CN106685186A - 一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法，系统包括设置在换流阀冷却组件外部的防冻棚和换热组件且换热组件设置在防冻棚内；换热组件包括相互连接的空气冷却器和冷却塔。高度获取方法计算不同高度的室外保温棚的空气回流率及建造成本；并绘制空气回流率及建造成本的曲线图。本发明提出的系统既可以防止热风循环，也可以用来防止换热设备和管道在冬季结冻，同时防止风沙吹入换热设备中影响系统的正常运行；方法有效且准确地计算得到换流阀冷却组件用保温系统的最佳高度，并在最佳高度与建造成本之间找到平衡点，得到满足设计要求同时经济实用型强的换流阀冷却组件用保温系统，进而保证了换流阀冷却组件安全可靠的运行。

Description

一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法

技术领域

本发明涉及换流阀冷却组件保温领域，具体涉及一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法。

背景技术

直流输电换流阀主要发热源为晶闸管、阻尼电阻和电抗器，一般采用密闭式循环水冷却组件进行冷却，其特点是通过换热器将热量传输到环境中去。水冷系统分为内冷系统和外冷系统，一般外冷采用空气冷却器加闭式冷却塔串联组合的冷却方式。在夏季高温期间，换流阀出来的高温水经空气冷却器冷却后，再进入闭式冷却塔进行二级冷却，满足极端高温下换流阀对供水温度的要求。

我国西北地区冬季气温较低，换流站阀冷却组件外风冷管道中的冷却水极易结冰，导致外风冷阀门渗漏、管道破裂，严重时将导致直流输电系统长时间停运。而极度严寒的恶劣条件下，冷却器较大的换热面积增大了结冻的可能，给阀冷系统的可靠运行带来极大风险。为避免阀冷系统在冬季故障停运或停电检修，室外换热设备及室外管道内部结冻，需设置室外保温结构(简称防冻棚)，室外换热设备(空气冷却器和闭式冷却塔)安装于防冻棚内部。阀冷运行期间，防冻棚进出风处电动卷帘门处于打开状态；在冬季阀冷故障停运或停电检修期间电动卷帘门处于关闭状态，内部设置暖风机进行加热，防止设备结冻。

目前，我国已经有在换流站外冷却组件中设计了保温结构，并设计有工程项目，但是其在工作过程中出现了热风循环，导致空气冷却器的换热效率下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法，该保温系统既可以防止热风循环，也可以用来防止换热设备和管道在冬季结冻，同时防止风沙吹入换热设备中影响系统的正常运行；该高度获取方法有效且准确地计算得到换流阀冷却组件用保温系统的最佳高度，并在最佳高度与建造成本之间找到平衡点，得到满足设计要求同时经济实用型强的换流阀冷却组件用保温系统，进而保证了换流阀冷却组件安全可靠的运行。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种换流阀冷却组件用保温系统，所述系统包括设置在所述换流阀冷却组件外部的防冻棚和换热组件；

所述换热组件设置在所述防冻棚内；

所述换热组件包括相互连接的空气冷却器和冷却塔。

优选的，所述防冻棚包括矩形支撑钢架、设置在所述支撑钢架之间的棚壁和设置在所述支撑钢架顶部的棚顶；

所述棚壁的墙体为双层压型钢板复合保温墙体；

所述支撑钢架上覆盖的墙体为单层压型钢板复合保温墙体；

在靠近地面的所述棚壁的墙体下部设有多个镀锌钢电动卷帘门；所述镀锌钢电动卷帘门的内部包覆有保温岩棉。

优选的，位于所述棚壁的四角处的所述支撑钢架的底部分别设有H型钢立柱，且位于所述棚壁的非四角处的所述支撑钢架的底部均设有勒脚砖；所述H型钢立柱与所述勒脚砖均固定安装在地面上；

所述棚壁上竖直安装有连通地面和所述棚顶的检修爬梯，且所述检修爬梯上设有安全防护笼；

所述防冻棚外侧设有排水通道。

优选的，所述棚顶为双层压型钢板复合保温屋面，且所述棚顶的中心处设有沿其水平向设置的屋面检修步道；

所述棚顶上设有屋面不锈钢卷帘门；

靠近所述棚壁的所述棚顶的两端分别设有天沟檐口。

优选的，所述防冻棚内、靠近所述棚壁的位置设有多个竖直放置的外缘支撑柱；

所述外缘支撑柱的两端分别连接所述棚顶和地面，所述外缘支撑柱之间且靠近所述地面的位置上均设有检修平台；

所述空气冷却器安装在所述检修平台上。

优选的，所述检修平台四周设有可拆卸式台壁，且所述可拆卸式台壁的墙面为压型钢板墙面；

所述空气冷却器设置在所述压型钢板墙面内。

优选的，所述冷却塔为闭式冷却塔，所述闭式冷却塔的数量为2至4个，所述空气冷却器的数量为5至12个；

所述闭式冷却塔与所述空气冷却器任意组合串联。

优选的，所述换热组件底部的底面高于所述防冻棚外的地面。

一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法，所述换流阀冷却组件用保温系统包括设置在所述换流阀冷却组件的外风冷管道外部的防冻棚和设置在所述防冻棚内的空气冷却器和冷却塔；

所述方法包括：

步骤1.测量所述空气冷却器入口处的总流量、入口空气温度、出口空气温度及环境温度；

步骤2.分别计算不同高度的所述室外保温棚的空气回流率C_R；

步骤3.分别计算不同高度的所述室外保温棚的所述保温系统的建造成本C；

步骤4.绘制所述空气回流率及建造成本的曲线图；

步骤5.选择所述空气回流率及建造成本的曲线交叉点处的所述室外保温棚的高度为所述防冻棚的建筑高度。

优选的，所述步骤2中的室外保温棚的由空气冷却器排出又重新回到空气冷却器入口处的空气回流率C_R的计算公式为：

式(1)中，m_R为是空冷器排出又重新回到空冷器入口处的空气流量；m₁为空气冷却器入口处的总流量；T₁为空气冷却器入口空气温度；T₂为空气冷却器出口空气温度；T₀为环境温度。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种换流阀冷却组件用保温系统及其高度获取方法，系统包括设置在换流阀冷却组件外部的防冻棚和换热组件且换热组件设置在防冻棚内；换热组件包括相互连接的空气冷却器和冷却塔。高度获取方法计算不同高度的室外保温棚的空气回流率及建造成本；并绘制空气回流率及建造成本的曲线图。本发明提出的系统既可以防止热风循环，也可以用来防止换热设备和管道在冬季结冻，同时防止风沙吹入换热设备中影响系统的正常运行；方法有效且准确地计算得到换流阀冷却组件用保温系统的最佳高度，并在最佳高度与建造成本之间找到平衡点，得到满足设计要求同时经济实用型强的换流阀冷却组件用保温系统，进而保证了换流阀冷却组件安全可靠的运行。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，系统包括设置在换流阀冷却组件外部的防冻棚和换热组件且换热组件设置在防冻棚内；换热组件包括相互连接的空气冷却器和冷却塔。既可以防止热风循环，也可以用来防止换热设备和管道在冬季结冻，同时防止风沙吹入换热设备中影响系统的正常运行。

2、本发明所提供的技术方案，空气冷却器和闭式冷却塔与防冻棚采用一体化设计，在外观为一个整体，既节省了占地面积，又不影响使用；减少了系统的建造成本。

3、本发明所提供的技术方案，通过空气冷却器四周增加一定高度的压型钢板墙面，减少空气冷却器的热风循环，提高了空气冷却器在夏天高温下的换热效果。

4、本发明所提供的技术方案，空气冷却器进风处仅有防冻棚和空气冷却器钢构立柱，进风面积基本等于空气冷却器平面积，不会因增加了防冻棚而影响空气冷却器进风；提高了系统的应用可靠性。

5、本发明所提供的技术方案，空气冷却器正下方的混凝土地面整体高出室外地坪，防止风沙进入空气冷却器；提高了系统的运行稳定性。

6、本发明所提供的技术方案，增加卷帘门的镶入深度，加强了卷帘门导轨强度及其固定强度，采用硅胶密封材质，减少单个卷帘门的跨度，消除了异响。

7、本发明所提供的技术方案，高度获取方法计算不同高度的室外保温棚的空气回流率及建造成本；并绘制空气回流率及建造成本的曲线图。有效且准确地计算得到换流阀冷却组件用保温系统的最佳高度，并在最佳高度与建造成本之间找到平衡点，得到满足设计要求同时经济实用型强的换流阀冷却组件用保温系统，进而保证了换流阀冷却组件安全可靠的运行。

8、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种换流阀冷却组件用保温系统的结构示意图；

图2是本发明的保温系统的防冻棚的结构示意图；

图3是本发明的保温系统的防冻棚内的检修平台的结构示意图；

图4是本发明的一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法的流程图；

图5是本发明的利用一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法设计得到保温系统的具体应用例中的不同宽高比下的空气回流率图示；

图6是本发明的具体应用例中的不同高宽比下的成本与回流率度曲线图。

其中，1-防冻棚；2-换热组件；3-空气冷却器；4-冷却塔；401-矩形支撑钢架；402-棚壁；403-棚顶；5-镀锌钢电动卷帘门；6-H型钢立柱；7-勒脚砖；8-检修爬梯；9-屋面检修步道；10-不锈钢卷帘门；11-天沟檐口；12-外缘支撑柱；13-检修平台；14-可拆卸式台壁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种换流阀冷却组件用保温系统，系统包括设置在换流阀冷却组件外部的防冻棚1和换热组件2；

换热组件2设置在防冻棚1内；

换热组件2包括相互连接的空气冷却器3和冷却塔4。

如图2所示，防冻棚1包括矩形支撑钢架401、设置在支撑钢架之间的棚壁402和设置在支撑钢架顶部的棚顶403；

棚壁402的墙体为双层压型钢板复合保温墙体；

支撑钢架上覆盖的墙体为单层压型钢板复合保温墙体；

在靠近地面的棚壁402的墙体下部设有多个镀锌钢电动卷帘门5；镀锌钢电动卷帘门5的内部包覆有保温岩棉。

其中。位于棚壁402的四角处的支撑钢架的底部分别设有H型钢立柱6，且位于棚壁402的非四角处的支撑钢架的底部均设有勒脚砖7；H型钢立柱6与勒脚砖7均固定安装在地面上；

棚壁402上竖直安装有连通地面和棚顶403的检修爬梯8，且检修爬梯8上设有安全防护笼；

防冻棚1外侧设有排水通道。

其中，棚顶403为双层压型钢板复合保温屋面，且棚顶403的中心处设有沿其水平向设置的屋面检修步道9；

棚顶403上设有屋面不锈钢卷帘门10；

靠近棚壁402的棚顶403的两端分别设有天沟檐口11。

如图3所示，防冻棚1内、靠近棚壁402的位置设有多个竖直放置的外缘支撑柱12；

外缘支撑柱12的两端分别连接棚顶403和地面，外缘支撑柱12之间且靠近地面的位置上均设有检修平台13；

空气冷却器3安装在检修平台13上。

其中，检修平台13四周设有可拆卸式台壁14，且可拆卸式台壁14的墙面为压型钢板墙面；

空气冷却器3设置在压型钢板墙面内。

其中，冷却塔4为闭式冷却塔4，闭式冷却塔4的数量为2至4个，空气冷却器为5至12个；

闭式冷却塔4与空气冷却器3任意组合串联；换热组件2底部的底面高于防冻棚1外的地面。

如图4所示，本发明提供一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法，换流阀冷却组件用保温系统包括设置在换流阀冷却组件的外风冷管道外部的防冻棚1和设置在防冻棚1内的空气冷却器3和冷却塔4；

方法包括：

步骤1.测量空气冷却器3入口处的总流量、入口空气温度、出口空气温度及环境温度；

步骤2.分别计算不同高度的室外保温棚的空气回流率C_R；

步骤3.分别计算不同高度的室外保温棚的保温系统的建造成本C；

步骤4.绘制空气回流率及建造成本的曲线图；

步骤5.选择空气回流率及建造成本的曲线交叉点处的室外保温棚的高度为防冻棚1的建筑高度。

其中，步骤2中的室外保温棚的由空气冷却器3排出又重新回到空气冷却器3入口处的空气回流率C_R的计算公式为：

式(1)中，m_R为是空冷器排出又重新回到空冷器入口处的空气流量；m₁为空气冷却器3入口处的总流量；T₁为空气冷却器3入口空气温度；T₂为空气冷却器3出口空气温度；T₀为环境温度。

如图5和6所示，本发明提供利用一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法设计得到保温系统的具体应用例，具体包括：

换流阀冷却组件用保温系统的结构采用门式钢结构，可开启式屋盖体系，其中组合H型钢的腹板与翼缘的焊接需用自动埋弧焊机焊，且四道连接焊缝均需满焊。组合H型钢因焊接产生之变形需以机械或高温加热矫正调直。柱与梁间及梁与梁间端板采用高强度螺栓连接；其他连接均为普通C级螺栓连接。

按照以往换流阀外用单个空气冷却器3尺寸，其高宽比为0.65～0.75。防冻棚1高度也以空气冷却器3的宽度为参照，按照宽高比为0.1～0.5分别取值计算。防冻棚1的高度不同，对防止热风循环的效果也不同，可以通过计算空气回流率来验证防冻棚1的防热风循环效果，计算回流率的方法如公式(1)

其中，C_R为由空气冷却器3排出又重新回到空气冷却器3入口处的空气回流率；m_l为空气冷却器3入口处的总流量；T₁为空气冷却器3入口空气温度；T₂为空气冷却器3出口空气温度；T₀为环境温度。

不同高宽比下的空气回流率如图5所示；

从图5可以看出，回流率随防冻棚1高度的增加而降低，说明防止空气回流的效果越来越好。随着防冻棚1高度的不断增加，空气的回流率不断趋于0，因此当防冻棚1建造到某一高度后，其防止热风循环的效果已经趋于稳定。由于防冻棚1是钢结构构件，建造越高所花费的成本越大，建造成本与建筑高度之间也有一定的关系曲线。因此需要在两者之间找到一个平衡点，既满足设计要求，也能满足成本要求，如图6所示。

当增加防冻棚1以后，空气冷却器3的出风最高温度位置被提高，即使有少部分的热空气被重新吸入空气冷却器3，在流动过程中其温度也在不断降低，到达空气冷却器3入口时其温度已经跟环境温度相当，因此能够很好的防止热风循环。

空气冷却器3与防冻棚1采用一体化设计，在外观为一个整体，空气冷却器3钢结构与防冻棚1钢结构受力分开，互不影响。同时增加了空气冷却器3进风高度，进风处仅有防冻棚1和空气冷却器3钢构立柱，进风面积基本等于空气冷却器3平面积。

空气冷却器3正下方的混凝土地面整体高出室外地坪，防止风沙进入空气冷却器3正下方。

屋顶电机为占用空间小的平卧式，降低相应屋面检修走道的标高，检修平台13及走道未完全突出顶部。

空气冷却器3外缘支撑柱12设计在最外侧，作为防冻棚1的主要支撑，为避免冷却塔4盘管在冬季结冻，冷却塔4放置在防冻棚1内。

空气冷却器3检修通道无立柱阻碍，检修楼梯易实现，整个外冷形成一体，整体外形美观，彩钢板直接安装在外缘支撑柱12上，底部卷帘门安装在立柱外侧，卷帘门关闭后，立柱在内侧；冷却塔4放入防冻棚1。

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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换流阀冷却组件用保温系统，其特征在于，所述系统包括设置在所述换流阀冷却组件外部的防冻棚和换热组件；

所述换热组件设置在所述防冻棚内；

所述换热组件包括相互连接的空气冷却器和冷却塔。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防冻棚包括矩形支撑钢架、设置在所述支撑钢架之间的棚壁和设置在所述支撑钢架顶部的棚顶；

所述棚壁的墙体为双层压型钢板复合保温墙体；

所述支撑钢架上覆盖的墙体为单层压型钢板复合保温墙体；

在靠近地面的所述棚壁的墙体下部设有多个镀锌钢电动卷帘门；所述镀锌钢电动卷帘门的内部包覆有保温岩棉。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，位于所述棚壁的四角处的所述支撑钢架的底部分别设有H型钢立柱，且位于所述棚壁的非四角处的所述支撑钢架的底部均设有勒脚砖；所述H型钢立柱与所述勒脚砖均固定安装在地面上；

所述棚壁上竖直安装有连通地面和所述棚顶的检修爬梯，且所述检修爬梯上设有安全防护笼；

所述防冻棚外侧设有排水通道。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述棚顶为双层压型钢板复合保温屋面，且所述棚顶的中心处设有沿其水平向设置的屋面检修步道；

所述棚顶上设有屋面不锈钢卷帘门；

靠近所述棚壁的所述棚顶的两端分别设有天沟檐口。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防冻棚内、靠近所述棚壁的位置设有多个竖直放置的外缘支撑柱；

所述外缘支撑柱的两端分别连接所述棚顶和地面，所述外缘支撑柱之间且靠近所述地面的位置上均设有检修平台；

所述空气冷却器安装在所述检修平台上。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检修平台四周设有可拆卸式台壁，且所述可拆卸式台壁的墙面为压型钢板墙面；

所述空气冷却器设置在所述压型钢板墙面内。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却塔为闭式冷却塔，所述闭式冷却塔的数量为2至4个，所述空气冷却器的数量为5至12个；

所述闭式冷却塔与所述空气冷却器任意组合串联。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热组件底部的底面高于所述防冻棚外的地面。

9.一种换流阀冷却组件用保温系统的高度获取方法，其特征在于，所述换流阀冷却组件用保温系统包括设置在所述换流阀冷却组件的外风冷管道外部的防冻棚和设置在所述防冻棚内的空气冷却器和冷却塔；

所述方法包括：

步骤1.测量所述空气冷却器入口处的总流量、入口空气温度、出口空气温度及环境温度；

步骤2.分别计算不同高度的所述室外保温棚的空气回流率C_R；

步骤3.分别计算不同高度的所述室外保温棚的所述保温系统的建造成本C；

步骤4.绘制所述空气回流率及建造成本的曲线图；

步骤5.选择所述空气回流率及建造成本的曲线交叉点处的所述室外保温棚的高度为所述防冻棚的建筑高度。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述步骤2中的室外保温棚的由空气冷却器排出又重新回到空气冷却器入口处的空气回流率C_R的计算公式为：

$C_R=\frac{m_R}{m_1}=\frac{T_1-T_0}{T_2-T_0}---\left(1\right)$

式(1)中，m_R为是空冷器排出又重新回到空冷器入口处的空气流量；m₁为空气冷却器入口处的总流量；T₁为空气冷却器入口空气温度；T₂为空气冷却器出口空气温度；T₀为环境温度。