一種適用于高原的配電網控制柜的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種適用于高原的配電網控制柜，屬于智能電網技術領域和電力電子
技術領域。
【背景技術】
[0002] 由于高原運行環境與普通低海拔環境有很大差異，需要針對高原的環境特點進行 特殊的結構處理來滿足設備在高原環境的安全可靠運行。高原具有較惡劣的自然氣候條 件，對電力電子設備性能影響較大，高原氣候的主要特點有：
[0003] (1)空氣壓力或空氣密度低；
[0004] (2)空氣溫度較低，變化較大；
[0005] (3)空氣絕對濕度較小；
[0006] (4)雷暴日多；
[0007] (5)太陽幅射照度（紫外線）較高；
[0008] (6)降水量較少；
[0009] (7)年大風日多；
[0010] (8) 土壤溫度較低，且凍結期長。
[0011] 上述高原特點是電力電子行業人員的共識，但我國的高原地區分布較廣，各高原 地區的氣候也存在差異。其中尤其以西南地區的云貴高原氣候存在一定的特殊性。云貴地 區河流眾多，地形復雜，山谷間的水汽不易發散，在清晨和傍晚經常起霧。在相對濕度接近 飽和的情況下，晝夜溫差將造成嚴重的凝露。而且，云貴高原的高濕季節持續時間較長。因 此，設備在高原氣候應用必須考慮各高原地區的氣候差異。
[0012] 高原氣候空氣壓力低容易造成電氣間隙的擊穿電壓降低，這將直接導致電路板的 絕緣強度降低；同時空氣稀薄，風流量自然就小，導致散熱能力減弱。
[0013] 空氣溫度較低及溫度變化對性能的影響：溫度低一凍結一器件壽命受影響；溫度 變化大一凝露一爬電。
[0014] 空氣濕度對性能的影響：濕度小一電氣間隙的擊穿電壓降低一絕緣強度降低；濕 度大一積水一爬電。
[0015] 太陽幅射照度（紫外線）較高對性能的影響：紫外線高一破壞功率器件的空間電 荷區電場一器件失效；紫外線高一有機保護材料老化一絕緣強度降低。
[0016]目前國內外的電力電子設備在高原運行性能并不理想，主要難題集中在整機布 局、散熱、絕緣、凝露以及機械結構件的設計等方面。
[0017] 國內外同等功率等級的配電網控制系統大都采用平面式布局，這種布局不但造成 機箱體積龐大，成本提升，因該布局造成的散熱等問題，所以該布局不適合在高原運行。
【發明內容】
[0018] 本發明的目的是提供一種適用于高原的配電網控制柜，用以解決現有的配電網控 制系統造成的機箱體積龐大、成本提升和不適合在高原運行的問題。
[0019] 為實現上述目的，本發明的方案包括一種適用于高原的配電網控制柜，包括柜體 和設置在柜體中的控制系統，控制系統分為三層：頂層、中層和底層，頂層包括控制芯片，中 層包括功率模塊，底層包括電抗器；控制柜還包括與功率模塊對應設置的散熱器。
[0020] 散熱器設置在中層下方，并與下層間隔設置。
[0021] 散熱器包括散熱板和在散熱板下方設置的側臂，所述側臂用于將所述散熱板固定 在下層，側臂和散熱板的下沿形成所述間隔。
[0022] 散熱器對應設置至少一個風扇。
[0023] 控制系統分為三層，底層包括電抗器，中層為功率模塊層，頂層為控制芯片層，這 種布局不但占用體積小，成本低，后期維護方便。
[0024] 發熱量大的功率模塊設置在控制芯片的下方，保證了控制芯片的良好加熱除濕， 另外，底層的電抗器保證了中層的功率模塊的加熱環境。
[0025] 而且，散熱器與發熱較大的功率模塊對應設置，可以保證功率模塊的良好散熱，另 外，散熱器設置在中層的下面，在散熱時，可以同時對中層和下層集中散熱，不但散熱效率 高，而且，在同樣的條件下，減少了投入，節約了成本。
[0026] 另外，散熱板與底層間隔設置，將散熱用風分為兩部分，一部分吹到散熱器上，為 中層的功率模塊散熱，另一部分通過散熱器的間隔，吹到電抗器處，為電抗器進行散熱。這 樣設置極大地增加了散熱效率。
【附圖說明】
[0027] 圖1是控制柜實施方式結構布局圖；
[0028] 圖2是散熱器實施方式結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0030] 一種適用于高原的配電網控制柜，包括柜體和設置在柜體中的控制系統，該控制 系統分為三層：頂層、中層和底層，頂層包括控制芯片，中層包括功率模塊，底層包括電抗 器；控制柜還包括與功率模塊對應設置的散熱器。
[0031] 基于以上技術方案，結合附圖，給出以下一個【具體實施方式】。
[0032] 為了更好地適應高原的特殊氣候條件，本發明提供了一種適用于高原的配電網控 制柜，如圖1所示，該控制柜包括柜體6和控制系統，該控制系統摒棄了傳統的平面式布局， 采用三層布局，頂層包括控制芯片1，中層包括功率模塊2,底層包括電抗器4。
[0033] 散熱器3與功率模塊2對應設置，圖2所示為散熱器的形狀。散熱器3設置在中 層下方，與下層間隔設置。散熱器3包括散熱板和在散熱板下方設置的側臂，散熱板通過側 臂固定在下層上，側臂和散熱板的下沿形成用于通風的間隔。為了達到更好的散熱效果，可 以在散熱器的左邊對應設置至少一個用于為發熱元件提供風量的風扇5。
[0034] 設置轉速可調的高精度風扇5為3個，保證了風量。風一方面通過散熱器3上的 散熱板給中層的功率模塊2進行散熱，另一方面通過散熱器3上的間隔吹到底層上的電抗 器4,為電抗器4散熱。充分保證了功率模塊2和電抗器4的散熱，延長了使用壽命。
[0035] 中層的功率模塊3發熱量大，利用熱量向上流動的特點，保證了頂層的控制芯片1 的加熱除濕；而底層的電抗器4保證了中層的加熱環境。也可以通過額外的加熱除濕裝置 使控制柜溫度高于環境溫度，實時檢測柜內溫度濕度，嚴格控制濕度小于85%。
[0036] 另外，正常運行情況下，采用自然空氣冷卻的方式，通過溫度傳感器實時監測控制 柜內溫度風扇的啟停和轉速，當風扇的轉速達到最大值仍然無法降低柜內溫度時，首先先 采取降功率運行，當運行一定時間后，如果柜內溫度還是超限，暫停控制柜的工作直到溫度 滿足要求后再次啟動。采用空氣冷卻和強迫通風冷卻相結合的辦法，能夠達到了事半功倍 的效果。
[0037] 在頂層和中層進行信號傳輸中，采用以電流的方式進行交流，能夠增強抗干擾度。
[0038] 在高原運行的大功率電力電子設備的絕緣十分重要，空氣壓力或空氣密度的降 低，引起外絕緣強度的降低。在海拔至5000m范圍內，每升高1000m，即平均氣壓每降低 7. 7~10. 5kPa，外絕緣強度降低8%~13%。
[0039] 根據安規IEC60664-1對絕緣的相關規定：由系統電壓、過壓等級和絕緣等級確定 所需電氣間隙距離，并按海拔高度進行修正。如表1所示。
[0040]表1
【主權項】
1. 一種適用于高原的配電網控制柜，包括柜體和設置在柜體中的控制系統，其特征在 于，所述控制系統分為三層：頂層、中層和底層，所述頂層包括控制芯片，所述中層包括功率 模塊，所述底層包括電抗器；所述控制柜還包括與功率模塊對應設置的散熱器。
2. 根據權利要求1所述的適用于高原的配電網控制柜，其特征在于，所述散熱器設置 在中層下方，并與下層間隔設置。
3. 根據權利要求2所述的適用于高原的配電網控制柜，其特征在于，所述散熱器包括 散熱板和在散熱板下方設置的側臂，所述側臂用于將所述散熱板固定在下層，側臂和散熱 板的下沿形成所述間隔。
4. 根據權利要求3所述的適用于高原的配電網控制柜，其特征在于，所述散熱器對應 設置至少一個風扇。
【專利摘要】本發明涉及一種適用于高原的配電網控制柜，包括柜體和設置在柜體中的控制系統，該控制系統分為三層：頂層、中層和底層，頂層包括控制芯片，中層包括功率模塊，底層包括電抗器。這種布局不但占用體積小，成本低，后期維護方便。發熱量大的功率模塊設置在控制芯片的下方，保證了控制芯片的良好加熱除濕，底層的電抗器保證了中層的功率模塊的加熱環境。散熱器與發熱較大的功率模塊對應設置，可以保證功率模塊的良好散熱；并且散熱器設置在中層的下面，這樣一個散熱器可以同時保證中層和底層同時散熱，減少了散熱器和與散熱風扇的數量，節約了成本。散熱板與底層間隔設置，保證了底層的良好通風，增加了散熱效率。
【IPC分類】H02B1-56
【公開號】CN104734050
【申請號】CN201510181418
【發明人】徐軍, 呂斌, 翟登輝, 王衛星
【申請人】國家電網公司, 許繼集團有限公司, 許昌許繼軟件技術有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月16日