关键词：高压变频器；集装箱；设计

 Abstract: As the technology of high-voltage inverter products becomes increasingly mature and is widely used more and more application companies start to focus on the adaptability of products under the restricted conditions of application sites and the stability in harsh environments. Outdoor container-type high-voltage inverters are one of the solutions for industrial application, so we need to be much more cautious when designing it because the long-term, stable and reliable operation is of vital importance. This article mainly introduces the basic structure and characteristics of outdoor container-type high-voltage inverters, researches and analyzes the issues aroused in the designing process which requires our attention, clarifies its designing requirements in harsh environment, heat dissipation, quality, size, transportation, vibration and other aspects, which are surely of great guiding significance for the design of outdoor container-type high-voltage inverters.

 Key words: high-voltage inverter; container; design

1.引言

近年来，随着国家对节能环保需求的增加、以及装备升级改造步伐的加快，作为节能降耗领域的高压变频技术也得到了不断发展，高压变频器的应用领域也得到了不断拓展。户外集装箱式高压变频器作为应用领域的拓展产品，以其优良的场地受限适应性和恶劣环境稳定性在油田、矿山、老旧厂房等恶劣环境的行业里得到了广泛应用，其应用优势远远高于普通室内通用高压变频器，解决了通用高压变频器在应用空间、运行环境、安全防护等方面存在的问题。同时，户外集装箱式高压变频器现场施工周期短、工程施工成本低、设备占地面积小、便于海陆多条件运输等技术优势,近年来社会需求量也有上升趋势。

2.户外集装箱式高压变频器基本结构和特点的介绍

户外集装箱式高压变频器系统简约而不简单，图1为户外集装箱式高压变频器的基本结构组成方案之一，其主要由空调室和高压变频器室组成，将制冷设备、高压变频器本体、照明设备、消防设备、选配设备等设施集成为一体，可实现一站式完成运输、仓储和现场安装施工，可直接室外使用，节约土地使用空间、缩短施工周期。同时，户外集装箱式高压变频器可根据各用户的不同需求，内部设备采用模块化设计，能定制多种电压等级、功率、安全配置等性能参数，外部集装箱可根据电压等级、功率、国家运输规范以及颜色样式定制集装箱尺寸和外观颜色，设备内外灵活的配置方案可满足各用户的不同需求。不过根据我国《超限运输车辆行驶公路管理规定》的要求，在进行集装箱设计时尽量选用20英尺、40英尺等标准尺寸的集装箱结构，避免违反国家管理规定而造成的限运风险。

                                  图1 户外集装箱式高压变频器结构组成        

3.户外集装箱式高压变频器设计过程中的问题

户外集装箱式高压变频器多应用在环境恶劣的行业之中，其对防护等级、散热系统、以及运输过程中的质量、尺寸、运输震动等方面提出了更高的要求，设计过程中需认真分析，谨慎对待。

3.1适用恶劣环境存在的问题

户外集装箱式高压变频器长期暴露在外，受外部霜冻、雨水、灰尘、紫外线等复杂环境的影响巨大。空气污染物、灰尘以及腐蚀性气体等均会造成设备的内外箱体出现金属腐蚀，如果出现严重的雨水天气，导致空气平均湿度过高，则很容易影响设备内部的湿度环境，形成空气绝缘击穿，造成内部线路烧损。因此户外集装箱式高压变频器在设计时的防护等级不应低于IP54，必要时设备内部配置加热除湿功能，结构设计时需要合理选用焊接工艺，确保集装箱箱顶不漏水，侧壁不渗水，同时集装箱需做表面处理，整体经打磨后喷底层防锈漆、中间漆、面漆。工程案例表明，底层防锈漆膜厚不低于40μm，中间漆膜厚不低于40μm，面漆膜厚不低于40μm，总膜厚不低于120μm，可有效降低恶劣环境下的腐蚀现象发生率，可有效确保内部各系统稳定可靠运行。

3.2散热系统存在的问题

户外集装箱式高压变频器作为大功率的电气、电力设备，在运行过程中会产生极大的热量，如若不设计科学合理的散热系统，设备内部会产生高温，从而导致设备过温损坏，严重的更会造成重大的财产损失、人员伤亡。在正常工作时，热量来源主要是干式高压移相变压器、功率单元、控制系统、保护系统、阳光辐射等，其中干式高压移相变压器、功率单元损耗发热量最大，干式高压移相变压器、功率单元的散热设计及功率单元柜的散热和通风量设计最为重要。对功率单元内部的IGBT元器件来说，其PN结不得超过125℃，封装外壳为85℃,元器件温度波动超过±20℃，其失效率会增大8倍。国内户外集装箱式高压变频器多适用于户外环境-15-+45℃，箱内环境控制温度为25-35℃，目前行内多采用强制风冷、空水冷、强制式密闭空调冷却等散热技术方案，然而实际实施中需因地制宜，对使用地区的气候环境，安装场地加以综合考虑后选择既满足功能需求又不增加成本的技术方案。

3.3设备质量、尺寸存在的问题

户外集装箱式高压变频器是集制冷设备、高压变频器本体、照明设备、消防设备、选配设备为一体的综合电力电气设备，国内应用运输多为公路运输。因其高度集成化，多样化，导致整体质量过重，体积过大，在设备设计时需要充分考虑整体质量、尺寸是否符合我国《超限运输车辆行驶公路管理规定》。

我国《超限运输车辆行驶公路管理规定》对公路运输超限的规定中，其中对车货总高度、总宽度、总长度以及总质量超限有以下4条规定：

（1） 车货总高度从地面算起超过4米；

（2） 车货总宽度超过2.55米；

（3） 三货总长度超过18.1米；

（4） 二轴货车，其车货总质量超过18000千克；

因而，我们在设计户外集装箱式高压变频器时，一定要充分考虑设备的整机质量、外形尺寸是否符合公路运输的相关规定，否则需要向当地交通部门申请，未经申请或申请未通过，均不能进行公路运输。

3.4运输震动存在的问题

户外集装箱式高压变频器多应用于油田、矿山、老旧厂房等恶劣环境，国内应用运输多为公路运输。路面等级按面层类型分高级、次高级、中级、低级等路型：

高级-沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。

次高级——沥青贯入或路面式沥青碎石路面。

中级——沙石路面。

低级——泥结碎石或土路。

而对于设备来说，路面等级产生的冲击震动也各不相同，表1，表2给出了国内沈阳地区、北京地区解放卡车的震动实测量级。分析表1，表2发现公路运输过程中，车速相同或接近的情况下，土路运输对车辆（设备）的冲击震动最大加速度较大，普通公路次之，高等级公路较小。因而在设计时需要根据使用地区及设备运输路径综合考虑设备的设计震动等级，避免运输过程中的震动损坏。

4.结束语

上述文章对户外集装箱式高压变频器的基本结构和特点进行了介绍，对设计中需要注意的问题进行了研究和分析，并且给出了一些有效的解决方案。户外集装箱式高压变频器的研制和应用是高压变频器应用技术的集成化体现，是高压变频器技术在拓展领域的发展趋势之一，真正做到了工程项目向工程产品的转变，实现了过程控制标准化和工程管理标准化。近年来，户外集装箱式高压变频器在户外各行业的成功投运，是工程应用技术的又一次成功移植和技术创新，在拓宽高压变频器的应用领域和应用方向上具有重要的现实意义。 

参考文献：

【1】 郝建钊.户外箱式一体化高压变频器可行性分析[J].变频器世界,2014:75-76.

【2】 续明进, 张皓, 董武. 高压变频器散热与通风的设计[J]. 变频器世界, 2006(05):110-113.

【3】 超限运输车辆行驶公路管理规定（交通运输部令2016年第62号）

【4】 王志刚, 张必超. 公路运输与车载设备振动试验规范的确定[C]// 2010第十五届可靠性学术年会论文集. 2010.

作者介绍：

董勋 男 结构工程师 供职于上海辛格林纳新时达电机有限公司