CN108521213A - 一种换流阀冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀冷却系统及冷却方法，包括太阳能电池板、水冷机组、水风换热器以及三通阀，太阳能电池板通过光能转换设备与太阳能供电线路的输入端连接，太阳能供电线路的输出端和换流站供电系统均与水冷机组和水风换热器电连接；换流阀的冷却介质管道的出口与三通阀的入口连接，三通阀的第二出口通过管道直接与水循环主机系统的入口连接，三通阀的第一出口与水冷机组的介质入口连接，水冷机组的介质出口与水循环主机系统的入口连接，水循环主机系统的出口与换流阀的介质入口连接，利用太阳能转化为电能为冷却系统换热设备供电，利用太阳能供电解决了压缩机制冷的水冷机组耗电量大的难题，实现有效节能减排，有较大的工程应用价值。

Description

一种换流阀冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种节能减排的换流阀冷却系统及冷却方法。

背景技术

直流输电的核心设备是换流阀，冷却系统是为换流阀功率器件提供冷却的设备，用于将阀厅内换流阀的热量通过冷却介质转移至户外环境中，保证换流阀功率器件运行在安全温度以内，冷却系统的冷却能力是影响换流阀可靠性的关键因素之一。以往可靠性一直是冷却系统设计的关注重点，随着对节能减排和保护环境的认识，大容量直流输电冷却系统用水用电损耗和污染环境的排放水，成为直流输电换流阀冷却系统设计面临的新技术难题。

现有直流输电中换流阀的冷却系统外冷只有空气换热器和闭式冷却塔两种方式，空气换热器用外设风机使热量对流换热至大气中，环境温度越高效率越低，不适合高温环境；闭式冷却塔通过喷淋水做传热介质，喷淋水吸热相变成气态后排至大气中，换热效率高，但耗水量大，同时排放含水垢、微生物结垢的污水，带来环境污染问题；另有一种采用压缩机制冷的水冷机组可以提供较低温度的冷冻水，但因为有能耗太大的缺点而无法在大容量直流输电冷却系统使用。以一个额定输送功率为5000MW的柔性直流输电系统为例，采用闭式冷却塔换热方案，夏天最大耗水量、用电损耗评估如下表所示：

我国是世界上水资源和能源紧缺的国家之一，从上表分析看，需要提出一种新的直流输电换流阀冷却系统，以达到节能减排的目的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种换流阀冷却系统及冷却方法，采用压缩机制冷的水冷机组进行冷却，同时利用太阳能供电，达到了节能减排的目的。

为达到上述目的，本发明所述一种换流阀冷却系统包括太阳能电池板、水冷机组、水风换热器以及三通阀，太阳能电池板通过太阳能控制器与太阳能供电线路的输入端连接，太阳能供电线路的输出端和换流站供电系统均与水冷机组和水风换热器电连接；换流阀的冷却介质管道的出口与三通阀的入口连接，三通阀的第二出口通过管道直接与水循环主机系统的入口连接，三通阀的第一出口与水冷机组的介质入口连接，水冷机组的介质出口与水循环主机系统的入口连接，水循环主机系统的出口与换流阀的介质入口连接。

进一步的，三通阀的第一出口与水冷机组的介质入口之间设置有水风换热器。

进一步的，太阳能控制器的输出端还连接有蓄电池组，蓄电池组与水冷机组和水风换热器电连接。

进一步的，水冷机组和水风换热器与换流站供电线路电连接。

进一步的，水冷机组和水风换热器组均为冗余配置。

进一步的，三通阀为电动三通阀，换流阀的冷却介质出口设置有温度传感器，温度传感器与PLC通信连接，PLC与电动三通阀通信连接。

进一步的，温度传感器用于测量换流阀冷却介质的出阀温度，并将测量结果发送至PLC，PLC用于根据冷却介质的出阀温度控制电动三通阀的入口的开度以及水冷机组和水风换热器投入换热的数量。

进一步的，太阳能电池板设置在换流站阀厅的屋顶。

一种换流阀冷却系统方法：

当换流阀冷却介质的出阀温度低于等于A值时，关闭三通阀的第一出口，打开三通阀的第二出口；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于A值且低于等于B值时，同时打开三通阀的第一出口和第二出口，启动水风换热器；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于B值且低于等于C值时，同时打开三通阀的第一出口和第二出口，启动水冷机组和水风换热器；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于C值时，将三通阀(5)的第一出口打开至最大，关闭三通阀(5)的第二出口，启动水冷机组和水风换热器，其中：A＜B＜C。

进一步的，换流阀冷却介质的出阀温度越高，三通阀的第一出口的开度就越大，打开的水风换热器和水冷机组的数量就越多。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明户外换热采用压缩机制冷的水冷机组的换热形式，并设置太阳能电池板和配套的转换设备，将太阳能转化为电能，为压缩机制冷的水冷机供电，解决了压缩机制冷的水冷机组耗能大的问题，而且在室外温度高时，通过太阳能转化的电能也较多，与制冷需要的电量在趋势上相匹配；同时，三通阀的一个出口直接通过管道与水循环主机系统的入口连接，在仅通过环境温度就能达到冷却效果的情况下，冷却介质在室外走一圈后直接通过水循环主机系统进入换流阀；当需要提高冷却效果时，通过调节三通阀两个出口的开度即可实现，即根据需要调整水冷机组的负荷，操作简便，有利于节约电能。一种换流阀冷却系统方法，根据换流阀的冷却介质出口温度，启动不同的冷却装置，在保证冷却效果的前提下，最大限度的节约了能源。

进一步的，三通阀的第一出口与水冷机组的介质入口之间设置有水风换热器，室外平均气温较低时采用水风换热器换热，即可达到冷却目的，夏天环境温度高时压缩机制冷的水冷机组参与换热，确保冷却效果，此时太阳辐射强度最大，将太阳能转化成电能为换热设备供电，利用可再生太阳能为冷却系统供电，弥补了压缩机制冷的水冷机组耗电大的问题，从而实现了冷却系统耗水量零消耗和节能的目标。

进一步的，太阳能控制器的输出端还连接有蓄电池组，蓄电池组与水冷机组和水风换热器电连接，可以储存部分电能，可储存电能用于太阳能转化效率低的时段。

进一步的，水冷机组和水风换热器与换流站供电线路电连接，太阳能供电和换流站供电双路供电配置，根据太阳能发电能力和阀冷负载需求自动投切，互为备用。

进一步的，水冷机组和水风换热器组冗余配置，部分换热设备故障不影响冷却系统正常运行，提高了冷却系统整体可靠性。

进一步的，三通阀为电动三通阀，换流阀的冷却介质出口设置有温度传感器，温度传感器与PLC通信连接，PLC与电动三通阀通信连接，温度传感器用于测量换流阀冷却介质的出阀温度，并将测量结果发送至PLC，PLC用于根据冷却介质的出阀温度控制电动三通阀的入口的开度以及水冷机组和水风换热器的投运状态，从而调节进入水风换热器和压缩机制冷的水冷机组的流量，进而调节进入换流阀的内冷介质温度，实现自动化控制，具有及时、准确的优点。进一步的，太阳能电池板设置在换流站阀厅的屋顶，利用换流站阀厅屋顶大面积的闲置空间，在不增加占地面积的前提下，方便在现有的换流站进行改造，也节约了新建换流站的占地面积。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

附图中：1、阀厅，2、太阳能电池板，3、水冷机组，4、水风换热器，5、三通阀，6、换流阀，7、水循环主机系统，8、太阳能控制器，9、蓄电池组，10、光伏逆变器，图中箭头方向表示冷却介质的流动方向，“丨丨”表示断开及省略。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，一种换流阀冷却系统包括太阳能电池板2、水冷机组3、水风换热器4、三通阀5以及配套光能转换设备，其中三通阀5为电动三通阀，配套光能转换设备包括太阳能控制器8和光伏逆变器10。

其中，太阳能电池板2设置在换流站阀厅1的屋顶，与太阳能控制器8的输入端连接，太阳能控制器8的输出端分别与蓄电池组9和光伏逆变器10的输入端连接，蓄电池9可储存电能用于太阳能转化效率低的时段为水冷机组3和水风换热器4供电，光伏逆变器10的输出端与太阳能供电线路的输入端连接，太阳能供电线路的输出端和换流站供电系统均通过开关与水冷机组3和水风换热器4电连接，太阳能供电Ⅱ和换流站供电Ⅰ双路供电配置，根据太阳能发电能力和阀冷负载需求自动投切，互为备用；换流阀6的冷却介质管道的出口与三通阀5的入口连接，三通阀5的第二出口通过管道直接与水循环主机系统7的入口连接，三通阀5的第一出口与若干水风换热器4的介质入口连接，水风换热器4的介质出口连接至同一管道，该管道的出口与若干水冷机组3的介质入口连接，水冷机组3的介质出口与水循环主机系统7的入口连接，水循环主机系统7的出口与换流阀的介质入口连接，所有的水冷机组3均为压缩机制冷的水冷机组，所有的水冷机组3和水风换热器组4的介质入口和介质出口均设置有阀门。

优选的，水冷机组3和水风换热器组4均为冗余配置，部分换热设备故障不影响冷却系统正常运行，提高了冷却系统整体可靠性。

优选的，换流阀的冷却介质出口设置有温度传感器，温度传感器与PLC通信连接，PLC与电动三通阀通信连接，温度传感器用于测量换流阀冷却介质的出阀温度，并将测量结果发送至PLC，PLC根据冷却介质的出阀温度控制电动三通阀的入口的开度以及水冷机组3和水风换热器4投入换热的数量，从而调节进入水风换热器4和压缩机制冷的水冷机组3的流量，进而调节进入换流阀的内冷介质温度。

本发明的工作原理如下：

换流阀的热量转移到内冷却介质中，通过水循环主机系统7提供循环动力将内冷却介质循环通过水风换热器组4和压缩机制冷的水冷机组3降温，使热量转移至大气环境中，降温后的冷却介质又通过三通阀5和管道循环进入换流阀形成封闭换热循环，通过电动三通阀控制进入水风换热器4和水冷机组3的流量大小调节进入换流阀的内冷介质温度，通过水风换热器4和水冷机组3电源的通断情况控制其工作或关机，环境温度低时主要采用水风换热器4进行户外换热，夏天温度高时水冷机组3补充换热，利用太阳能转化为电能为换热设备供电。

一种换流阀冷却方法，

当换流阀冷却介质的出阀温度低于等于A值时，关闭三通阀5的第一出口，打开三通阀5的第二出口；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于A值且低于等于B值时，同时打开三通阀5的第一出口和第二出口，启动水风换热器4，因为环境温度越低，水风换热器效率越高；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于B值且低于等于C值时，同时打开三通阀5的第一出口和第二出口，启动水冷机组3和水风换热器4，压缩机制冷的水冷机组3补充换热，提供低于环境温度的冷冻水；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于C值时，将三通阀5的第一出口打开至最大，关闭三通阀5的第二出口，启动水冷机组3和水风换热器4。

其中：A＜B＜C，A、B、C的值根据换流阀所在地气候条件(包括但不限于温度和湿度)和换流阀结温等因素确定。

优选的，换流阀冷却介质的出阀温度越高，三通阀5的第一出口的开度就越大，打开的水风换热器4和水冷机组3的数量就越多。

本发明利用换流站阀厅屋顶大面积的闲置空间顶铺设太阳能电池板，通过配套设备控制器、光伏逆变器将太阳光能转化为电能为水风换热器组和压缩机制冷的水冷机组3提供电力，同时太阳能发电配备配套蓄电池组可以储存部分电能，可储存电能用于太阳能转化效率低的时段。

上述事实说明实施实例仅是简单的实施方式说明，其它任何未背离本发明的等效方法都包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种换流阀冷却系统，其特征在于，包括太阳能电池板(2)、水冷机组(3)、水风换热器(4)以及三通阀(5)，太阳能电池板(2)通过太阳能控制器(8)与太阳能供电线路的输入端连接，太阳能供电线路的输出端和换流站供电系统均与水冷机组(3)和水风换热器(4)电连接；换流阀(6)的冷却介质管道的出口与三通阀(5)的入口连接，三通阀(5)的第一出口与水冷机组(3)的介质入口连接，水冷机组(3)的介质出口与水循环主机系统(7)的入口连接，三通阀(5)的第二出口通过管道与水循环主机系统(7)的入口连接，水循环主机系统(7)的出口与换流阀(6)的介质入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，三通阀(5)的第一出口与水冷机组(3)的介质入口之间设置有水风换热器(4)。

3.根据权利要求2所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，光能转换设备的输出端还连接有蓄电池组(9)，蓄电池组(9)与水冷机组(3)和水风换热器(4)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，水冷机组(3)和水风换热器(4)与换流站供电线路电连接。

5.根据权利要求2所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，水冷机组(3)和水风换热器组(4)均为冗余配置。

6.根据权利要求2所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，三通阀(5)为电动三通阀，换流阀的冷却介质出口设置有温度传感器，温度传感器与PLC通信连接，PLC与电动三通阀通信连接。

7.根据权利要求6所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，温度传感器用于测量换流阀(6)冷却介质的出阀温度，并将测量结果发送至PLC，PLC用于根据冷却介质的出阀温度控制电动三通阀的开度以及水冷机组(3)和水风换热器(4)投入换热的数量。

8.根据权利要求1所述的一种换流阀冷却系统，其特征在于，太阳能电池板(2)设置在换流站阀厅(1)的屋顶。

9.一种基于权利要求2所述的换流阀冷却系统的冷却方法，其特征在于，

当换流阀冷却介质的出阀温度低于等于A值时，关闭三通阀(5)的第一出口，打开三通阀(5)的第二出口；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于A值且低于等于B值时，同时打开三通阀(5)的第一出口和第二出口，启动水风换热器(4)；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于B值且低于等于C值时，同时打开三通阀(5)的第一出口和第二出口，启动水冷机组(3)和水风换热器(4)；

当换流阀冷却介质的出阀温度高于C值时，将三通阀(5)的第一出口打开至最大，关闭三通阀(5)的第二出口，启动水冷机组(3)和水风换热器(4)，

其中：A＜B＜C。

10.一种基于权利要求2所述的换流阀冷却系统的冷却方法，其特征在于，换流阀(6)冷却介质的出阀温度越高，三通阀(5)的第一出口的开度就越大，打开的水风换热器(4)和水冷机组(3)的数量就越多。