一种电气控制盒及SVG单元结构的制作方法

本发明涉及高压输配电领域，尤其涉及一种能适应高海拔环境的电气控制盒及svg单元结构。

背景技术：

svg是一种用于无功补偿的装备，近几十年来，在国内外的电力能源行业有着广泛的应用。高海拔地区，比如的我国的西藏青海等地通常蕴藏着丰富的风能、太阳能、水能、地热等资源。在通过发电装置把这些能量转化为电能并通过输配电系统向其它地区输送的过程中，通常都会用到svg。

高海拔地区有由于其独特的地理气候特点，为svg提供了新的应用环境，同时，也为svg的设计者带来了新的挑战，其主要表现为以下几个方面：

第一：高海拔地区通常昼夜温差大，这就有可能形成较大程度的凝露，同时，该地区有较大可能存在大的风沙、灰尘、盐雾、冰雪，这就对我们的防护等级提出了新的要求，如何在兼顾散热的同时，提高其防护等级级，是设计者面临的新挑战；

第二：高海拔地区空气稀薄，空气中的绝缘性能会降低，通常是加大带电体之间或者带电体与机壳之间的间隙来保证绝缘性能；但是从工业产品的制造成本以及运输成本、运输便利性等方面考虑，要求我们提高功率密度，提高空间利用率，二者如何兼顾，又是设计者面临的一大挑战。

第三：高海拔地区地广人稀，氧气稀薄，同时，svg的使用场所很有可能在远离城镇及村落的地方，这就造成该地区svg的维护非常困难。当前各厂家的svg普遍有着较多的线束，较多的插接件。其数量的增多，会增加潜在的故障点，降低了设备的可靠性。如何通过科学合理的方案设计，减少接插件的数量，做到少线束甚至无线束，以提高设备的长期运行的可靠性，是设计都面临的又一大挑战。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电气控制盒及svg单元结构，能够适应高海拔的特殊环境，长期运行稳定可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电气控制盒，其特征在于：

包括电绝缘的盒体，还包括板卡，交流母排组件和直流母排组件中的一种或者多种；

板卡配置于盒体内，包括驱动板、监控板和电源板中的一种或者多种，板卡间插针式连接和/或接头式连接；

交流母排组件和直流母排组件安装在盒体下部，交流母排和直流母排一端位于盒体内，另一端伸出盒体外，伸出长度大于盒内长度；直流母排之间设有绝缘挡板。

将最敏感以及故障率最高的带电板卡等器件密封于绝缘的电气控制盒内，盒体外壳起到防水、防尘、绝缘密封等作用，从而提高了产品的防护等级，以适应高海拔地区较为恶劣的自然环境；板间电连接为插针式和/或接头式连接，以减少连接线束的使用，从而保证设备长期运行的可靠性；盒内结构紧凑，各板卡层叠配置于盒体内，空间利用率高，从而保证了最终产品较高的功率密度。

进一步的，所有的板卡及母排可以分别安装在多层独立的多个电气控制盒内，也可以安装在一个整体式电气控制盒内，一种优选的整体式电气控制盒及内部安装结构是：所述盒体包括上下层叠配置、固定为一体的顶盖、中框、中隔板和盒底；顶盖可拆装式安装在中框上，中框可拆装式安装在盒底上，中隔板可拆装式安装盒底顶部开口内；电源板可拆装式安装在中框上，驱动板可拆装式安装在中隔板上；监控板插针式连接在驱动板上，监控板和电源板之间接头式连接；交流母排组件和直流母排组件安装在盒底两侧。通过盒内的中框、中隔板将各板卡和母排逐层安装固定在盒体内，既便于板卡、母排的拆装维护，又利于板卡之间的电连接，还能在板卡、母排之间预留足够的散热及安装空间。

再进一步，为避免水汽等沿盒体各层结构之间的配合面渗入盒体内部，所述交流母排组件和直流母排组件与盒底之间、顶盖和中框之间、中框和盒底之间的配合面上设有密封沟槽，密封沟槽内填充密封胶。密封沟槽可以单圈使用，也可以多圈配合使用，形成迷宫式的密封结构。

再进一步，所述配合面上还设密封凸缘，一配合面上凸起的密封凸缘位于另一配合面上凹陷的密封沟槽内，形成“u”形的密封沟。密封沟可以单圈使用，也可以多圈配合使用，形成迷宫式的密封结构。

进一步的，所述可拆装式安装包括通过定位柱定位以及通过螺栓、卡扣或者弹片等其它类似部件可拆装式安装固定。通过定位柱定位，能够实现各板卡及盒体各层之间的快速精确定位，避免因为对齐问题损坏部件，螺栓、卡扣、弹片或者其它类似的安装结构能够将板卡及盒体各层之间很方便的装配固定为一体，并在需要时拆卸也很便捷。

进一步的，所述顶盖上设有防水透气阀，在防凝露的同时，又保证了控制盒内外气压相同；中框的光纤入口上套设光纤护线套，如弹性橡胶套、硅胶套等等，在保护光纤的同时还能避免水汽从开孔进入盒体内。

一种svg单元结构，其特征在于：包括如上任一所述的电气控制盒。

进一步的，所述svg单元结构还包括功率组件；功率组件包括上下层叠固定为一体的igbt和散热器,门极板焊接固定在igbt顶部的引脚上，散热器的基板和散热翅片一体成型，散热翅片位于基板底部；盒体底部设有覆盖在门极板和igbt外侧的开口，驱动板和门极板之间插针式连接；交流母排和直流母排位于盒体内的一端可拆装式固定在igbt输出正极和igbt输出负极上；盒体和散热器之间的配合面上设有密封沟槽，密封沟槽内填充密封胶。盒体底部将门极板和igbt包裹在内部，对其起到防护作用，盒体底部的开口便于插针穿过以及铜排与igbt之间的连接，也利于部分门极板和igbt上的热量向上散热，密封沟槽及其内的密封胶将盒体和散热器之间的配合面完全密封住，防止水汽等渗入。

进一步的，所述电气控制盒的盒体底部为绝缘隔热塑料盒体，以达到耐高温的目的，同时由于材料的导热系数低，可以尽量减少热从功率组件传递到控制盒盒体内；盒底上方的其它盒体部件为绝缘导热塑料盒体，同时在中隔板和中框顶面设置了若干孔洞，使得盒体下部的热可以通过孔洞向上传导，并且通过导热塑料外壳与空气发生热交换；所述电气控制盒盒体底部设有内凹的隆起部与功率组件顶部相脱离，以减少盒体和功率组件的接触，从而尽可能减少将功率组件的热量传递到控制盒内。

进一步的，所述svg单元结构还包括电容仓组件、叠层母排、风道组件和汇流母排；电容仓组件、叠层母排和电气控制盒并列布置；风道组件配置于散热器两端；交流母排和直流母排分别与各自的汇流母排接触式电连接。布局结构紧凑，进一步保证了产品的功率密度，提高了空间利用率。

本发明的有益效果在于：

1、将最敏感以及故障率最高的带电板卡等器件密封于绝缘的电气控制盒内，通过一定的结构设计使其达到ip65的防护等级，同时安装了防水透气的呼吸阀，在防凝露的同时，又保证了控制盒内外气压相同；

2、电气控制盒盒体不同部位的导热率相差很大，并通过中空的结构设计，形成底部隔热、盒体由下向上向外的导热传热通道，使盒体能够兼顾散热、隔热的功能；

3、电气控制盒盒体内外都带有绝缘挡板结构，用于加强直流母排组件的铜排之间的绝缘，在不增加母排间距的前提下，适应空气稀薄地方的绝缘需求；

4、板间的连接采用插针式和/或接头式连接，大大减小了线束的使用数量，提高了设备可靠性，同时，又为批量化自动化生产提供的可能性；

通过以上一系列对单元的结构改进，使其具有高海拔地区恶劣环境的适应能力，同时，对其它低海拔地区的环境也具有普遍适应性。

附图说明

图1为电气控制盒的立体结构示意图

图2、图3分别为图1的正视爆炸图和立体爆炸图

图4、图5分别为盒底的正视及俯视图

图6为直流母排组件的立体示意图

图7为直流母排组件与盒底的安装结构示意图

图8为中框、中隔板与盒底的安装结构示意图

图9为光纤与光纤护线套的配合结构示意图

图10为电气控制盒内部各板卡与功率组件的安装结构立体示意图

图11为图10的左视图

图12为底框、直流母排组件与功率组件的安装结构立体示意图

图13为一种svg单元结构的立体结构示意图

图1～13中：1为电容仓组件，2为叠层母排，3为电气控制盒，301为盒底，302为中隔板，303为驱动板，304为监控板，305为中框，306为光纤护线套，307为电源板，308为顶盖，309为防水透气阀，310为板卡烧写口，311为交流母排组件，312为直流母排组件，3121为直流母排，3122为直流母排座，313为绝缘挡板，314为密封沟槽，315为密封凸缘，316为隆起部，317为定位柱，318为卡扣，4为功率组件，401为门极板，402为igbt，4021为igbt输出正极，4022为igbt输出负极，403为散热器，5为风道组件，6为汇流母排。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1～3所示的电气控制盒3，包括电绝缘盒体以及配置于盒体内的板卡，交流母排组件311和直流母排组件312；盒体包括上下层叠配置、可拆装式固定为一体的顶盖308、中框305、中隔板302和盒底301；板卡包括驱动板303、监控板304和电源板307，板卡间插针式连接和/或接头式连接。

具体来说，顶盖308通过螺栓安装在中框305上，中框305通过盒底301上的定位柱317定位，再通过螺栓安装在盒底301上，中隔板302通过螺栓安装盒底301顶部开口内；监控板304和电源板307通过中框305上的定位柱317定位，再通过卡扣分别安装在中框305上下两侧；驱动板303通过中隔板302上的定位柱317定位，再通过卡扣安装在中隔板302上；监控板304插针式连接在驱动板303上，监控板304上的插针座与驱动板303上的插针一一对应；监控板304和电源板307之间接头式连接。

交流母排组件311和直流母排组件312安装在盒底301两侧，直流母排组件312包括绝缘的直流母排座3122和导电的直流母排3121，交流母排组件311包括绝缘的交流母排座和交流母排。交流母排和直流母排3121一端位于盒体内，另一端伸出盒体外，伸出长度大于盒内长度；直流母排3121之间设有绝缘挡板313；如图5、图7所示，位于盒体内的绝缘挡板313与盒底301一体成型，位于盒体内的绝缘挡板313与直流母排座3122一体成型。

中框305上开有很多透气空洞，中隔板302呈网格框架形，以形成从下向上向外的散热通道。

为防止外界水汽进入盒体内，顶盖308上设有防水透气阀309；中框305的光纤入口上套设光纤护线套306，光纤护线套306与监控板304的接入光纤配合结构如图9所示。交流母排组件311与盒底301之间、直流母排组件312与盒底301之间的配合面上设有密封沟槽314，密封沟槽314内填充密封胶，此种密封结构如图7所示。顶盖308和中框305之间、中框305和盒底301之间的配合面上还设密封凸缘315，一配合面上凸起的密封凸缘315位于另一配合面上凹陷的密封沟槽314内，形成“u”形的密封沟，此种密封结构如图8所示。

实施例2

如图10～12所示的svg单元结构，还包括功率组件4；功率组件4包括上下层叠固定为一体的igbt402和散热器403,门极板401焊接固定在igbt402顶部的引脚上，散热器403的基板和散热翅片一体成型，散热翅片位于基板底部。

盒底301通过定位柱317与散热器403定位，通过螺栓固定在散热器403的基板上；盒底301设有覆盖在门极板401和igbt402外侧的开口，驱动板303和门极板401之间插针式连接，驱动板303上的插针座与门极板401上的插针一一对应；交流母排和直流母排3121位于盒体内的一端可拆装式固定在igbt输出正极4021和igbt输出负极4022上，位于盒体内的绝缘挡板313同时对直流母排3121及其连接的igbt输出正极4021和igbt输出负极4022起到加强绝缘的作用，如图7、图12所示；盒体和散热器403之间的配合面上设有密封沟槽314，密封沟槽314内填充密封胶。

中隔板302底部的定位柱317穿过盒底301开口、插入门极板401上的开孔内，用于中隔板302的定位。

盒底301为绝缘隔热塑料盒体，顶盖308、中框305、中隔板302为绝缘导热塑料盒体；如图4、图5所示，电气控制盒盒体底部设有内凹的隆起部316与功率组件4顶部相脱离。

实施例3

如图13所示的svg单元结构，还包括电容仓组件1、叠层母排2、风道组件5和汇流母排6；电容仓组件1、叠层母排2和电气控制盒3并列布置；风道组件5配置于散热器403两端；交流母排和直流母排3121分别与各自的汇流母排5接触式电连接。

如图1～3所示的电气控制盒方案，将传统svg所用到的板卡等敏感元件密封于盒体内，同时，该盒体由塑料材质制成。由于塑料具有绝缘性，这就解决了稀薄空气条件下导电体(如交流母排组件311、直流母排组件312和驱动板303、监控板304和电源板307等)与电气控制盒壳体绝缘间隙以及爬电距离不足的问题。

如图2所示的电气控制盒包括以下几部份：盒底301，中隔板302，驱动板303，监控板304，中框305，光纤护线套306，电源板307，顶盖308，防水透气阀309，板卡烧写口310，交流母排组件311，直流母排组件312。

盒底301在最下部，呈中空框架形，底部对应门极板401和igbt402设有开口，开口之间为隆起部316；盒底301通过其下部的定位柱317与功率组件4定位，通过螺栓与散热器4的基板安装固定；驱动板303通过中隔板302上的定位柱317定位，然后通过卡扣318固定在中隔板302上；中隔板302通过其底部的定位柱317与门极板401定位，然后中隔板302通过螺栓固定在盒底301上；驱动板303上的插针座与igbt门极板401上的插针一一对应；监控板304和电源板307通过中框305上的定位柱317定位，然后通过中框305上的卡扣318固定；中框305通过盒底301上部的定位柱317与盒底301定位，监控板304上插针座与驱动板303上的插针一一对应，然后中框305通过螺栓与盒底301连成一体；最后顶盖308通过螺栓与中框305连成一体，电气控制盒主体组装完成。

本实施例中，为了达到ip65的防护等级，同时又兼顾散热设计，电气控制盒3作了以下特殊设计：

第一，采用沟槽密封结构，并在槽内加密封胶，以达到防水防尘的目的。盒底301与功率组件4、直流母排座3122与盒底301、交流母排座与盒底301之间，采用图7中方式一进行密封，即对应的一侧配合面上设有密封沟槽314，密封沟槽314内填充密封胶；盒底301与中框305、中框305与顶盖308之间，采用图8中方式二行密封，即配合面上分别设有密封沟槽314和密封凸缘315，一配合面上凸起的密封凸缘315位于另一配合面上凹陷的密封沟槽314内，形成“u”形的密封沟，密封沟内填充密封胶。

第二，板卡间连接采用插针结构或接头结构，这样使得电气控制盒内部除电源板307的两组进线外，无其它线束，大大减少了零部件的数量，减少了潜在故障率。

第三，受igbt本身结构所限，直流出线排之间的距离较近，为了强其绝缘性能，在控制盒盒底301内外都设置了绝缘挡板313(见图7、图12)。

第四，相对于电气控制盒来说，散热器4的基板温度与igbt402和门极板401温度最为接近算是一个热源，为了兼顾散热，对盒底301做了隆起处理，隆起部316与散热器4的基板脱离，以减少和散热器4的基板接触，从而尽可能减少将功率组件4的热量传递到控制盒内(图4、5、12)；同时，由于svg在运行过程中，交流母排和直流母排3121的铜排温度较高，因此将盒底301设计成一个长条形，宽度较窄，尽量减少控制盒内铜排的尺寸，以使铜排尽可能的裸露在盒底301外部。

第五，在电气控制盒的选材上，盒底301选用的是绝缘隔热塑料，如abs+pc，以达到耐高温的目的，同时由于材料的导热系数低，可以尽量减少热从功率组件4传递到控制盒盒体内；电气控制盒其它部件(顶盖308、中框305和中隔板302)采用绝缘缘导热塑料，同时在中隔板302和中框305顶面增加了很多孔洞，使得盒体下部的热(交流母排组件311和直流母排组件312上的热量及功率组件4上的部分热量)可以通过孔洞向上传导，并且通过导热塑料外壳与空气发生热交换。

第六，为了达到防水透气的目的，使电气控制盒内外气压保持一样，在控制盒上加装了防水透气阀309，外部的水汽无法进入电气控制盒内以避免产生凝露，但空气可以流动，同时，在光纤出口等部位，均有相应的橡胶光纤护线套306进行防护，在保护光纤的同时还能避免水汽从开孔进入盒体内。

综上，通过对电气控制盒及svg单元结构的优化设计，该方案具有以下特点：

(1)具有适应高海拔地区风沙大、昼夜温差大、凝露重等特殊环境；

(2)能适应空气稀薄环境的绝缘要求；

(3)有较高的可靠性，最大限度的减少故障率及维护频率。