CN100466892C - 等电位连接方法及在电力电子装置的水冷却系统中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及需要循环水冷却的大功率电力系统装置，适用于包含不同电位、且电位差较大的多条冷却支路循环水冷却系统，使用等电位连接方式将极大地提高装置的运行可靠性、安全性。其按照流过冷却支路循环水的电流不大于0.5μA的原则，找出两端的瞬时电位差为零或近似于零的冷却支路，作为等电位连接支路。从热量均衡角度出发，选择组成的每条冷却支路所带走的热量应大致相当。为减小各条冷却支路间的差模电位差，将每条接于同一直流母线电气元件的冷却支路共用一组进、出水汇水管。在不增加大功率电力系统装置额外投入的情况下，只需按照每条冷却支路两点间的瞬时电位差为零或近似于零的原则进行连接，简便、高效、实用。

Description

等电位连接方法及在电力电子装置的水冷却系统中的应用

技术领域

本发明涉及需要循环水冷却的大功率电力电子装置，特指等电位连接方法及在电力电子装置的水冷却系统中的应用。尤其适用于大电流AC-DC，AC-AC，DC-AC电力电子功率变换装置，其循环水冷却系统包含不同电位、且电位差较大的多条冷却支路，使用等电位连接方式将极大地提高装置的运行可靠性、安全性。

背景技术

在一般循环水冷却大功率电力系统装置中，若循环水的绝缘电阻不足够高，将导致水路接口(水嘴)在电位差作用下发生电离而逐渐被腐蚀，继而发生漏水，破坏装置的绝缘性能及使用寿命。中国专利申请号：03124302，“电子机器的冷却装置”其提出在冷却水中加入抑制电离发生的方法，即在电力系统中，设置由预先吸附着腐蚀抑制剂的离子交换树脂构成的离子交换器，且在冷却液中添加腐蚀抑制剂”，但是它增加了整个大功率电力系统装置的额外投资和维护，使系统的电气绝缘性能降低，水冷散热器内壁结垢，降低水冷散热器的冷却效果，影响装置的性能。

发明内容

本发明提出一种循环水冷却的各冷却支路的等电位连接方式，在不增加大功率电力系统装置额外投入的情况下，只需按照每条冷却支路两点间的瞬时电位差为零或近似于零的原则进行连接，简便、高效、实用。

本发明解决其技术问题的循环水冷却系统的等电位连接方法其特征为：

在电力系统装置中，按照流过冷却支路循环水的电流不大于0.5μA的原则，每条冷却支路均是从循环水汇水管的进水管一端输出，经水路连接至各水冷散热器流回到循环水汇水管的出水管，找出两端的瞬时电位差为零或近似于零的冷却支路进行连接，从而形成等电位连接支路。

本发明在大电流电力电子功率变换装置中应用时，装置中有多个桥臂，每个桥臂上有若干只电力电子器件组成的并联电路，每个并联支路上有一只电力电子器件与一只快速熔断器串联，系统中有一对或多对直流正、负母线，三种形式的水冷散热器，即并联器件共用水冷散热器为元件水冷母排、并联器件单独的水冷散热器、快速熔断器共用水冷散热器为快熔水冷母排，其特征是元件水冷母排电位差为零，其间设一条水冷却支路；并联器件单独的水冷散热器之间电位差近似为零，其间设一条水冷却支路；并联器件单独的水冷散热器与快熔水冷母排电位差亦近似为零，其间设一条水冷却支路。

从热量均衡角度出发，使每条等电位冷却支路所带走的热量应大致相当。在等电位连接前提下，计算出每个散热器需带走的热量，选择经过散热器热交换的能量相当的电路连接，组成各条冷却支路。

为减小各条冷却支路间的差模电位差，可将所有接于同一直流母线及其桥臂的冷却支路共用一组进、出水汇水管，将汇水管数量按不同电位直流母线数量的2倍确定，即不同电位直流母线的数量为n时，则汇水管的数量为2n个。在较高电压使用场合，要求这2n个汇水管安装时应与金属外壳、大地之间相互绝缘，以减小各条冷却支路的共模电位差。

汇水管由金属材料或高分子绝缘材料制造，若是金属材料汇水管，适当增加每条与汇水管连接的水冷却支路的长度，以增加其水路电阻，减小水路中的电离电流，在相同水质条件下延缓其被腐蚀速度。

本发明的优点在于使用等电位连接方式将极大地提高装置的运行可靠性、安全性，且使用简便、高效、实用，不增加大功率电力系统装置的额外投入。

附图说明

图1为本发明所述的循环水冷却系统的等电位连接示意图

图2为本发明实施例的器件并联臂电气原理图

图3为器件并联臂水路等电位连接图

其中：1.晶闸管元件单独的水冷散热器 2.晶闸管元件并联共用的散热器(元件双孔母线)3.快速熔断器并联共用散热器(快熔双孔母线)4.出水管A。5.进水管A 6.直流正母线。7.直流负母线 8.进水管B 9.出水管B 10.夹布橡胶水管 11.快速熔断器 12.绝缘杆 C：出水管 J:进水管

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。

在大电流电力电子功率变换系统中，一般采用同一种电力电子器件组成功率变换主电路，由于电力电子器件制造容量的限制，在大电流功率变换场合往往需要器件的并联使用。并联使用的元件参数要求非常接近，可以认为其通态管压降的差值近似为零。如图1所示，大功率电化学电源等电位水冷却系统中电路有12个垂直安装的桥臂，如图3所示，每个臂上有五条晶闸管并联支路，如图2所示，每个并联支路上有一只晶闸管与一只快速熔断器11串联，水平安装的直流正母线6、直流负母线7各一个。

如图2所示，每一组并联元件两端的各点间电位差分别(Ua-Ub-Uc-…-Un≈0，Ua1-Ub1-Uc1-…-Un1≈0)近似为零，在晶闸管元件并联的公共点一侧(a，b，c，……n)可共用水冷散热器，另一侧(a1，b1，c1，……n1)往往是单独的水冷散热器1，单独的水冷散热器1的壳--散热阻比共用的散热器2即元件双孔水冷母线的散热阻小，元件双孔水冷母线带走的热量Q约为单独散热器1带走的热量∑Qn的2/5。与晶闸管元件串连的作为隔离故障支路功能的快速熔断器11冷态电阻一般仅有20μΩ以下，其工作压降在200mv以下，可认为快速熔断器11的末端(a2、b2、……n2)与串连点(a1，b1，c2，……n1)之间电位差近似为零。快速熔断器11工作损耗小，只需单面冷却，即在其公共点(a2，b2，c2，……n2)侧共用水冷散热器，若将这些等电位点的水嘴直接连接，就可以做到冷却支路的等电位连接。如图2所示，元件双孔水冷母线电位差为零，可设一条水冷却支路，带走2/5∑Qn的热量。从上到下顺序第1、3、5号晶闸管元件单独的水冷散热器1的电位差亦近似为零，可设一条水冷却支路，带走3/5∑Qn的热量。第2，4号晶闸管元件单独的水冷散热器1与快速熔断器并联共用散热器3即快熔双孔水冷母线电位差亦近似为零，可设一条水冷却支路，带走约1/2∑Qn的热量。这三条水冷却支路均是等电位冷却支路，每条冷却支路所带走的热量大致相当。元件双孔水冷母线接于交流(AC)侧，快熔双孔水冷母线接于直流(DC)侧。

每个桥臂有3条水冷却支路，12个臂有36条水冷却支路，加上直流正母线6、直流负母线7各自一条水冷却支路，共有38条支路。采用金属材料(不锈钢或铜)汇水管4根，进水、出水管各两根，分别用于与直流正母线6连接的所有桥臂及直流正母线6自身的冷却支路进、出水汇流，和与直流负母线7连接的所有桥臂及直流负母线7自身的冷却支路进、出水汇流。汇水管与设备间绝缘安装，每条水冷却支路的水路--夹布橡胶水管10均在汇水管周围缠绕一圈，半径约200mm，以增加每条水冷却支路的长度。这便构成了循环水冷却系统的等电位连接。

本发明可用于需要循环水冷却的大电流AC—DC，DC—AC，AC—AC功率变换的各类电力电子装置及大功率电力系统装置。

Claims (6)

1.循环水冷却系统的等电位连接方法，其特征是在电力系统装置中，按照流过冷却支路循环水的电流不大于0.5μA的原则，每条冷却支路均是从循环水汇水管的进水管一端输出，经水路连接至各水冷散热器流回到循环水汇水管的出水管，找出进水与出水两端的瞬时电位差为零的冷却支路进行连接，从而形成等电位连接支路。

2.根据权利要求1所述的循环水冷却系统的等电位连接方法在大电流电力电子装置的应用方法，装置中有多个桥臂，每个桥臂上有若干只电力电子器件组成的并联电路，每个并联支路上有一只电力电子器件与一只快速熔断器(11)串联，系统中有一对或多对直流正、负母线(6)(7)，三种形式的水冷散热器，即并联器件共用的水冷散热器(2)为元件水冷母线、并联器件单独的水冷散热器(1)、快速熔断器共用水冷散热器(3)为快熔水冷母线，其特征是元件水冷母线电位差为零，水冷母线的两端设一条水冷却支路；并联器件单独的水冷散热器(1)之间电位差为零，其间设一条水冷却支路；并联器件单独的水冷散热器(1)与快熔水冷母线电位差为零，其间设一条水冷却支路。

3.根据权利要求2所述循环水冷却系统的等电位连接方法在大电流电力电子装置的应用方法，其特征在于在等电位连接前提下，计算出每个散热器需带走的热量，选择经过散热器热交换的能量相当的电路连接，组成各条冷却支路。

4.根据权利要求2所述循环水冷却系统的等电位连接方法在大电流电力电子装置的应用方法，其特征在于将所有接于同一直流母线及其桥臂的冷却支路共用一组进、出水汇水管，将汇水管数量按不同电位直流母线数量的2倍确定。

5.根据权利要求4所述循环水冷却系统的等电位连接方法在大电流电力电子装置的应用方法，其特征在于在较高电压使用场合，要求汇水管安装时应与金属外壳、大地之间相互绝缘。

6.根据权利要求4所述循环水冷却系统的等电位连接方法在大电流电力电子装置的应用方法，其特征在于将金属材料汇水管与电力电子装置外壳及大地绝缘安装，汇水管之间相互绝缘。

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