.根据权利要求1所述的集成式固体绝缘高压电气箱，其特征是，内部电压互感器、电流互感器仅保留内部线圈及铁芯结构；避雷器仅保留内部氧化锌阀片结构和机械固定部分；真空断路器、高压接地开关和高压隔离开关为完全密封结构；高压设备均取消原有的外部护套和伞裙等外绝缘部件及结构。4.根据权利要求1所述的集成式固体绝缘高压电气箱，其特征是，紧贴固体绝缘涂抹一层半导电涂层用来改善电场分布；箱体外壳为金属材料焊接而成，外壳紧贴半导电层，充当接地屏蔽层。5.根据权利要求1所述的集成式固体绝缘高压电气箱，其特征是，箱体内部铺设密封的液冷循环流道，并采用循环装置驱动冷却介质在流道内循环流动，进行对高压电气箱的冷却换热。6.根据权利要求1所述的集成式固体绝缘高压电气箱，其特征是，箱内预埋超声波传感器测量局部放电，预埋光纤测温或其它测温模块。

技术总结
本发明公开了一种动车组用集成式固体绝缘高压电器箱，包括箱体总成，箱体内包括真空断路器、高压隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、制冷设备、压力控制模块、超声波传感器及测温模块，还包括输入电缆总成、输出电缆总成和跨接电缆总成。以上高压电器用固体绝缘灌封或封装后，固定在箱体内部。由于箱体内采用固体绝缘，所以取消各设备原有的外部护套和伞裙等保护结构。本发明设计的目的在于降低外部环境因素对高压电器绝缘的影响。另外此种集成式高压电器箱内部采用固体绝缘作为各高压电器间的绝缘介质，固体绝缘效果更佳，在同样的绝缘要求下，用环氧灌封的高压电器箱可以更小，这样进一步节省了高压电器对车顶的占用空间。车顶的占用空间。车顶的占用空间。


技术研发人员：田付强 李玉诗
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/2/28