CN105283035B - 一种柔性防凝露保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性防凝露保护系统，该系统包括有热交换器、电磁屏蔽泵、电动比例阀、液冷管路和控制单元，液冷管路包括有冷水侧管路和液冷循环管路，冷水侧管路上设有电动比例阀，液冷循环管路一部分伸入至高压电设备中并串接有液冷板，一部分连接至热交换器，在液冷循环管路上设有电磁屏蔽泵；控制单元包括有传感器和控制器，高压电设备内设有环境温度传感器和环境湿度传感器，在靠近高压电设备的液冷循环管路上设有冷却液温度传感器，三个传感器分别连接至控制单元，该控制单元分别连接电动比例阀和电磁屏蔽泵，控制单元中设有柔性防凝露算法。本发明解决了现有防凝露技术不够柔性化的问题，既能防止系统发生凝露危险又能提高换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及温控技术，特别涉及到高压电行业及煤矿传动用高压变频器用到一种柔性液冷系统防凝露技术。
背景技术
液冷系统防凝露保护技术主要应用于高压电行业，特别是煤矿传动用的高压变频器等领域，由于这些地方采用大功率的IGBT，发热量大，需要用液冷系统进行冷却，液冷系统具有冷却功率大和占用设备空间小的优点。由于液冷系统冷却带有高压电元件，为了使系统不存在导电可能，采用HFE7200（电子氟化液）作为冷却介质，此介质具有很高的绝缘性，可以确保系统内部不导电。液冷系统中的冷却水采用的是地源水，其水温在10-15℃。由于与液冷系统进行交换的热交换器的水源为12℃左右，如果12℃水温的水直接进入热交换器与热源进行交换，则热源表面温度低于环境温度，如果此时环境湿度比较大，将在热源表面产生凝露，这在高压电行业是不允许出现的安全隐患。
为了解决水冷系统凝露问题，现有技术中直接将冷却液的控制温度设定为环境温度+2℃，这样能确保不管环境湿度如何变化，高压电设备内高压开关元件表面都不可能产生凝露，从而保证了整个系统的安全。但是，上述这种防止凝露控制方法有它的局限性，即当环境温度比较高或者环境湿度较小时，系统设定温度将远远大于露点温度。在这种情况下，虽然也能起到防止凝露的作用，但是却使得温度控制的下限大大提高，导致冷却系统换热效率大大减小，并且使得开关设备热源最高温度太高。
发明内容
本发明专利的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供柔性液冷系统防凝露技术。本发明专利的防凝露保护系统要做到控制方式更为合理且换热效率更高，提高液冷板的换热效率。
为了达到上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，该保护系统包括有热交换器、电磁屏蔽泵、电动比例阀、液冷管路和控制单元，所述的液冷管路包括有位于热交换器一侧的冷水侧管路和位于热交换器另一侧的液冷循环管路，所述的冷水侧管路上设有电动比例阀，所述的液冷循环管路一部分伸入至高压电设备中串接有液冷板，液冷循环管路的一部分连接至热交换器的进口和出口，在靠近热交换器的出口处的液冷循环管路上设有所述的电磁屏蔽泵；所述的控制系统包括有冷却液温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器和控制单元，所述的高压电设备内设置有所述的环境温度传感器和环境湿度传感器，在靠近电压电设备的液冷循环管路上设有所述的冷却液温度传感器，所述的冷却液温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器分别连接控制单元的输入端，该控制单元的输出端分别连接所述的电动比例阀和电磁屏蔽泵，所述的控制单元内设有根据传感器结果来控制电动比例阀和电磁屏蔽泵的柔性控制算法程序。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的控制单元内设有数据采集模块、控制器、输出模块、上位机和变频器，在所述控制单元中的控制器内设有柔性控制算法程序，所述的数据采集模块分别连接冷却液温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器，该数据采集模块连接有A/D转换模块，A/D转换模块通过I2C总线接入至所述的控制单元中，该控制单元通过RS485总线连接上位机，控制单元还连接所述的输出模块，该输出模块的一个输出端连接电动比例阀，另一个输出端通过变频器连接至所述的电磁屏蔽泵。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的柔性控制算法程序中基于如下公式得到露点温度：假设一元方程a1和a2，
a1= -0.125× (H1)²+0.375×H1+0.7482 ；
b1= -9× (H1)²+30.416×H1-21.46 ；
露点温度=a1×T1+b1，其中T1为环境温度，H1为环境湿度。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的柔性控制算法程序的处理流程如下：控制器将比较系统原先设定温度与根据上述公式得出的露点温度，若客户原先设定温度小于露点温度则自动将冷却液控制温度设定为露点温度＋1℃；若客户原先设定温度大于或等于露点温度，冷却液控制温度保持不变。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，为了确保液冷系统出口温度大于高压电设备内的露点温度，当液冷系统出口温度小于露点温度＋1℃时，控制器控制电动比例阀的开度关小；当液冷系统出口温度大于露点温度＋2℃时，控制器控制电动比例阀的开度加大；最终确保在高压电设备内，露点温度＋1℃＜冷却液温度＜露点温度＋2℃ 。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，当电动比例阀故障原因引起系统温度波动时，控制器控制冷却液温度小于露点温度值并持续60秒，控制单元触发露点保护报警信息并启动关机流程，确保在温度控制不住时被冷却的高压设备不产生凝露。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的露点保护报警信息是指报警灯提示安全故障报警，并报出“防凝露保护失败”报警，并将报警信息通过RS485接口上传给上位机。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，在靠近热交换器的出口处的液冷循环管路上设有膨胀水箱，所述的液冷板为热源IGBT贴合传热媒介。
基于上述技术方案，本发明专利的防凝露保护系统与现有技术相比具有如下技术优点：
本发明的柔性防凝露保护系统利用控制器、冷却液温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器的组合，通过控制器的实时计算能力，设计独特的算法，得到了实时露点温度，从而控制管路不产生凝露的基础上做到柔性控制液冷系统供液温度，从而大大提高了液冷板的换热效率。
附图说明
图1是本发明柔性防凝露保护系统的系统原理图。
图2是本发明柔性防凝露保护系统的控制流程图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明柔性防凝露保护系统做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构组成和工作流程，但不能以此来限制本发明专利的保护范围。
如图1所示，本发明的柔性防凝露保护系统主要结构包括有热交换器2、电磁屏蔽泵3、电动比例阀1、液冷管路和控制系统。所述的液冷管路包括有位于热交换器2一侧的冷水侧管路和位于热交换器2另一侧的液冷循环管路，在所述的冷水侧管路上设有电动比例阀1，所述的液冷循环管路一部分伸入至高压电设备10中并串接有液冷板7，液冷循环管路的另一部分连接至热交换器2的进口和出口，在靠近热交换器2的出口处的液冷循环管路上设有所述的电磁屏蔽泵3，在靠近热交换器2的出口处的液冷循环管路上设有膨胀水箱8，所述的液冷板7为热源IGBT贴合传热媒介。
上述的控制单元9包括有冷却液温度传感器4、环境温度传感器5、环境湿度传感器6和控制器。在所述的高压电设备10内设置有所述的环境温度传感器5和环境湿度传感器6，确保实时准确检测高压电设备10内环境温度T1和环境湿度H1。在靠近电压电设备10的液冷循环管路上设有所述的冷却液温度传感器4，保证供液管路温度检测的准确性。上述的冷却液温度传感器4、环境温度传感器5、环境湿度传感器6分别连接控制单元的输入端，该控制单元9的输出端分别连接所述的电动比例阀1和电磁屏蔽泵3。此处的电动比例阀1为二通水阀，安装在冷水侧管路上热交换器2的入水口位置处。而电磁屏蔽泵3则安装在液冷循环管路上靠近热交换器2的出口处，电磁屏蔽泵3的作用是为液冷循环管路内的液体循环提供循环动力。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的控制单元9内设有数据采集模块91、控制器92、输出模块93、上位机94和变频器95，在所述的控制器92内设有柔性控制算法程序，柔性控制算法程序的作用是根据冷却液温度传感器4、环境温度传感器5和环境湿度传感器6的数据计算，并根据计算结果来控制电磁屏蔽泵3和电动比例阀1，达到柔性控制的目的。所述的数据采集模块91分别连接冷却液温度传感器4、环境温度传感器5和环境湿度传感器6，该数据采集模块91连接有A/D转换模块96，A/D转换模块96通过I2C总线接入至所述的控制器92中，该控制器92通过RS485总线连接上位机94，控制器94还连接所述的输出模块93，该输出模块93的一个输出端连接电动比例阀1，另一个输出端通过变频器95连接至所述的电磁屏蔽泵3。
在上述的柔性控制算法程序中，基于如下公式得到露点温度，假设一元方程a1和a2：
a1= -0.125× (H1)²+0.375×H1+0.7482 ；
b1= -9× (H1)²+30.416×H1-21.46 ；
露点温度=a1×T1+b1，其中T1为环境温度，H1为环境湿度。
在本发明的柔性防凝露保护系统中，所述的柔性控制算法程序的处理流程如下：
在控制器92中比较系统客户预先设置的原先设定温度与根据上述公式得出的露点温度，若客户原先设定温度小于露点温度则自动将冷却液控制温度设定为露点温度＋1℃；若客户原先设定温度大于或等于露点温度，冷却液控制温度保持不变，这里的冷却液控制温度是冷却液的目标温度，是冷却液温度控制的目标值。为了确保冷却液温度大于高压电设备10内的露点温度，当冷却液温度小于露点温度＋1℃时，控制器92控制电动比例阀1的开度关小；当冷却液温度大于露点温度＋2℃时，控制器92控制电动比例阀1的开度加大；最终确保在高压电设备10内，露点温度＋1℃＜冷却液温度＜露点温度＋2℃ 。冷却液温度则是冷却管路中冷却液的实际温度，该温度由冷却液温度传感器测定出来。
在图2中描述了整个系统的控制流程图，冷却液温度传感器4、环境温度传感器5和环境湿度传感器6分别将所采集到的模拟量信号通过AD0832芯片转化为数字量信号，然后通过I2C总线将数据传送给控制器。在控制器中将采集到的冷却液温度信号与客户原先设定温度进行比较，根据比较结果再通过输出模块输出电信号，经转换后的电信号来控制电动比例阀1的开度，进而控制冷却液温度，同时控制器92通过VFD变频器95控制电磁屏蔽泵3的开启和关闭。另外，控制器92同时还会将采集到的数据通过RS485接口实时传送给上位机94。作为另外一种非常规情况，当因电动比例阀1故障原因引起系统温度波动时，出现冷却液温度小于露点温度值并持续60秒的情况，控制器92会触发露点保护报警信息并启动关机流程，确保在温度控制不住时被冷却的高压电设备10不产生凝露。上述的露点保护报警信息是指报警灯提示安全故障报警，并报出“防凝露保护失败”报警，并将报警信息通过RS485接口上传给上位机94，立即启动关机流程，从而通过上位机94的第二层保护来确保高压电设备的安全和可视化操作。待排除故障原因以后，必须复位以再次启动系统。
本发明柔性防凝露保护系统采用液冷系统上已有的控制器，再加上环境温度传感器和湿度传感器，利用控制器实时计算能力来得到露点温度，从而在管路不产生凝露的基础上柔性控制液冷系统供液的温度，大大提高了液冷板的换热效率。
Claims (6)
1.一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，该保护系统包括有热交换器、电磁屏蔽泵、电动比例阀、液冷管路和控制单元，所述的液冷管路包括有位于热交换器一侧的冷水侧管路和位于热交换器另一侧的液冷循环管路，所述的冷水侧管路上设有电动比例阀，所述的液冷循环管路一部分伸入至高压电设备中，伸入至高压电设备中的液冷循环管路上串接有液冷板，液冷循环管路的一部分连接至热交换器的进口和出口，在靠近热交换器的出口处的液冷循环管路上设有所述的电磁屏蔽泵；所述的控制单元包括有冷却液温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器和控制器，所述的高压电设备内设置有所述的环境温度传感器和环境湿度传感器，在靠近电压电设备的液冷循环管路上设有所述的冷却液温度传感器，所述的冷却液温度传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器分别连接控制单元的输入端，该控制单元的输出端分别连接所述的电动比例阀和电磁屏蔽泵，所述的控制单元内设有根据传感器结果来控制电动比例阀和电磁屏蔽泵的柔性控制算法程序；所述的控制单元内设有数据采集模块、控制器、输出模块、上位机和变频器，所述的柔性控制算法程序设置于控制器内，所述的数据采集模块分别连接冷却液温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器，该数据采集模块连接有A/D转换模块，A/D转换模块通过I2C总线接入至所述的控制器中，该控制器通过RS485总线连接上位机，控制器还连接所述的输出模块，该输出模块的一个输出端连接电动比例阀，另一个输出端通过变频器连接至所述的电磁屏蔽泵，所述的柔性控制算法程序中基于如下公式得到露点温度：
假设一元方程a1和a2，
a1= -0.125× (H1)²+0.375×H1+0.7482；
b1= -9× (H1)²+30.416×H1-21.46；
露点温度=a1×T1+b1，其中T1为环境温度，H1为环境湿度，
所述的柔性控制算法程序的处理流程如下：
先由客户预先设定一个原先设定温度作为冷却液控制温度；再由控制器比较客户原先设定温度与所述的露点温度，若客户原先设定温度小于露点温度，则冷却液控制温度设定为露点温度＋1℃；若客户原先设定温度大于或等于露点温度，冷却液控制温度保持不变。
2.根据权利要求1所述的一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，确保冷却液温度大于高压电设备内的露点温度，当冷却液温度小于露点温度＋1℃时，控制器控制电动比例阀的开度关小；当冷却液温度大于露点温度＋2℃时，控制器控制电动比例阀的开度加大；最终确保在高压电设备内，露点温度＋1℃＜冷却液温度＜露点温度＋2℃ 。
3.根据权利要求1所述的一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，当电动比例阀因故障引起冷却液温度波动时，若冷却液温度小于露点温度值并持续60秒，控制单元触发露点保护报警信息并启动关机流程，确保在冷却液温度控制不住时被冷却的高压设备不产生凝露。
4.根据权利要求3所述的一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，所述的露点保护报警信息是指报警灯提示安全故障报警，并报出“防凝露保护失败”报警，并将报警信息通过RS485接口上传给上位机。
5.根据权利要求1所述的一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，在靠近热交换器的出口处的液冷循环管路上设有膨胀水箱。
6.根据权利要求1所述的一种柔性防凝露保护系统，其特征在于，所述的液冷板为热源IGBT贴合传热媒介。
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