CN107885246A - 一种水冷变流器系统及其除湿方法、开机方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到除湿技术领域，公开了一种水冷变流器系统及其除湿方法、开机方法。该系统包括气液换热器、加热器、水泵通过管道连成的循环回路，水泵和变流器柜之间管道上设置有温度传感器，在加热器与水泵之间的管道上设置有带有三通调节阀的旁路，冷却器设置在旁路上；还包括：检测柜体内湿度的湿度传感器；控制装置，根据湿度传感器及温度传感器检测结果控制加热器加热。在上述方案中，通过加热器加热循环回路内的液体的温度，进而提高柜体内的温度，从而达到除湿的目的。通过水冷变流器系统自身内的设备进行除湿，提高了除湿效果，与现有技术相比，由于采用系统自带的装置除湿，便于维护，并且减少了除湿设备占用的空间，便于设备的小型化发展。

Description

一种水冷变流器系统及其除湿方法、开机方法

技术领域

本发明涉及到除湿技术领域，尤其涉及到一种水冷变流器系统及其除湿方法、开机方法。

背景技术

湿度控制是避免变流器内部凝露一直是风能变流器系统的一个重要课题。变流器系统内部的主要电气元件要在环境相对湿度高达95％时正常工作。而随着我国海上风电的蓬勃发展，海上高温高湿的环境更是对变流器提出了新的挑战。为了控制相对湿度，一方面整机的防护需要进一步提升；另一方面需要主动的控制变流器周围(塔筒内)环境相对湿度或者变流器柜内相对环境湿度。

与此同时，随着风能变流器功率等级的提高，风冷变流器已经逐步退出历史舞台，水冷变流器已经是主流机型。而在水冷机型中，由于冷却液管道的壁温经常低于柜内环境温度，因此水冷机型的凝露问题更加严重。

部分整机制造商会通过在塔筒内布置除湿机，控制变流器周围(塔筒内)环境相对湿度。投入成本相对较大，也不能完全保证变流器的柜内相对湿度在正常范围内。更有部分整机制造商甚至不会去关注塔筒内的环境控制。

而变流器系统内部的湿度控制，目前的主流方案有两种：在变流器正常工作之前，通过在变流器柜内布置专用除湿机，在柜内相对湿度较大时，通过除湿机将柜内水汽凝结成液态水排出柜外，从而在不改变柜内温度的情况下，降低了柜内的绝对湿度(相对湿度也就降低了)；上述方案可以达到降低柜内相对湿度，避免凝露产生的效果。但不约而同的增加了变流器的成本，同时也增加了变流器内部的器件数量，占用更多空间。增加器件，意味着风险点增加，对于海上维护会是一个挑战。而浪费柜内空间，在变流器功率密度越来越大的今天，尤不可取。

发明内容

本发明提供了一种水冷变流器系统及其除湿方法、开机方法，用以提高提高水冷变流器系统的除湿效果，降低除湿成本。

本发明提供了一种水冷变流器系统，该系统包括柜体，所述柜体内设置有水冷器件；还包括：设置在柜体内并用于给所述水冷器件散热的的气液换热器，设置在柜体外的加热器、水泵及冷却器，其中，

所述气液换热器、加热器、水泵通过管道连成循环回路，所述水泵和变流器柜之间管道上设置有温度传感器，在所述加热器与所述水泵之间的管道上设置有带有三通调节阀的旁路，所述冷却器设置在所述旁路上；还包括：

检测柜体内湿度的湿度传感器；

控制装置，在所述湿度传感器检测的湿度超过设定湿度阈值时，且在所述温度传感器检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，打开加热器对循环回路内的液体加热。

在上述方案中，通过加热器加热循环回路内的液体的温度，进而提高柜体内的温度，从而达到除湿的目的。通过水冷变流器系统自身内的设备进行除湿，提高了除湿效果，与现有技术相比，由于采用系统自带的装置除湿，便于维护，并且减少了除湿设备占用的空间，便于设备的小型化发展。

优选的，所述控制装置还用于在所述温度传感器检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，控制所述加热器加热所述循环回路内的液体直至温度达到第八设定温度值。使得液体温度保持在设定的温度范围内，提高除湿效果。

优选的，所述控制装置还用于在检测到柜内相对湿度超过设定温度阈值时，打开气液换热器的风机。提高柜体内空气的流动效果。

本发明还提供了一种水冷变流器系统的除湿方法，该方法包括以下步骤：

检测柜体相对湿度超过设定湿度阈值；

在检测柜体内相对湿度超过设定湿度阈值时，检测循环回路内的液体的温度是否小于第七设定温度值；

在所述液体的温度低于第七设定温度值时，打开加热器对循环回路内的液体加热。

在上述方法中，通过加热器加热循环回路内的液体的温度，进而提高柜体内的温度，从而达到除湿的目的。通过水冷变流器系统自身内的设备进行除湿，提高了除湿效果，与现有技术相比，由于采用系统自带的装置除湿，便于维护，并且减少了除湿设备占用的空间，便于设备的小型化发展。

还包括：在对所述循环回路内的液体加热至第八设定温度值时，停止加热。

优选的，在检测到柜内相对湿度超标时，打开气液换热器的风机。通过风机提高了柜体内空气的流动，进一步的提高了除湿效果。

优选的，还包括：在启动柜内气液换热器的风机之前，检测所述水冷变流器是否运行，若未运行，则启动柜内气液换热器的风机。

其中的检测柜内相对湿度是否超过设定湿度阈值具体为：通过设置在所述柜体内的湿度计检测柜内的湿度。从而可以方便的获取柜内的湿度信息。

其中的所述检测循环回路内的液体的温度是否小于第七设定温度值具体为：检测所述加热器与所述气液换热器之间管道内的温度是否小于第七设定温度值。可以直观的获取加热后液体的温度。

本发明还提供了一种水冷变流器系统的开机方法，该方法包括：

启动水泵；

通过上述除湿方法，判断柜体是否有除湿加热命令；

在没有除湿加热命令时，启动变流器；

检测循环回路中的温度是否超过第四设定温度值，在超过第四设定温度值时，打开三通调节阀，并打开冷却器。

在上述方法中，在启动变流器之前通过系统内部自带的装置进行除湿，提高了除湿的效果。

该方法中还包括：在判断柜体是否有除湿加热命令之前，判断循环回路中的液体温度是否小于第一设定温度值，其中，第一设定温度值＜第七设定温度值；在循环回路内的液体的温度小于第一设定温度值时，启动加热器，关闭带有三通调节阀的旁路并停止冷却器的风机；

在循环回路内的液体的温度大于第一设定温度值时，

执行判断柜体是否有除湿加热命令。

该方法还包括在循环回路内的液体的温度小于第九设定温度值时且有除湿加热命令时，关闭三通调节阀旁路并停止冷却器的风机；启动加热器对循环回路内的液体加热直至循环回路内的液体的温度达到第九设定温度值；在循环回路内的液体的温度大于第九设定温度值时，停止加热器；其中，第一设定温度值＜第七设定温度值＜第九设定温度值。

该方法还包括：当在循环回路内的液体的温度大于第二设定温度值，且没有除湿加热命令时，加热器停止加热，打开三通阀旁路；其中第一设定温度值＜第二设定温度值＜第七设定温度值。

该方法还包括：

判断循环回路中的液体温度是否大于第三设定温度值，在循环回路内的液体的温度小于第三设定温度值时，关闭三通调节阀并停止冷却器；

判断循环回路中的液体温度是否大于第四设定温度值，在循环回路内的液体的温度大于第四设定温度值时，打开三通调节阀，冷却器开始工作；其中，第一设定温度值＜第二设定温度值＜第三设定温度值＜第四设定温度值＜第七设定温度值。

该方法还包括：

判断循环回路中的液体的温度是否大于第六设定温度值，在大于第六设定温度值时，打开冷却器的风机，其中，第一设定温度值＜第二设定温度值＜第三设定温度值＜第四设定温度值＜第六设定温度值＜第七设定温度值。

该方法还包括：

判断循环回路中的液体的温度是否大于第五设定温度值，在循环回路内的液体的温度小于第五设定温度值时，关闭冷却器的风机；其中，第一设定温度值＜第二设定温度值＜第三设定温度值＜第四设定温度值＜第五设定温度值＜第六设定温度值＜第七设定温度值＜第八设定温度值＜第九设定温度值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的水冷变流器系统的结构示意图；

图2为空气焓湿图；

图3为本发明实施例提供的水冷变流器系统的除湿方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的水冷变流器系统的开机流程图。

具体实施方式

具体的实施方式仅为对本发明的说明，而不构成对本发明内容的限制，下面将结合附图和具体的实施方式对本发明进行进一步说明和描述。

如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种水冷变流器系统。

本发明提供了一种水冷变流器系统，该系统包括柜体1，柜体1内设置有水冷器件；还包括：设置在柜体1内并用于给水冷器件散热的的气液换热器3，设置在柜体1外的加热器5、水泵10及冷却器7，其中，

气液换热器3、加热器5、水泵10通过管道连成循环回路，水泵10和变流器柜之间管道上设置有温度传感器9，在加热器5与水泵10之间的管道上设置有带有三通调节阀6的旁路，冷却器7设置在旁路上；还包括：

检测柜体1内湿度的湿度传感器2；

控制装置，在湿度传感器2检测的湿度超过设定湿度阈值时，且在温度传感器9检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，打开加热器5对循环回路内的液体加热。

在上述实施例中，如图1所示，柜体1内设置有电器件A、电器件B及水冷器件，其中水冷器件为可以通过水冷散热的器件，在上述结构中，气液换热器3通过管道对水冷器件进行散热，气液换热器3、加热器5、水泵10通过管道连通形成一个循环回路，且在水泵10与加热器5之间增加了一个旁路，该旁路的一端通过三通调节阀6与循环回路连通，且旁路上设置了冷却器7，在三通调节阀6打开时，冷却器7加入到循环回路中，当三通调节阀6关闭时，冷却器7被隔断。此外，气液换热器3及冷却器7分别对应了一个风机。气液换热器3对应的风机为柜内风机，冷却器7对应的风机为循环风机。此外，加热器5、水泵10及冷却器7组成循环加热系统4，此外，还包含由泄压阀、压力开关、排气阀、压力表及膨胀罐组成的循环系统附件8，上述循环系统附件8用于调整该循环回路。

在具体使用时，控制装置还用于在所述温度传感器检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，控制所述加热器5加热所述循环回路内的液体直至温度达到第八设定温度值。即在加热时，使得循环回路中的液体经加热器5加热后，温度保持在第七设定温度值～第八设定温度值之间，从而有一个较佳的除湿效果，同时，避免液体温度过高。

此外，所述控制装置还用于在检测到柜内相对湿度超过设定温度阈值时，打开气液换热器3的风机。通过设置的风机增加了柜体1内的空气流动效果，进一步的提高了除湿的效果。

为了方便理解本实施例提供的除湿的原理，下面结合附图2对其进行详细的说明。

正常的空气中均含有一定量的水蒸气。在特定温度下，特定气压下(一般为标准大气压下)，单位体积空气中含有的水蒸气最大值是确定的。超过该限制，空气中的水蒸气就会凝结成液态水。而在相同温度，相同气压(之后不再提气压这个参数，认为均在相同压力环境下)空气中所含的水蒸汽质量与上述最大值的比例，成为该温度下空气的相对湿度。相对湿度达到100％的空气，其中的水蒸气就会开始凝结成液态水。

而空气所能含有的水蒸气总量(最大值)并不是一成不变的，其与空气温度成正比。

图2为一个简易的空气焓湿图，左侧纵坐标为温度，上方横坐标为空气中的水蒸气含量，图中的曲线表示空气的相对湿度。

如图2所示，在A点空气状态为18℃，相对湿度80％。当对A点空气加热，温度到B点33℃时，高空气中总的含湿量不变，但相对湿度已经降低至45％。此时空气中凝露发生的概率将十分微小。本实施例提供的系统依照上述原理对其进行除湿。

本发明即利用该原理，通过水冷循环将冷却液加热到一个比较高的温度，再通过变流器柜内换热器将冷却液的温度传给柜内空气，从而将柜内空气温度提高。在不增加成本的情况下，降低柜内相对湿度。

为了方便理解本实施例提供的水冷变流器系统的除湿方法，下面结合图3详细描述图1所示的水冷变流器系统的除湿过程。

首先为了方便描述，下文中的第一设定温度值～第九设定温度值分别为用：a、b、c、d、f、e、j、k、g表示。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种水冷变流器系统的除湿方法，该方法包括以下步骤：

检测柜体相对湿度超过设定湿度阈值；

在检测柜内相对湿度超过设定湿度阈值时，检测循环回路内的液体的温度是否小于第七设定温度值；

在液体的温度低于第七设定温度值时，打开加热器对循环回路内的液体加热。

具体的，参考图3中的流程图，可以看出，本实施例提供的除湿方法中具体包含以下步骤：

首先检测水冷变流器是否开始运行，若运行，则说明水冷变流器已经开始工作，此时，无需进行除湿处理，若水冷变流器未开始运行，则检测柜体内相对湿度是否超标，具体的，检测柜体内的相对湿度是否超过设定的湿度阈值，在柜体内的相对湿度超过湿度阈值则判定柜体内的相对湿度超标，此时，水冷变流器不能开机，必须进行除湿，在柜体内的相对湿度没有超过湿度阈值时，判定柜体内的相对湿度未超标，此时，水冷变流器无需进行除湿，可以直接开机。在具体检测柜体内的湿度时，通过设置在柜体内的湿度计检测柜内的湿度。从而可以方便的获取柜内的湿度信息。

在柜体内的相对湿度超标时，根据图2的原理对柜体进行除湿，在具体除湿时，首先打开气液换热器的风机，该气液换热器的风机为柜内风机，通过启动该柜内风机，提高了柜体内的空气的流动，以便于除湿时，热空气能够流通到柜体内的不同位置，提高除湿的效果。

之后，检测柜体内循环回路内液体的温度是否超过第七设定温度值(j℃)，在具体检测时，检测加热器与气液换热器之间管道内的温度是否小于j℃，从而可以获取加热器加热后的温度，即可以直观的获取加热后液体的温度。

该循环回路内液体一般采用水作为介质，在采用水作为介质时，即为检测水温是否超过j℃，当检测的水温低于j℃时，请求水循环加热除湿，此时，加热器开始工作，对循环回路中的水进行加热，当水温加热到第八设定温度值(k℃)时，停止加热器工作。即水温介于j℃～k℃之间即可能够对柜体进行有效的除湿。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种水冷变流器系统的开机方法。该方法包括：

启动水泵；

通过上述除湿方法，判断柜体是否有除湿加热命令；

在没有除湿加热命令时，启动变流器；

检测循环回路中的温度是否超过第四设定温度值，在超过第四设定温度值时，打开三通调节阀，并打开冷却器。

在上述方法中，在启动变流器之前通过系统内部自带的装置进行除湿，提高了除湿的效果。

具体的，参考图4，图4示出了本实施例提供的开机方法的控制逻辑图。

首先启动水泵，并且判断循环回路中的液体温度是否小于第一设定温度值，即判断循环回路中的水温是否小于a℃(a℃＜j℃)，在水温小于a℃时，说明循环回路中的水温过低，水冷变流器无法启动，此时，启动加热器，关闭带有三通调节阀的旁路并停止冷却器的风机(循环风机)，在具体工作时，首先关闭三通调节阀，在三通调节阀关闭时，旁路不参与到循环中，即冷却器不会参与到对水温的调节，此时，冷却器关闭，加热器加热后的水流经水泵后进入到气液换热器中。在循环回路内的液体的温度大于第一设定温度值时，即水温大于a℃时，执行判断柜体是否有除湿加热命令(即变流器是否请求加热)，通过上述的除湿方法判断柜体是否在进行除湿，若在除湿，则可以判定变流器请求加热，此时，进行上述的除湿方法对柜体进行除湿，并进行如下逻辑判断：循环回路内的液体的温度是否小于第九设定温度值(g℃)，在温度小于g℃时且有除湿加热命令时，关闭三通调节阀旁路并停止冷却器的风机；启动加热器对循环回路内的液体加热直至循环回路内的液体的温度达到g℃；在循环回路内的液体的温度大于g℃时，停止加热器；其中，a℃＜j℃＜g℃。

若未在除湿，则可判定变流器没有请求加热，此时继续进行下一步的逻辑判断，循环回路中的水温是否大于第二设定温度值(b℃，且a℃＜b℃＜g℃)，若水温大于b℃时，且没有除湿加热命令时，加热器停止加热，打开三通阀旁路，此时，冷却器加入到循环回路中；若水温未大于b℃时，则返回到判断水温是否达到a℃的判断逻辑处，进行上述逻辑选择。

在加热器停止工作时，判断循环回路中的液体温度是否大于第三设定温度值(c℃)，在循环回路内的液体的温度小于c℃时，关闭三通调节阀并停止冷却器；即此时，水温较低，可以变流器可以正常工作，无需对变流器进行降温，冷却器无需启动。

在循环回路内的液体的温度大于c℃时，判断循环回路中的液体温度是否大于第四设定温度值(d℃)，在循环回路内的液体的温度大于d℃时，打开三通调节阀，冷却器开始工作；即在水温大于d℃时，说明变流器内水冷部件的发热量较大，需要对循环回路中的水温进行降温，此时，打开三通阀，冷却器加入到循环中，并且冷却器开始工作对循环回路中的液体进行降温。以保证变流器的正常运行。其中，a℃＜b℃＜c℃＜d℃＜j℃。

在水温大于d℃时，判断循环回路中的液体的温度是否大于第六设定温度值(e℃)，在大于e℃时，说明水温过高，冷却器的降温效果较差，此时，打开冷却器的风机，即循环风机对冷却器进行降温，其中，a℃＜b℃＜c℃＜d℃＜e℃＜j℃。

在循环风机工作后，判断循环回路中的液体的温度是否大于第五设定温度值(f℃)，在循环回路内的液体的温度小于f℃时，此时，说明循环回路中的水温已经下降，无需循环风机工作，关闭冷却器的风机(循环风机)；其中，a℃＜b℃＜c℃＜d℃＜f℃＜e℃＜j℃＜k℃＜g℃。

在上述方法中，对于水冷循环系统，需要在原本水温控制逻辑的基础上，增加对变流器除湿加热请求的响应。具体的改进有以下几点：

当变流器需要水冷系统加热冷却液温度时，水冷系统应启动加热器；

当变流器需要水冷系统加热冷却液温度时，水冷系统应关闭三通阀，使冷却液不流经冷却器；

当变流器需要水冷系统加热冷却液温度时，水冷系统应保持循环风机停止；

水冷系统中设置一个保护温度g，当冷却液温度大于此温度时，水冷循环系统不再相应变流器加热请求；

新增加的功能不会对正常的水冷系统逻辑造成影响。

上述几个设定温度值的含义分别为：a，水循环低温加热启动温度，常规5℃；

b，水循环低温加热停止温度，常规15℃；c，三通阀关闭温度，常规20℃；

d，三通阀开启温度，常规30℃；e，循环风机开启温度，常规40℃；f，循环风机停止温度，常规35℃；g，水循环加热保护门限，常规65℃；j，变流器除湿水温下限，常规55℃；k，变流器除湿水温上线，常规60℃。

通过上述方法可以看出，在启动变流器之前通过系统内部自带的装置进行除湿，提高了除湿的效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种水冷变流器系统，其特征在于，包括柜体，所述柜体内设置有水冷器件；还包括：设置在柜体内并用于给所述水冷器件散热的的气液换热器，设置在柜体外的加热器、水泵及冷却器，其中，

所述气液换热器、加热器、水泵通过管道连成循环回路，所述水泵和变流器柜之间管道上设置有温度传感器，在所述加热器与所述水泵之间的管道上设置有带有三通调节阀的旁路，所述冷却器设置在所述旁路上；还包括：

检测柜体内湿度的湿度传感器；

控制装置，在所述湿度传感器检测的湿度超过设定湿度阈值时，且在所述温度传感器检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，打开加热器对循环回路内的液体加热。

2.如权利要求1所述的水冷变流器系统，其特征在于，所述控制装置还用于在所述温度传感器检测的冷却液的温度低于第七设定温度值时，控制所述加热器加热所述循环回路内的液体直至温度达到第八设定温度值。

3.如权利要求1所述的水冷变流器系统，其特征在于，所述控制装置还用于在检测到柜内相对湿度超过设定温度阈值时，打开气液换热器的风机。

4.一种如权利要求1所述的水冷变流器系统的除湿方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测柜体相对湿度超过设定湿度阈值；

在检测柜体内相对湿度超过设定湿度阈值时，检测循环回路内的液体的温度是否小于第七设定温度值；

在所述液体的温度低于第七设定温度值时，打开加热器对循环回路内的液体加热。

5.如权利要求4所述的水冷变流器系统的除湿方法，其特征在于，还包括：在对所述循环回路内的液体加热至第八设定温度值时，停止加热。

6.如权利要求4所述的水冷变流器系统的除湿方法，其特征在于，还包括：在启动柜内气液换热器的风机之前，检测所述水冷变流器是否运行，若未运行，则启动柜内气液换热器的风机。

7.如权利要求4所述的水冷变流器系统的除湿方法，其特征在于，所述检测柜内相对湿度是否超过设定湿度阈值具体为：通过设置在所述柜体内的湿度计检测柜内的湿度；

所述检测循环回路内的液体的温度是否小于第七设定温度值具体为：检测所述加热器与所述气液换热器之间管道内的温度是否小于第七设定温度值。

8.一种如权利要求1所述的水冷变流器系统的开机方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动水泵；

通过如权利要求4～7任一项所述的除湿方法，判断柜体是否有除湿加热命令；

在没有除湿加热命令时，启动变流器；

检测循环回路中的温度是否超过第四设定温度值，在超过第四设定温度值时，打开三通调节阀，并打开冷却器。

9.如权利要求8所述的开机方法，其特征在于，还包括：在判断柜体是否有除湿加热命令之前，判断循环回路中的液体温度是否小于第一设定温度值，其中，第一设定温度值<第七设定温度值；在循环回路内的液体的温度小于第一设定温度值时，启动加热器，关闭带有三通调节阀的旁路并停止冷却器的风机；

在循环回路内的液体的温度大于第一设定温度值时，

执行判断柜体是否有除湿加热命令。

10.如权利要求9所述的开机方法，其特征在于，还包括在循环回路内的液体的温度小于第九设定温度值时且有除湿加热命令时，关闭三通调节阀旁路并停止冷却器的风机；启动加热器对循环回路内的液体加热直至循环回路内的液体的温度达到第九设定温度值；在循环回路内的液体的温度大于第九设定温度值时，停止加热器；其中，第一设定温度值<第七设定温度值<第九设定温度值。

11.如权利要求10所述的开机方法，其特征在于，还包括：当在循环回路内的液体的温度大于第二设定温度值，且没有除湿加热命令时，加热器停止加热，打开三通阀旁路；其中第一设定温度值<第二设定温度值<第七设定温度值。

12.如权利要求11所述的开机方法，其特征在于，还包括：

判断循环回路中的液体温度是否大于第三设定温度值，在循环回路内的液体的温度小于第三设定温度值时，关闭三通调节阀并停止冷却器；

判断循环回路中的液体温度是否大于第四设定温度值，在循环回路内的液体的温度大于第四设定温度值时，打开三通调节阀，冷却器开始工作；其中，第一设定温度值<第二设定温度值<第三设定温度值<第四设定温度值<第七设定温度值。

13.如权利要求12所述的开机方法，其特征在于，还包括：

判断循环回路中的液体的温度是否大于第六设定温度值，在大于第六设定温度值时，打开冷却器的风机，其中，第一设定温度值<第二设定温度值<第三设定温度值<第四设定温度值<第六设定温度值<第七设定温度值；

判断循环回路中的液体的温度是否大于第五设定温度值，在循环回路内的液体的温度小于第五设定温度值时，关闭冷却器的风机；其中，第一设定温度值<第二设定温度值<第三设定温度值<第四设定温度值<第五设定温度值<第六设定温度值<第七设定温度值<第八设定温度值<第九设定温度值。