電力機(jī)車(chē)輔助濾波柜通風(fēng)冷卻仿真分析

孫杰　楊帆　王強(qiáng)

摘 要：輔助濾波柜是電力機(jī)車(chē)重要部件，它能否正常工作直接影響到機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行。運(yùn)行中，輔助濾波柜內(nèi)的電氣部件會(huì)產(chǎn)生大量的熱，柜內(nèi)的通風(fēng)能否滿足散熱要求是需要著重考慮的，同時(shí)，柜內(nèi)溫度傳感器的布設(shè)位置需要設(shè)置合理。本文采用仿真的方式模擬輔助濾波柜處于工作狀態(tài)時(shí)的發(fā)熱情況，進(jìn)而為風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量設(shè)計(jì)以及傳感器的布置點(diǎn)的選取提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車(chē) 輔助濾波柜 散熱分析

中圖分類號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）10-0-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)鐵路的發(fā)展異常迅猛，這對(duì)電力機(jī)車(chē)的性能也提出了更高的要求，而機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行與穩(wěn)定運(yùn)行一直都是設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮的兩個(gè)方面。機(jī)車(chē)內(nèi)部的電氣部件能否可靠工作會(huì)影響到這兩個(gè)方面。由于電力機(jī)車(chē)內(nèi)部的空間有限，且大部分設(shè)備均為大功率電氣設(shè)備，因此設(shè)備的散熱是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

輔助濾波柜是電力機(jī)車(chē)的重要電氣屏柜，安裝在其內(nèi)部的用于濾波的變壓器在工作中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量如果不能及時(shí)散發(fā)出去，在運(yùn)行一段時(shí)間之后，會(huì)使得電氣線路的絕緣失效，甚至引發(fā)火災(zāi)，嚴(yán)重威脅到機(jī)車(chē)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。仿真技術(shù)可以快速的模擬電氣屏柜的發(fā)熱以及散熱情況，可以指導(dǎo)溫度傳感器的合理布置點(diǎn)，從而減少傳感器的布置數(shù)量。仿真技術(shù)的采用可以有效的降低試驗(yàn)費(fèi)用，以及研發(fā)成本。本文針對(duì)電力機(jī)車(chē)輔助濾波柜通風(fēng)性能進(jìn)行散熱模擬，根據(jù)模擬結(jié)果可以得出風(fēng)機(jī)通風(fēng)量是否滿足要求的結(jié)論，并根據(jù)仿真得到的溫度分布云圖提出溫度傳感器的布置點(diǎn)。

一、仿真模型

圖1所示的內(nèi)容為散熱仿真所用到的散熱模型，它略去了變壓器上的接線柱，端子，以及過(guò)線板等不影響散熱的小部件，通過(guò)合理簡(jiǎn)化模型，節(jié)省計(jì)算資源。圖2中所示的是輔助濾波柜入風(fēng)口和出風(fēng)口的位置示意圖。

二、仿真邊界條件設(shè)置

輔助濾波柜在運(yùn)行中會(huì)有兩種工作模式：正常模式和緊急模式。不同的工作模式，發(fā)熱情況是不同的。因此在仿真時(shí)要將這兩種情況都考慮進(jìn)去。

表1和表2分別是兩種工作模式下的電氣參數(shù)。

三、材料物性參數(shù)

仿真時(shí)各種材料的參數(shù)屬性均按照表3中提供的設(shè)置。

四、仿真結(jié)果及分析

仿真結(jié)果主要考察溫度，考察位置有以下幾項(xiàng)：

（1）柜內(nèi)空氣的溫度

（2）出風(fēng)口1的溫度

（3）出風(fēng)口2的溫度

（4）變壓器1的第一個(gè)線圈的溫度

（5）變壓器1的第二個(gè)線圈的溫度

（6）變壓器1的第三個(gè)線圈的溫度

（7）變壓器2的第一個(gè)線圈的溫度

（8）變壓器2的第二個(gè)線圈的溫度

（9）變壓器2的第三個(gè)線圈的溫度

（10）變壓器1鐵芯的溫度

（11）變壓器2鐵芯的溫度

1.正常模式仿真結(jié)果

2.緊急模式仿真結(jié)果

從圖7-8中可以看出溫度高的位置在變壓器處，這與實(shí)際也是相符的，因?yàn)樵谳o助濾波柜中，實(shí)際的熱產(chǎn)生源就是變壓器。因此在輔助濾波柜考察溫度設(shè)計(jì)是否合理時(shí)，著重考慮變壓器的溫度即可。

《GBT 17211-1998 干式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》中規(guī)定了干式變壓器絕緣系統(tǒng)的溫度等級(jí)與溫度限值的關(guān)系，具體見(jiàn)表4。電力機(jī)車(chē)輔助濾波柜變壓器采用熱類別為H級(jí)，根據(jù)表4核對(duì)仿真結(jié)果圖7和圖8，可得濾波柜的設(shè)計(jì)符合散熱要求。預(yù)設(shè)的1.3 m3/s的通風(fēng)量可以滿足使用需求。在實(shí)際中，可以多種通風(fēng)量的情況進(jìn)行仿真，選擇最經(jīng)濟(jì)且符合要求的。

因?yàn)樽儔浩鞴ぷ髟趦煞N模式下，這兩種模式下的溫度仿真值都滿足設(shè)計(jì)要求，但是在緊急模式下的溫度值要比正常模式下的要高，因此布置傳感器時(shí)應(yīng)根據(jù)緊急模式情況來(lái)考慮。

圖9為緊急模式下柜內(nèi)溫度云圖的正視透視圖，圖中標(biāo)記處為柜內(nèi)空氣溫度最高的區(qū)域。10柜內(nèi)空氣溫度云圖的左視圖，圖中標(biāo)記處為柜內(nèi)空氣溫度最高的區(qū)域，在布置溫度傳感器的時(shí)候，可以布置在標(biāo)記區(qū)域。

結(jié)語(yǔ)

本文采用仿真的方式模擬了輔助濾波柜內(nèi)部發(fā)熱情況，以及在給定通風(fēng)量的情況下，通風(fēng)散熱情況，根據(jù)仿真結(jié)果評(píng)價(jià)了通風(fēng)風(fēng)量是否滿足需求，并給出了溫度傳感器的布置點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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