1  引言

近年来随着户外电网电力设备对于供电需求的不断增长，集装箱式SVG在户外应用得到了长足的发展。高压SVG设备内有大量的精密元器件，且对地的电压等级一般在6kV以上。雨、雪、灰尘、盐雾等都对内部元器件有极大的危害，这就要求集装箱要对内部有充分的保护，而且要有低成本的优势。

集装箱式SVG的常规冷却方式有风冷和水冷。这两种方式都有各自的优缺点。

风冷方式造价较低，主要是通过大风量的离心风机强制把设备内部的热风抽出去，形成负压后，冷风通过进风口（带过滤棉）被吸入，这样与外界进行大量风量交换，达到换热目的。但是由于是外循环换热，受环境影响较大，灰尘、雨雪、盐雾或多或少都会进入，日积月累，危害较大。因此风冷散热方式只适用于环境较好，且能定期维护的场合。

水冷方式是利用水泵使散热板中的冷却液循环并进行散热。由于冷却液是内循环，不直接和外部接触。因此，受环境影响较小，运行稳定可靠，不用经常维护。水冷散热往往需要更好的用料，在设计和密封性方面也有更高的要求，因此价格也较高。应用在大容量SVG上具有一定成本优势，但小容量（5MVar以下）的情况下，因为总成本、利润都较低，所以经济性较差。

本文分析了一种空调内循环的散热方式，并与常规两种散热方式做比较，辅以有限元模拟软件分析。

2  结构形式分析

如图1所示，该断面为集装箱侧视剖视图（器件）。

如图2所示，该断面为集装箱侧视剖视图（器件）。

如图3所示，功率单元三视图。

全文图示案例是10kV/1MVar的集装箱式SVG，它主要是由15个功率单元（3）组成。整体散热过程从两方面来介绍。

功率单元（3）内的散热：SVG内主要的发热元器件是功率单元3内的IGBT（6），IGBT（6）安装在铝型材散热器上。IGBT通过安装面把热量传递给铝型材散热器（5）上。铝型材散热器（5）又通过散热翅片（7）把热量发散到翅片之间的空隙空气中。这时，较低温度、一定速度（经实验室的单个功率单元测定，需≥3m/s）的风从铝型材散热器翅片（7）空隙经过带走热量，达到散热目的。

功率单元3外的散热：从功率单元3内被带走的热风，被离心风机1强制抽出来，又经过离心风机1、风筒4，热风吹向空调2的前部，空调2的吹出的冷风与风筒4出来的热风进行热交换，中和后的风再被吸入功率单元3的进风口，照此循环往复，达到散热目的。

在此散热循环中，集装箱是基本密闭的。唯一薄弱点是集装箱能开关的大门。提高焊接与制作工艺，完全可以做到满足使用的密闭要求。由此可见，风是完全内循环的。基本隔绝了与外环境的联系。

3  优缺点比较

与常规风冷比较：空调内循环的散热方式只多出了空调，而且没有风冷方式所需要的百叶进风口、滤棉等，成本几乎相差无几。但是对于环境的适应性要好得多，可以用在恶劣得环境中。

与常规水冷比较：空调内循环的散热方式只多出了空调，而且没有水冷机组、水管路、空气散热器等等，成本上有很大优势，环境适应性相差无几。

空调内循环的散热方式在大容量SVG设备（5MVar以上）的应用中，以5MVar为例：

注：SVG设备的发热量与SVG设备的容量关系是通过厂内实验所得，SVG的发热量主要是来自功率单元内的IGBT损耗，通过IGBT产品说明书，厂内实测满载时IGBT的电流和电压数值，对应查出单个IGBT损耗，SVG设备的发热量为单个IGBT损耗*总数量。通过多次实验总结，SVG设备的发热量占SVG设备的容量的0.7%～1%，这里取最大值。

SVG设备发热量=5MVar*1%=50kW。

1P空调的制冷量=2.5kW。

需要空调P数=50kW / 2.5kW = 20P。

至少需要20P空调来散热，空调成本大于水冷机组等的成本，而且日常工作的耗电量巨大。

4  有限元模拟分析

如图3所示，画出了风的两种路径，一种离风机最近，相应风阻就小。一种离风机最远，相应风阻就大。带来一个疑问，大部分风会不会都从路径1走，而造成路径2的风速过低，达不到散热要求（需风速≥3m/s）。

功率单元散热达标要求分析：全文图示案例是10kV/1MVar的SVG，内含15个功率单元。

（1）空调的选择：

SVG设备的发热量=1MVar*1%=10kW。

1P空调的制冷量=2.5kW。

需要空调P数=10kW / 2.5kW = 4P

（2）风机的选择：

以常规224-4B离心风机，风压300Pa为例：

一台224-4B离心风机的风速

=2000m³/h=0.55m³/s

15台功率单元出风口的表面积（实际画图所得，不赘述）

=（120mm*78mm*2）*15=0.28 m²

所需风量≥0.28 m²*3m/s=0.84m³/s

所需风机数量=(0.84m³/s)/(0.55m³/s)=1.52台（选2台）

在以上数据基础上，2台2P空调，2台224-4B风机。通过Flotherm XT来进行风量流速模拟仿真。

如图4所示，是整体风量流速效果图，表示实测最底层功率单元。

如图5所示，是功率单元的出风口的风量流速局部放大效果图。

通过Flotherm XT来进行的风量流速模拟仿真中，由图可知：绿色代表风速=3m/s，功率单元的出风口离散热翅片越近，风速越大。翅片空隙内达到9m/s，出风口表面达到6m/s，均高于6m/s。

最底层即路径2上的3个功率单元，铝型材散热器出风口风速均≥6m/s，均满足散热要求。

5  结论

通过对集装箱式SVG的空调内循环散热方式的介绍与分析，说明了其适合用在环境恶劣、小容量SVG（5MVar以下）的场合下，经济性和适用性都较好。仿真分析证明了这种散热方式的可行性。

集装箱式SVG不只有风冷和水冷两种方式，在个别场合下，空调内循环散热方式是一种更好的选择。

针对集装箱式SVG的散热方式选择，需根据不同的环境、不同的条件，从产品的稳定、高效、经济等多方面考虑，选择更适合的一种。

参考文献:

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文章编号：1008-5300(2008)03-0011-03