CN109193696A - 功率柜节能散热系统 - Google Patents

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潘爱萍
曾庆涛
张荣军
朱清帅
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王雪婷
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李高杰
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Abstract

本发明公开了一种功率柜节能散热系统,包括设置在功率柜体内的功率器件模块;功率柜体内左、右间隔设有两个气流分割立板,两个气流分割立板底部开设有循环风口,两个气流分割立板的前、后边沿分别延伸至功率柜体的前、后侧壁;功率柜体顶壁上设有向左、右两侧导流的导流板;位于两个气流分割立板之间上、下间隔设有多层用于安放功率器件模块的模块集成箱,每层模块集成箱的上、下壁上均开有导流孔;位于最下层模块集成箱与循环风口之间,自下而上依次设置有空气净化网、制冷蒸发器和冷却风扇,制冷蒸发器通过管道与空调室外机的制冷管路连通。本发明采用一次性集中散热,节约电能59%,具有明显的节能效果。

Description

功率柜节能散热系统
技术领域
本发明涉及应用于电力系统中的无功补偿装置(SVG;英文Static Var Generater的缩写),尤其是涉及功率柜节能散热系统。
背景技术
无功补偿装置广泛应用于远距离电力传输、城市二级变电站、电弧炉、轧机和提升机、区域电网、光伏发电、风电场、电力机车供电等工程领域。我国南水北调中线总干渠河南段、河北段设35kV供电系统专网,输电线路长度约1100km,由35kV线路、中心开关站、沿线负荷点降压变电站组成,电源引自沿线地方电网110~220kV变电站中的35kV母线,沿线路共设置13个35kV中心开关站,每个中心开关站从所在地区的电力系统中引1至2回路35kV电源,由中心开关站引出2回路35kV线路分别向干渠上游、下游两侧辐射供电,在干渠负荷点处设35kV/0.4kV降压变电站向负荷点供电,沿线负荷点降压变电站309座。为保证南水北调中线总干渠35kV供电系统的供电质量,在35kV中心开关站和负荷点降压变电站等位置设置无功补偿装置。
目前,市售的无功补偿装置中的功率柜为整机箱体成套结构,整机箱体内部包含若干个独立的实现不同功能的功率元件模块,每个功率元件模块均由外壳封装,功率元件模块内部包含若干电子元器件及连接导线。该无功补偿装置的散热包括电子元器件散热、模块单元散热、整机散热、环境温度改善散热等多个环节,每一个散热环节都需要排风对流,以消耗能源为代价组成重叠式排风散热结构。对上述无功补偿装置的散热形式进行详细分析可知:电子元器件考虑自身的发热温度升高,单个电子元器件的发热特点是发热功率较小,但发热可导致电子元器件的温度上升很高,电子元器件外包络面的面积较小,散热面积有限,需要结合电子元器件配置散热底座和风扇;设置小型风扇对准电子元器件关键发热部位吹风对流,实现电子元器件降温目的,将热量排至电子元器件所在的模块集成箱体内;模块集成箱体内由多个发热电子元器件组成模块单元,为保证模块单元内的环境温度满足要求,在模块集成箱外壳设置排风对流散热,将模块集成箱内产生的热量排至整机箱体内;整机箱体设置排风机将所有模块单元产生的热量排至整机箱体外部。由于无功补偿装置布置在建筑物内,为保证无功补偿装置的工作环境温度,需要设置通风或空调制冷设备将建筑物内的热量排放到建筑物外部。造成这种重叠式排风散热结构,究其原因,1、电子器件制造商仅仅考虑电子器件本身的散热需求,为满足电子器件工作的环境温度设置小型风扇,采用通风散热至模块集成箱内;2、模块集成制造商也是考虑模块范围内的散热需求,满足模块集成箱内工作环境温度,设置风扇,采用通风散热至整机机箱体内;3、无功补偿装置成套厂家采购模块集成制造商的产品,设置排风机将所有模块单元产生的热量排至无功补偿装置外部;4、工程设计单位仅考虑无功补偿装置成套设备的散热,要么在建筑物墙壁上开孔设置通风机将无功补偿装置成套设备的热量排至建筑物外部,要么是将无功补偿装置成套设备的热量排至建筑物室内,另外再设置空调设备将建筑物室内热量排至建筑物外部。不同制造商家仅仅考虑自己所供货设备的环境条件,设置散热方式满足工作环境条件要求,没有统一考虑无功补偿装置成套设备完整系统散热方式的合理性,其存在的不足之处表现在以下几个方面:
1、无功补偿装置的重叠式排风散热结构存在能源浪费。无功补偿装置的功率柜的传统散热模式为通风散热,无功补偿装置冷却通风孔进口和出口空气温差小,主要依靠逐级加强、加大通风量实现散热,散热流程为:诸多个电子元器件发热→通风散热至模块集成箱内→模块集成箱外壳设置排风对流散热→热量排至整机箱体内部→整机箱体设置排风机散热→热量排至整机箱体外部→建筑物装空调或建筑物墙壁装风机通过排风排走热量→热量排至建筑外。重叠式排风散热对所需能源的利用效率低。
2、无功补偿装置的重叠式排风散热结构散热效果差。设置通风将建筑物内的热量排放到建筑物外部,建筑物侧墙开进风孔,建筑物内部温度与建筑物外界环境温度相差不大,特别是在夏季高温季节,设备运行环境温度较高,建筑物内部温度高,建筑物外界环境温度也高,不利于无功补偿装置散热。同时,建筑物侧墙开进风孔,建筑物外界细小的灰尘随气流吸入建筑物内部,无功补偿装置的进风孔滤网容易堵塞,需要人工频繁清理进风侧滤网,运行维护工作量大。
3、若建筑物侧墙不开孔,采取在无功补偿装置的柜顶安装排风机把热空气排在室内,通过室内安装空调的方式将室内热量排至室外;该方式解决了无功补偿装置的进风孔滤网堵塞问题,不需要人工频繁清理进风侧滤网,但空调制冷排出建筑物内部热量的能源利用效率比使用排风机将热量排放到建筑物外部的能源利用效率更低。
发明内容
本发明目的在于提供一种功率柜节能散热系统。
为实现上述目的,本发明采取下述技术方案:
本发明所述的功率柜节能散热系统,包括前开门或前、后开门的功率柜体,设置在所述功率柜体内的功率器件模块;功率柜体内左、右间隔设置有两个气流分割立板,两个所述气流分割立板的顶端延伸至靠近功率柜体顶壁位置,两个气流分割立板的底部开设有循环风口,两个气流分割立板的前、后边沿分别延伸至功率柜体的前、后侧壁;位于左侧的气流分割立板与功率柜体左侧壁之间构成左循环风道,位于右侧的气流分割立板与功率柜体右侧壁之间构成右循环风道,功率柜体顶壁上设置有向左、右两侧导流的导流板;位于两个气流分割立板之间上、下间隔设置有多层用于安放功率器件模块的模块集成箱,每层所述模块集成箱的上、下壁上均开设有多个导流孔;位于最下层模块集成箱与所述循环风口之间,自下而上依次设置有空气净化网、制冷蒸发器和冷却风扇,所述制冷蒸发器通过管道与空调室外机的制冷管路连通。
所述功率柜体的侧壁、顶壁、底壁和柜门均为隔热材料。
本发明优点体现在以下方面:
1、采用一次性集中散热,通过气流组织满足电子器件、模块集成箱、整机机箱体的工作环境温度指标要求。以一套35kV、1500kVar无功补偿装置为例进行对比,35kV、1500kVar无功补偿装置电子器件(IGBT)总额定发热量11.5kW,现有技术为满足无功补偿装置散热要求模块集成箱内需配置风扇数量为16只、0.02 kW;整机机箱体需配置风扇数量为2台、单台功率1.75 kW;无功补偿装置所在建筑物配置空调数量为2台、单台功率2.15 kW;合计用于散热的用电负荷为8.12kW。采用无功补偿装置节能散热结构,选用冷却风扇数量为2台、单台功率0.1kW;介质制冷设备选择能效比为3.8的工业空调机,用电负荷功率为3.1kW;合计用于散热的用电负荷为3.3kW。采用本无功补偿装置节能散热结构可节约电能59%,具有明显的节能效果。
2、电子器件的工作环境温度可以调整为最有利电子器件工作的温度值,电子器件工作环境稳定,延长电子器件使用寿命,从而延长整机设备寿命。
3、成套设备箱体密封性好,可防止灰尘进入,减少对设备定期清扫次数,运行人员运行维护工作量减少。
4、避免了整机机箱体需配置风扇,降低环境噪声,改善运行人员工作环境条件。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明配套的无功补偿装置安装在建筑物内的平面布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示,本发明所述的功率柜节能散热系统,包括前开门的功率柜体1,设置在功率柜体1内的功率器件模块2,功率柜体1的侧壁、顶壁、底壁和柜门均由隔热材料制成。
功率柜体1内左、右间隔设置有两个气流分割立板3、4,两个气流分割立板3、4的顶端均延伸至靠近功率柜体1顶壁位置,两个气流分割立板3、4的底部均开设有循环风口5,两个气流分割立板3、4的前、后边沿分别延伸至与功率柜体1的前、后侧壁相接触;位于左侧的气流分割立板3与功率柜体1左侧壁之间构成左循环风道6,位于右侧的气流分割立板4与功率柜体1右侧壁之间构成右循环风道7,功率柜体1顶壁上设置有向左、右两侧导流的导流板8;位于两个气流分割立板3、4之间上、下间隔设置有多层用于安放功率器件模块2的模块集成箱9,每层模块集成箱9的上、下壁上均开设有多个导流孔10;位于最下层的模块集成箱9与循环风口5之间,自下而上依次设置有空气净化网11、制冷蒸发器12和冷却风扇13,制冷蒸发器12通过管道14与空调室外机15的制冷管路连通。
如图2所示,本发明配套的无功补偿装置安装在建筑物16内,建筑物16内安装有变压器17、启动柜18、两台并联的功率柜体1和控制柜19;两台功率柜体1内的制冷蒸发器12通过管道14与空调室外机15的制冷管路连通,管道14敷设在管道沟20内。
本发明工作原理简述如下:
整体考虑无功补偿装置主要发热集中在功率柜内(功率柜内发热量占无功补偿装置发热量的60%~90%), 将功率柜内的所有发热部位的发热量,采用集中一次性散热,将功率柜内所有发热量排至建筑物外部。
1、功率柜体设置为隔热功率柜体,这样,功率柜体内各部位运行期间产生的热能被封闭在功率柜体内部,杜绝功率柜体与所在的建筑物内进行热能交换。
2、功率柜体内部与设置在建筑物外部的空调室外机构成一套介质制冷温度调节系统,可以调节温度和湿度,通过制冷介质管路将功率柜体内各部位运行期间产生的热能直接传递到建筑物外部,制冷设备可选用工业空调机。
3、散热气流组织模式:起动功率柜体1内设置的冷却风扇13,气体向上运动经各层模块集成箱外壳导流孔10进入模块集成箱内部,气流运行至功率柜体1顶部,经功率柜体1顶部设置的导流板8扰流后气流进入功率柜体1内部两侧的循环风道6、7向下运行,经气流分割立板3、4下部的循环风口5进入功率柜体1的最下部,气流经空气净化网11进入制冷蒸发器12,气流经制冷蒸发器12冷却后形成低温气流,由冷却风扇13驱动气流重复上述循环,实现连续的、符合模块集成箱内电子元器件工作时对环境温度要求的散热系统。

Claims (2)

1.一种功率柜节能散热系统,包括前开门或前、后开门的功率柜体,设置在所述功率柜体内的功率器件模块;其特征在于:功率柜体内左、右间隔设置有两个气流分割立板,两个所述气流分割立板的顶端延伸至靠近功率柜体顶壁位置,两个气流分割立板的底部开设有循环风口,两个气流分割立板的前、后边沿分别延伸至功率柜体的前、后侧壁;位于左侧的气流分割立板与功率柜体左侧壁之间构成左循环风道,位于右侧的气流分割立板与功率柜体右侧壁之间构成右循环风道,功率柜体顶壁上设置有向左、右两侧导流的导流板;位于两个气流分割立板之间上、下间隔设置有多层用于安放功率器件模块的模块集成箱,每层所述模块集成箱的上、下壁上均开设有多个导流孔;位于最下层模块集成箱与所述循环风口之间,自下而上依次设置有空气净化网、制冷蒸发器和冷却风扇,所述制冷蒸发器通过管道与空调室外机的制冷管道相连通。
2.根据权利要求1所述功率柜节能散热系统,其特征在于:所述功率柜体的侧壁、顶壁、底壁和柜门均为隔热材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111244788A (zh) * 2020-01-18 2020-06-05 徐冰 一种电力工程用电力箱

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