一種海島用的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種海島用的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)，包括通過管道連接形成主循環(huán)回路的主循環(huán)水泵、空氣冷卻器、主過濾器、換流閥及脫氣罐，所述脫氣罐內(nèi)置電加熱器，主循環(huán)回路并聯(lián)有水處理回路，緩沖罐連接有氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，離子交換器連接有補(bǔ)水系統(tǒng)，空氣冷卻器的換熱管束材質(zhì)采用不銹鋼316L管材，翅片采用環(huán)氧樹脂涂層鋁片，內(nèi)部框架采用不銹鋼316Ti，并作粉末噴涂外表面處理。柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)有效冷卻換流閥，保證恒定流量的冷卻水進(jìn)入換流閥，進(jìn)閥溫度穩(wěn)定、無驟升驟降。柔性直流換流閥水冷系統(tǒng)可根據(jù)IGBT熱負(fù)荷的變化來改變水冷散熱量，控制進(jìn)閥溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，保證換流閥的穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說明】一種海島用的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種冷卻系統(tǒng)，用于冷卻柔性直流輸電換流閥中IGBT發(fā)熱元件。【背景技術(shù)】
[0002]廣東南澳大型風(fēng)電柔性直流輸電示范工程在國內(nèi)首次采用多端柔性直流技術(shù)，柔性直流輸電技術(shù)是以絕緣雙極晶體管(IGBT)組成的電壓源換流器(VSC)、可控關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)，與傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)相比，具有控制靈活方便、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備，改善電能質(zhì)量、節(jié)約建設(shè)用地、安裝調(diào)試維護(hù)方便等特點(diǎn)，在海島供電、城市電網(wǎng)供電、可再生資源并網(wǎng)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]柔性直流輸電方式作為海島供電的重要手段，不受傳輸距離限制，適合大型海上風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)。柔性直流換流閥采用IGBT元件，由于IGBT元件在運(yùn)行過程中產(chǎn)生巨大的熱量，為了保證元件的正常運(yùn)行，需要水冷系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行冷卻。由于海島的特殊環(huán)境，對(duì)相關(guān)設(shè)備的防腐蝕性提出了特殊要求，現(xiàn)有的閥冷系統(tǒng)滿足不了海島的使用環(huán)境，所以需要開發(fā)一種海島用的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)，有效帶走IGBT元件產(chǎn)生的熱量，保證換流閥安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)包括通過管道連接形成主循環(huán)回路的主循環(huán)水泵、空氣冷卻器、主過濾器、換流閥及脫氣罐，所述脫氣罐內(nèi)置電加熱器，所述主循環(huán)水泵及主過濾器均設(shè)有備用；
[0006]所述主循環(huán)回路還并聯(lián)有水處理回路，所述水處理回路包括通過管道連接的離子交換器、精密過濾器及緩沖罐；所述離子交換器、精密過濾器及緩沖罐均設(shè)備用；所述離子交換器的出口均設(shè)置去離子水電導(dǎo)率變送器。冷卻水中的雜質(zhì)在高壓條件下容易產(chǎn)生漏電流及電腐蝕，影響換流閥的正常運(yùn)行，為適應(yīng)大功率電力電子設(shè)備在高電壓條件下的使用要求，冷卻水必須具備極低的電導(dǎo)率。因此在主循環(huán)回路并聯(lián)水處理回路，用于去除冷卻水中的陰陽離子，達(dá)到不斷凈化水質(zhì)的目的。部分主循環(huán)回路的冷卻水流經(jīng)離子交換器，不斷凈化管道中可能析出的離子，然后流經(jīng)精密過濾器和緩沖罐，然后在主循環(huán)回路的脫氣罐的入口進(jìn)行合流。離子交換器共設(shè)2套，互為備用，離子交換器的出口設(shè)置電導(dǎo)率變送器，監(jiān)控去離子水的電導(dǎo)率和樹脂的失效情況，當(dāng)一臺(tái)離子交換器故障時(shí)，可切換至另一臺(tái)離子交換器。精密過濾器設(shè)置在離子交換器出口，攔截可能破碎的樹脂顆粒。膨脹罐設(shè)置在精密過濾器出口。
[0007]所述緩沖罐連接有氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，所述氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)包括氮?dú)馄考把a(bǔ)氣電磁閥，所述氮?dú)馄考把a(bǔ)氣電磁閥均設(shè)有備用，氮?dú)馄客ㄟ^補(bǔ)氣電磁閥對(duì)膨脹罐補(bǔ)氣，可緩沖由于冷卻水溫度變化而引起的體積變化；
[0008]所述離子交換器連接有補(bǔ)水系統(tǒng)，所述補(bǔ)水系統(tǒng)包括通過管道連接的原水泵、過濾器、原水箱、補(bǔ)水泵及補(bǔ)水電動(dòng)球閥，所述補(bǔ)水泵設(shè)有備用，補(bǔ)水系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷系統(tǒng)的自動(dòng)補(bǔ)水功能，當(dāng)緩沖罐的液位低于補(bǔ)水泵啟動(dòng)液位，補(bǔ)水泵啟動(dòng)，補(bǔ)水電動(dòng)球閥自動(dòng)打開，補(bǔ)水至緩沖罐規(guī)定的正常液位，此時(shí)停泵、電動(dòng)球閥關(guān)閉。
[0009]所述空氣冷卻器的換熱管束材質(zhì)采用不銹鋼316L管材，翅片采用環(huán)氧樹脂涂層鋁片，能夠抵抗海洋腐蝕環(huán)境氣候，內(nèi)部框架采用不銹鋼316Ti，并作粉末噴涂外表面處理。一般情況下，所有空氣冷卻器投入運(yùn)行，空氣冷卻器的選型應(yīng)滿足兩個(gè)條件:(I)在極端條件下，仍能有20%的余量；(2)—臺(tái)空氣冷卻器故障時(shí)仍能滿足額定散熱量的要求。在室外氣溫降低或換流閥負(fù)荷較小的情況下，可以首先調(diào)節(jié)空氣冷卻器風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，再通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確控制。
[0010]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主循環(huán)回路設(shè)置有進(jìn)閥溫度變送器；主循環(huán)回路并聯(lián)有電導(dǎo)率測(cè)試回路，電導(dǎo)率測(cè)量回路設(shè)置有冷卻水電導(dǎo)率變送器；緩沖罐設(shè)置有液位變送器，所述進(jìn)閥溫度變送器、冷卻水電導(dǎo)率變送器和膨脹罐液位計(jì)采取“三取二”的原貝U，防止由于閥冷系統(tǒng)儀表故障導(dǎo)致?lián)Q流閥停運(yùn)。
[0011]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主循環(huán)回路還包括有冷卻水流量變送器、出閥溫度變送器、空氣冷卻器回水溫度變送器、出閥溫度變送器、出閥壓力變送器、進(jìn)閥壓力變送器及主循環(huán)泵出水壓力變送器，膨脹罐設(shè)置有壓力變送器。
[0012]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)采用冗余控制器。從而實(shí)現(xiàn):對(duì)閥冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)；將柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)的工作狀況上傳給主極控或站控；對(duì)柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
[0013]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0014](I)柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)有效冷卻換流閥，保證恒定流量的冷卻水進(jìn)入換流閥，進(jìn)閥溫度穩(wěn)定、無驟升驟降。柔性直流換流閥水冷系統(tǒng)可根據(jù)IGBT熱負(fù)荷的變化來改變水冷散熱量，控制進(jìn)閥溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，保證換流閥的穩(wěn)定運(yùn)行；
[0015](2)空氣冷卻器充分考慮到海邊環(huán)境，采取防腐蝕措施，保證空氣冷卻器的正常運(yùn)行；
[0016](3)柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用冗余配置，關(guān)鍵儀表采用三選二的原則，更加安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例1
[0020]如圖1所示，柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)包括通過管道連接形成主循環(huán)回路的主循環(huán)水泵1-1及1-2、空氣冷卻器2、主過濾器3-1及3-2、換流閥4及脫氣罐5，所述脫氣罐5內(nèi)置電加熱器51，所述主循環(huán)水泵及主過濾器均設(shè)有備用；
[0021]所述主循環(huán)回路還并聯(lián)有水處理回路，所述水處理回路包括通過管道連接的離子交換器6-1及6-2、精密過濾器7-1及7-2、緩沖罐8_1及8_2 ;所述離子交換器、精密過濾器及緩沖罐均設(shè)備用；所述離子交換器6-1的出口設(shè)置去離子水電導(dǎo)率變送器9-1，離子交換器6-2的出口設(shè)置去離子水電導(dǎo)率變送器9-2。冷卻水中的雜質(zhì)在高壓條件下容易產(chǎn)生漏電流及電腐蝕，影響換流閥的正常運(yùn)行，為適應(yīng)大功率電力電子設(shè)備在高電壓條件下的使用要求，冷卻水必須具備極低的電導(dǎo)率。因此在主循環(huán)回路并聯(lián)水處理回路，用于去除冷卻水中的陰陽離子，達(dá)到不斷凈化水質(zhì)的目的。部分主循環(huán)回路的冷卻水流經(jīng)離子交換器，不斷凈化管道中可能析出的離子，然后流經(jīng)精密過濾器和緩沖罐，然后在主循環(huán)回路的脫氣罐的入口進(jìn)行合流。離子交換器共設(shè)2套，互為備用，離子交換器的出口設(shè)置電導(dǎo)率變送器，監(jiān)控去離子水的電導(dǎo)率和樹脂的失效情況，當(dāng)一臺(tái)離子交換器故障時(shí)，可切換至另一臺(tái)離子交換器。精密過濾器設(shè)置在離子交換器出口，攔截可能破碎的樹脂顆粒。膨脹罐設(shè)置在精密過濾器出口。
[0022]所述緩沖罐連接有氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，所述氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)包括氮?dú)馄?-1及9-2及補(bǔ)氣電磁閥10-1及10-2，所述氮?dú)馄考把a(bǔ)氣電磁閥均設(shè)有備用，氮?dú)馄客ㄟ^補(bǔ)氣電磁閥對(duì)膨脹罐補(bǔ)氣，可緩沖由于冷卻水溫度變化而弓I起的體積變化；
[0023]所述離子交換器連接有補(bǔ)水系統(tǒng)，所述補(bǔ)水系統(tǒng)包括通過管道連接的原水泵11、過濾器12、原水箱13、補(bǔ)水泵14-1及14-1、補(bǔ)水電動(dòng)球閥15，所述補(bǔ)水泵設(shè)有備用，補(bǔ)水系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷系統(tǒng)的自動(dòng)補(bǔ)水功能，當(dāng)緩沖罐的液位低于補(bǔ)水泵啟動(dòng)液位，補(bǔ)水泵啟動(dòng)，補(bǔ)水電動(dòng)球閥自動(dòng)打開，補(bǔ)水至緩沖罐規(guī)定的正常液位，此時(shí)停泵、電動(dòng)球閥關(guān)閉。
[0024]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述空氣冷卻器2的換熱管束材質(zhì)采用不銹鋼316L管材，翅片采用環(huán)氧樹脂涂層鋁片，能夠抵抗海洋腐蝕環(huán)境氣候，內(nèi)部框架采用不銹鋼316Ti，并作粉末噴涂外表面處理。一般情況下，所有空氣冷卻器投入運(yùn)行，空氣冷卻器的選型應(yīng)滿足兩個(gè)條件:(I)在極端條件下，仍能有20%的余量；(2) —臺(tái)空氣冷卻器故障時(shí)仍能滿足額定散熱量的要求。在室外氣溫降低或換流閥負(fù)荷較小的情況下，可以首先調(diào)節(jié)空氣冷卻器風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，再通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確控制。
[0025]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主循環(huán)回路設(shè)置有進(jìn)閥溫度變送器16-1、16_2及16-3 ;主循環(huán)回路并聯(lián)有電導(dǎo)率測(cè)試回路，電導(dǎo)率測(cè)量回路設(shè)置有冷卻水電導(dǎo)率變送器17-1、17-2及17-3 ;緩沖罐設(shè)置有液位變送器18_1、18_2及18_3，所述進(jìn)閥溫度變送器、冷卻水電導(dǎo)率變送器和膨脹罐液位計(jì)采取“三取二”的原則，防止由于閥冷系統(tǒng)儀表故障導(dǎo)致?lián)Q流閥停運(yùn)。
[0026]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主循環(huán)回路還包括有冷卻水流量變送器19-1及10-2、出閥溫度變送器20-1及20-2、空氣冷卻器回水溫度變送器21-1及21_2、出閥壓力變送器22-1及22-2、進(jìn)閥壓力變送器23-1及23_2、主循環(huán)泵出水壓力變送器24_1及24-2，膨脹罐設(shè)置有壓力變送器25-1及25-2。
[0027]為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)采用冗余控制器。從而實(shí)現(xiàn):對(duì)閥冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)；將柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)的工作狀況上傳給主極控或站控；對(duì)柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
[0028]空氣冷卻器選型:額定散熱器460kW，選擇3臺(tái)空氣冷卻器。
[0029]1)3臺(tái)同時(shí)工作時(shí)散熱量選型計(jì)算
[0030]單臺(tái)散熱量154kW，3臺(tái)總散熱量為468kW，當(dāng)空氣冷卻器入口溫度為58°C時(shí)，出口水溫為50°C<設(shè)計(jì)額定溫度52°C，余量79.5% ；
[0031]2)2臺(tái)工作，第三臺(tái)閥門不關(guān)閉時(shí)散熱量選型計(jì)算
[0032]單臺(tái)散熱量230kW，2臺(tái)總散熱量為460kW，當(dāng)入口溫度為62.1°C，三臺(tái)混合后的出口水溫溫度為54°C =預(yù)警溫度54°C，余量17.2%。
[0033]3)2臺(tái)工作，第三臺(tái)閥門關(guān)閉時(shí)散熱量選型計(jì)算
[0034]單臺(tái)散熱量230kW，2臺(tái)總散熱量為460kW，當(dāng)入口溫度為58°C，三臺(tái)混合后的出口水溫為52.661:<預(yù)警溫度54°C，余量1.3% ；
[0035]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)，其特征在于:所述柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)包括通過管道連接形成主循環(huán)回路的主循環(huán)水泵、空氣冷卻器、主過濾器、換流閥及脫氣罐，所述脫氣罐內(nèi)置電加熱器，所述主循環(huán)水泵及主過濾器均設(shè)有備用； 所述主循環(huán)回路還并聯(lián)有水處理回路，所述水處理回路包括通過管道連接的離子交換器、精密過濾器及緩沖罐；所述離子交換器、精密過濾器及緩沖罐均設(shè)備用；所述離子交換器的出口均設(shè)置去離子水電導(dǎo)率變送器； 所述緩沖罐連接有氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，所述氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)包括氮?dú)馄考把a(bǔ)氣電磁閥，所述氮?dú)馄考把a(bǔ)氣電磁閥均設(shè)有備用； 所述離子交換器連接有補(bǔ)水系統(tǒng)，所述補(bǔ)水系統(tǒng)包括通過管道連接的原水泵、過濾器、原水箱、補(bǔ)水泵及補(bǔ)水電動(dòng)球閥，所述補(bǔ)水泵設(shè)有備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)，其特征在于:所述主循環(huán)回路設(shè)置有進(jìn)閥溫度變送器；主循環(huán)回路并聯(lián)有電導(dǎo)率測(cè)試回路，電導(dǎo)率測(cè)量回路設(shè)置有冷卻水電導(dǎo)率變送器；緩沖罐設(shè)置有液位變送器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)，其特征在于:所述主循環(huán)回路還包括有冷卻水流量變送器、出閥溫度變送器、空氣冷卻器回水溫度變送器、出閥溫度變送器、出閥壓力變送器、進(jìn)閥壓力變送器及主循環(huán)泵出水壓力變送器，膨脹罐設(shè)置有壓力變送器。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK203674959SQ201320822955
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】冷明全, 王嬋 申請(qǐng)人:廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司