CN103607101A - 一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置，该装置包括设置在热端散热器和冷端散热器之间的热电偶堆，热端散热器设置在直流换流阀密闭水冷系统中的直流换流阀出水口管路中，冷端散热器设置在直流换流阀的入水口管路中，其改进之处在于，热电偶堆与换向器和直流电源连接形成回路。和现有技术比，本发明提供的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，具有良好的热传递性能，结构简单，操作便捷，可在全天候对入阀水温进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电制冷装置，具体讲涉及一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置。
背景技术
随着我国高压直流输电技术的日益成熟，直流输电工程建设正处于发展的黄金期。在高压直流输电系统中，冷却系统作为换流阀散热系统的重要组成，其运行情况直接影响到整个直流系统的输电能力。因此，保证冷却系统稳定、可靠和高效运行显得尤为重要。
密闭式水冷系统在当前被广泛应用于直流输电换流阀冷却中，水冷系统的耐温性能好坏直接影响到换流阀使用的气候环境和地理环境。在工程实际应用中，由于气候和地理环境导致水冷系统在夏天冷却能力不足，冬天需要采用电加热器加热内循环水的现象常有发生，因此对水冷系统的外冷却设备合理设计和采用辅助热设备提高换流阀可靠性显得非常重要。
当前换流阀外冷却设备常采用空气冷却器或闭式冷却塔。在设计空气冷却器时，极限环境气温和进入换流阀的冷却介质温度往往决定了空气冷却器的尺寸，对于常规的空气冷却器设计为N+1或N+2模式，有较大的冗余且体积庞大。采用闭式冷却塔往往因为水质不佳而形成大量水垢，在环境温度过高则导致闭式冷却塔传热效果不良，进阀冷却介质温度无法满足换流阀正常运行要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置，具有良好的热传递性能，结构简单，操作便捷，可在全天候对入阀水温进行控制。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置，所述装置包括设置在热端散热器和冷端散热器之间的热电偶堆，所述热端散热器设置在直流换流阀密闭水冷系统中的直流换流阀出水口管路中，所述冷端散热器设置在直流换流阀的入水口管路中，其改进之处在于：所述热电偶堆与换向器和直流电源连接形成回路。
其中，所述直流换流阀密闭水冷系统包括供水泵、三通阀、去离子系统、循环水泵、空气冷却器和过滤器；所述循环水泵、三通阀、空气冷却器、过滤器和直流换流阀依次串联形成回路；在所述过滤器与直流换流阀之间和所述循环水泵与直流换流阀之间并联由供水泵和去离子系统串联的支路。
其中，所述三通阀并联旁路与过滤器连接。
其中，在所述循环水泵和三通阀之间的管路设置三通阀，并且并联接入所述热端散热器，在所述旁路和过滤器之间并联接入所述冷端散热器。
其中，在所述热电偶堆与换向器和直流电源连接形成的回路中，当直流换流阀密闭水冷系统中的进入直流换流阀的冷却介质的温度T高于设定温度T0时，根据所述温度T控制直流电源的输出电流I，使所述热电偶堆根据所述输出电流I进行制冷，从而降低进入直流换流阀的冷却介质的温度使其达到设定温度T0；当直流换流阀密闭水冷系统中的进入直流换流阀的冷却介质的温度T’低于设定温度T0时，通过所述换向器改变回路电流方向，根据所述温度T’控制直流电源的输出电流I，使所述热电偶堆根据所述输出电流I进行制热，从而提高进入直流换流阀的冷却介质的温度使其达到设定温度T0。
其中，所述冷却介质为去离子水。
其中，所述直流换流阀包括：晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元和配水系统；所述配水系统的出、入水口分别与所述直流换流阀密闭水冷系统的水管连接。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、采用浸没式热电制冷装置具有良好的热传递性能，同时利用了水冷系统中去离子水的高电阻绝缘性能。
2、浸没式热电制冷装置的热端为换流阀出水端，冷端为换流阀的进水端，温差恒定，具有良好的控制性能。
3、本装置省略了常规系统中采用空气冷却器为N+1或N+2的模式，使结构简单，具有良好的经济效益。
4、安装、更换方便简捷。
5、提高了换流阀的环境适应能力。
6、在热端加热水温，提高进入空气冷却器的水温，进而提高的空气冷却器的效率。
7、通过热电制冷，实现在高温环境下换流阀水冷系统仍然可以正常运行；
8、更改直流电的方向，将原来的冷端和热端的位置互换，使得制冷变为热泵，在冬天取代电加热器实现水温加热。
附图说明
图1是：本发明提供的直流换流阀用浸没式热电制冷装置的原理图；
图2是：本发明提供的直流换流阀用浸没式热电制冷装置在热电发电水冷系统中的原理图；
图3是：一般直流换流阀的密闭式水冷系统的原理图；
其中：1、供水泵；2、去离子系统；3、循环水泵；4、直流换流阀；5、空气冷却器；6、过滤器；7、三通阀；8、浸没式热电制冷装置；9、热端散热器；10、冷端散热器；11、换向器；12、直流电源；13、热电偶堆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例以直流换流阀用浸没式热电制冷装置为例，如图1至图2所示，本发明实施例提供的直流换流阀用浸没式热电制冷装置包括：供水泵1、去离子系统2、循环水泵3、直流换流阀4、空气冷却器5、过滤器6、三通阀7、浸没式热电制冷装置8、热端散热器9、冷端散热器10、换向器11、直流电源12、热电偶堆13。
直流输电换流阀4器件在交直流转换过程中产生了大量的热损耗，该热损耗导致的出阀冷却介质温度与环境温差较小，只有30～40℃，但是热量较大且较为稳定，如果能够加以利用，将有一定节能价值。
直流输电水冷系统的特点是管路流通的冷却介质为去离子水，电导率很小。针对这种技术特点，本发明设计了一种浸没式热电制冷装置8，对直流换流阀4用的水冷系统出阀冷却介质带走的热量进行回收。通过半导体热电制冷方式，利用直流换流阀4在电流转换过程中产生了大量的热能来进行制冷。优点是：在夏季高温环境下通过制冷方式降低了进阀冷却介质温度，同时提高了空气冷却器5的进水温度，从而提高空气冷却器5的换热效率；在冬季低温环境下，通过换向器11控制直流电源12的电流方向反转，热量从出阀高温冷却介质传输到进阀低温冷却介质，起到电加热器效果，避免了进阀温度过低导致直流换流阀4结露现象和可能的冻伤；广泛适用于直流输电、柔性直流输电工程中的密闭式水冷系统。
热电制冷是以帕尔贴效应为基础的制冷方法，在热电偶堆13上通以直流电，就会是其中一个连接点变热，另一个连接点变冷，这就是帕尔贴效应，亦称温差电现象。在直流换流阀4的进水管道和出水管道设置热电偶堆13的冷端散热器10和热端散热器9。浸没式热电制冷装置8可以设计成冷端浸没、热端浸没或冷热端全部浸没的热电偶堆13，如图1所示为冷端浸没的热电偶堆13。
夏天，当环境温度接近极限设计温度的时候，切入浸没式热电制冷装置8，由进阀冷却介质的温度来控制直流电源12进入热电偶堆13的电流，从而控制热电偶堆13的制冷量，进而控制进阀温度，实现进阀温度的闭环控制。
当进阀温度T超过设计温度T0时，调节电流I，随着电流I升高，热电偶堆13的制冷量增加，进阀温度T逐步降低，直到进阀温度T降到设计温度T0，停止制冷。
冬天，由于环境温度过低，当冷却介质进入换流阀的温度T’过低，通过换向器11改变热电偶堆13的电流方向，对进入直流换流阀4的冷却介质进行制热，以满足直流换流阀4进水温度T’达到正常运行的设定温度T0。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种直流换流阀用浸没式热电制冷装置，所述装置包括设置在热端散热器和冷端散热器之间的热电偶堆，所述热端散热器设置在直流换流阀密闭水冷系统中的直流换流阀出水口管路中，所述冷端散热器设置在直流换流阀的入水口管路中，其特征在于：所述热电偶堆与换向器和直流电源连接形成回路。
2.根据权利要求1所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：所述直流换流阀密闭水冷系统包括供水泵、三通阀、去离子系统、循环水泵、空气冷却器和过滤器；所述循环水泵、三通阀、空气冷却器、过滤器和直流换流阀依次串联形成回路；在所述过滤器与直流换流阀之间和所述循环水泵与直流换流阀之间并联由供水泵和去离子系统串联的支路。
3.根据权利要求2所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：所述三通阀并联旁路与过滤器连接。
4.根据权利要求3所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：在所述循环水泵和三通阀之间的管路设置三通阀，并且并联接入所述热端散热器，在所述旁路和过滤器之间并联接入所述冷端散热器。
5.根据权利要求1所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：在所述热电偶堆与换向器和直流电源连接形成的回路中，当直流换流阀密闭水冷系统中的进入直流换流阀的冷却介质的温度T高于设定温度T0时，根据所述温度T控制直流电源的输出电流I，使所述热电偶堆根据所述输出电流I进行制冷，从而降低进入直流换流阀的冷却介质的温度使其达到设定温度T0；当直流换流阀密闭水冷系统中的进入直流换流阀的冷却介质的温度T’低于设定温度T0时，通过所述换向器改变回路电流方向，根据所述温度T’控制直流电源的输出电流I，使所述热电偶堆根据所述输出电流I进行制热，从而提高进入直流换流阀的冷却介质的温度使其达到设定温度T0。
6.根据权利要求5所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：所述冷却介质为去离子水。
7.根据权利要求1所述的直流换流阀用浸没式热电制冷装置，其特征在于：所述直流换流阀包括：晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元和配水系统；所述配水系统的出、入水口分别与所述直流换流阀密闭水冷系统的水管连接。
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