电力机车辅助滤波柜通风冷却仿真分析

孙杰　杨帆　王强

摘 要：辅助滤波柜是电力机车重要部件，它能否正常工作直接影响到机车的正常运行。运行中，辅助滤波柜内的电气部件会产生大量的热，柜内的通风能否满足散热要求是需要着重考虑的，同时，柜内温度传感器的布设位置需要设置合理。本文采用仿真的方式模拟辅助滤波柜处于工作状态时的发热情况，进而为风机的通风量设计以及传感器的布置点的选取提供科学依据。

关键词：电力机车 辅助滤波柜 散热分析

中图分类号：U269.6 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）10-0-02

随着我国经济的日益增长，国内铁路的发展异常迅猛，这对电力机车的性能也提出了更高的要求，而机车的安全运行与稳定运行一直都是设计人员重点考虑的两个方面。机车内部的电气部件能否可靠工作会影响到这两个方面。由于电力机车内部的空间有限，且大部分设备均为大功率电气设备，因此设备的散热是一个亟需解决的问题。

辅助滤波柜是电力机车的重要电气屏柜，安装在其内部的用于滤波的变压器在工作中会产生大量的热，这些热量如果不能及时散发出去，在运行一段时间之后，会使得电气线路的绝缘失效，甚至引发火灾，严重威胁到机车的安全稳定运行。仿真技术可以快速的模拟电气屏柜的发热以及散热情况，可以指导温度传感器的合理布置点，从而减少传感器的布置数量。仿真技术的采用可以有效的降低试验费用，以及研发成本。本文针对电力机车辅助滤波柜通风性能进行散热模拟，根据模拟结果可以得出风机通风量是否满足要求的结论，并根据仿真得到的温度分布云图提出温度传感器的布置点。

一、仿真模型

图1所示的内容为散热仿真所用到的散热模型，它略去了变压器上的接线柱，端子，以及过线板等不影响散热的小部件，通过合理简化模型，节省计算资源。图2中所示的是辅助滤波柜入风口和出风口的位置示意图。

二、仿真边界条件设置

辅助滤波柜在运行中会有两种工作模式：正常模式和紧急模式。不同的工作模式，发热情况是不同的。因此在仿真时要将这两种情况都考虑进去。

表1和表2分别是两种工作模式下的电气参数。

三、材料物性参数

仿真时各种材料的参数属性均按照表3中提供的设置。

四、仿真结果及分析

仿真结果主要考察温度，考察位置有以下几项：

（1）柜内空气的温度

（2）出风口1的温度

（3）出风口2的温度

（4）变压器1的第一个线圈的温度

（5）变压器1的第二个线圈的温度

（6）变压器1的第三个线圈的温度

（7）变压器2的第一个线圈的温度

（8）变压器2的第二个线圈的温度

（9）变压器2的第三个线圈的温度

（10）变压器1铁芯的温度

（11）变压器2铁芯的温度

1.正常模式仿真结果

2.紧急模式仿真结果

从图7-8中可以看出温度高的位置在变压器处，这与实际也是相符的，因为在辅助滤波柜中，实际的热产生源就是变压器。因此在辅助滤波柜考察温度设计是否合理时，着重考虑变压器的温度即可。

《GBT 17211-1998 干式电力变压器负载导则》中规定了干式变压器绝缘系统的温度等級与温度限值的关系，具体见表4。电力机车辅助滤波柜变压器采用热类别为H级，根据表4核对仿真结果图7和图8，可得滤波柜的设计符合散热要求。预设的1.3 m3/s的通风量可以满足使用需求。在实际中，可以多种通风量的情况进行仿真，选择最经济且符合要求的。

因为变压器工作在两种模式下，这两种模式下的温度仿真值都满足设计要求，但是在紧急模式下的温度值要比正常模式下的要高，因此布置传感器时应根据紧急模式情况来考虑。

图9为紧急模式下柜内温度云图的正视透视图，图中标记处为柜内空气温度最高的区域。10柜内空气温度云图的左视图，图中标记处为柜内空气温度最高的区域，在布置温度传感器的时候，可以布置在标记区域。

结语

本文采用仿真的方式模拟了辅助滤波柜内部发热情况，以及在给定通风量的情况下，通风散热情况，根据仿真结果评价了通风风量是否满足需求，并给出了温度传感器的布置点。

参考文献

[1]王强，杨帆，邢亮，曹寒冰，高生岚.30t大轴重机车辅助变流柜冷却性能仿真分析[J].铁道机车车辆.2016，36（4）：108-111

[2]王福军.计算流体动力学分析CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2004.