CN110087437A - 一种换流阀冷却系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种换流阀冷却系统及其方法，包括：海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统；所述去离子水循环冷却系统与所述被冷却部件(13)相连，用于与所述被冷却部件(13)进行第一次热交换；所述淡水循环冷却系统与去离子水循环冷却系统相连，进行第二次热交换；所述海水直接冷却系统与淡水循环冷却系统相连，用于第三次热交换；整个系统不需要建造空冷器或冷却塔，节约了场地，采用三循环系统防止海水与去离子水直接相互接触造成去离子系统冷却介质的污染和腐蚀设备。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种换流阀冷却系统及其方法。
背景技术
目前，海上输电普遍采用电压源控制的高压直流输电技术，即柔性直流输电技术。离岸的海上换流站是柔性直流输电的重要组成部分，但是在离岸的海上换流站建立在海上平台不仅受到海水的化学腐蚀还受到海洋生物的腐蚀。换流阀是海上换流站的关键设备，其产生的大量废热需要冷却。
有部分海上平台，采用的是海水直冷方式即将换流阀的废热通过换流阀冷却系统排放到海上平台周围的海水。其中的方案有，一方面有采用乙二醇纯水冷却液密闭式换流阀冷却系统与海水循环系统的两循环系统，另一方面设备腐蚀问题比较严重。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供一种换流阀冷却系统及其方法。
本发明提供的技术方案是：
一种换流阀冷却系统，所述系统位于换流阀站包括：海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统；
所述去离子水循环冷却系统与被冷却换流阀(13)相连，用于与所述被冷却换流阀(13)进行第一次热交换；
所述淡水循环冷却系统与去离子水循环冷却系统相连，进行第二次热交换；
所述海水直接冷却系统与淡水循环冷却系统相连，用于第三次热交换；
其中，所述去离子水循环冷却系统液体温度大于淡水循环冷却系统液体温度大于海水直接冷却系统液体温度。
优选的，还包括：海水换热器(3)；
所述海水直接冷却系统通过海水换热器(3)与淡水循环冷却系统相连，基于所述海水换热器(3)进行第三次热交换。
优选的，所述海水直接冷却系统，包括：海水泵(1)和海水前处理装置(2)；
所述海水泵(1)的输入端设置于海水中，输出端通过海水前处理装置(2)与所述海水换热器(3)冷侧的输入端连接；
所述海水换热器(3)冷侧的输出端接入海水中。
优选的，所述淡水循环冷却系统，包括：板式换热器(6)；
所述板式换热器(6)的冷侧输入端与所述海水换热器(3)的热侧输出端连接，进行二次热交换；
所述板式换热器(6)的冷侧输出端与所述海水换热器(3)的热侧输入端连接；
所述板式换热器(6)的热侧和被冷却换流阀(13)连接，进行第一次换热。
优选的，所述去离子水循环冷却系统，包括：主循环泵(7)和脱气罐(8)；
所述板式换热器(6)的热侧通过主循环泵(7)和脱气罐(8)与所述被冷却换流阀(13)连接。
优选的，所述去离子水循环冷却系统，还包括：离子交换器(9)、膨胀罐(10)、补水泵(11)和氮气罐(12)；
所述离子交换器(9)和膨胀罐(10)设置与所述板式换热器(6)与脱气罐(8)之间，形成去离子补水系统；
所述补水泵(11)与离子交换器(9)连接；
所述氮气罐(12)与膨胀罐(10)连接。
优选的，还包括：储水罐(4)和阀门(15)；
所述储水罐(4)的输出端通过阀门(15)与所述海水换热器(3)的热侧连接，用于海水换热器(3)故障时，打开所述阀门(15)，为所述换流阀冷却系统提供水源。
优选的，还包括：中央空调系统(5)；
所述中央空调系统(5)安装于所述被冷却换流阀(13)内或者办公室内部，所述中央空调系统(5)的输出端分别与所述储水罐(4)的输入端与海水换热器(3)的热侧输入端连接，所述中央空调系统(5)的输入端与所述海水换热器(3)的冷侧输出端连接，用于为所述中央空调系统(5)进行热交换。
优选的，还包括：第一阀门(14)和第三阀门(16)；
所述第一阀门(14)设置于所述板式换热器(6)冷侧输出端与所述海水换热器(3)热侧输入端之间，用于控制所述板式换热器(6)高温淡水的流向；
所述第三阀门(16)设置于所述中央空调系统(5)输出端和海水换热器(3)热侧输入端之间，用于控制所述中央空调系统(5)高温淡水的流向。
优选的，所述连接方式均为管道连接。
一种换流阀冷却方法，所述方法包括：
去离子水循环冷却系统与被冷却部件进行第一次热交换，形成高温离子水；
所述高温离子水与淡水循环冷却系统的低温淡水进行第二次热交换，形成高温淡水；
所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水。
优选的，还包括：
海水直接冷却系统低温海水与中央空调系统高温水进行热交换，形成高温海水；
所述高温海水通过海水换热器排放到海水中。
优选的，所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水，还包括：
当海水换热器故障时：
打开第二阀门，关闭第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与储水罐的低温水进行第三次热交换；
当所述海水换热器正常时：
关闭第二阀门，打开第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与海水换热器的低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排放到海水中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的技术方案，包括：海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统；所述去离子水循环冷却系统与所述被冷却部件(13)相连，用于与所述被冷却部件(13)进行第一次热交换；所述淡水循环冷却系统与去离子水循环冷却系统相连，进行第二次热交换；所述海水直接冷却系统与淡水循环冷却系统相连，用于第三次热交换；整个系统不需要建造空冷器或冷却塔，节约了场地，采用三循环系统防止海水与去离子水直接相互接触造成去离子系统冷却介质的污染和腐蚀设备。
2、本发明提供的技术方案，将换流阀冷却系统与换流阀厅的暖通空调通过淡水冷却循环联合设计，提高了低温淡水的利用率，充分利用海洋环境这一天然冷源，取代传统陆地上换流站使用的闭式冷却塔或空气冷却器，节约了海上平台的建造面积，使整个系统更加的集成化。
附图说明
图1为本发明的换流阀冷却系统结构示意图；
1-海水泵；2-海水前处理装置；3-海水换热器；4-储水罐；5-中央空调冷却系统及其他淡水冷却系统；6-板式换热器；7-主循环泵；8-脱气罐；9-离子交换器；10-膨胀罐；11-补水泵；12-氮气瓶；13-被冷却部件；14-第一阀门；15-第二阀门；16-第三阀门。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
一种换流阀冷却系统，所述系统位于换流阀站包括：海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统；
所述去离子水循环冷却系统与被冷却换流阀13相连，用于与所述被冷却换流阀13进行第一次热交换；
所述淡水循环冷却系统与去离子水循环冷却系统相连，进行第二次热交换；
所述海水直接冷却系统与淡水循环冷却系统相连，用于第三次热交换；
其中，所述去离子水循环冷却系统液体温度大于淡水循环冷却系统液体温度大于海水直接冷却系统液体温度。
还包括：海水换热器3；
所述海水直接冷却系统通过海水换热器3与淡水循环冷却系统相连，基于所述海水换热器3进行第三次热交换。
所述海水直接冷却系统，包括：海水泵1和海水前处理装置2；
所述海水泵1的输入端设置于海水中，输出端通过海水前处理装置2与所述海水换热器3冷侧的输入端连接；
所述海水换热器3冷侧的输出端接入海水中。
所述淡水循环冷却系统，包括：板式换热器6；
所述板式换热器6的冷侧输入端与所述海水换热器3的热侧输出端连接，进行二次热交换；
所述板式换热器6的冷侧输出端与所述海水换热器3的热侧输入端连接；
所述板式换热器6的热侧和被冷却换流阀13连接，进行第一次换热。
所述去离子水循环冷却系统，包括：主循环泵7和脱气罐8；
所述板式换热器6的热侧通过主循环泵7和脱气罐8与所述被冷却换流阀13连接。
所述去离子水循环冷却系统，还包括：离子交换器9、膨胀罐10、补水泵11和氮气罐12；
所述离子交换器9和膨胀罐10设置与所述板式换热器6与脱气罐8之间，形成去离子补水系统；
所述补水泵11与离子交换器9连接；
所述氮气罐12与膨胀罐10连接。
还包括：储水罐4和阀门15；
所述储水罐4的输出端通过阀门15与所述海水换热器3的热侧连接，用于海水换热器3故障时，打开所述阀门15，为所述换流阀冷却系统提供水源。
还包括：中央空调系统5；
所述中央空调系统5安装于所述被冷却换流阀13内或者办公室内部，所述中央空调系统5的输出端分别与所述储水罐4的输入端与海水换热器3的热侧输入端连接，所述中央空调系统5的输入端与所述海水换热器3的冷侧输出端连接，用于为所述中央空调系统5进行热交换。
还包括：第一阀门14和第三阀门16；
所述第一阀门14设置于所述板式换热器6冷侧输出端与所述海水换热器3热侧输入端之间，用于控制所述板式换热器6高温淡水的流向；
所述第三阀门16设置于所述中央空调系统5输出端和海水换热器3热侧输入端之间，用于控制所述中央空调系统5高温淡水的流向。
所述连接方式均为管道连接。
一种海上平台用三循环回路的换流阀冷却系统，此系统由海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统组成，其中海水直接冷却系统通过海水换热器与淡水循环冷却系统进行换热；淡水循环冷却系统通过板式换热器与去离子水循环冷却系统进行换热，均通过水-水换热进行热量传递。本发明充分利用海水这一天然冷源，取代了传统换流阀冷却系统的空气冷却器和闭式冷却塔，加入淡水循环冷却系统进行换热是为了防止海水与去离子水直接相互接触造成系统冷却介质的污染，同时可以将一部分低温淡水用于中央空调的冷却水，提高了淡水的利用率。
如图1所示，一种海上平台用三循环回路的换流阀冷却系统，包括海水泵1、海水前处理装置2、海水换热器3、储水罐4、中央空调冷却系统及其他谈水冷却系统5、板式换热器6、主循环泵7、脱气罐8、离子交换器9、膨胀罐10、补水泵11、氮气瓶12、被冷却部件13；
所述板式换热器6被冷却部件13、补水泵11、氮气瓶12、离子交换器9、膨胀罐10、主循环泵7、脱气罐8组成去离子水循环冷却系统。其中板式换热器6热侧、被冷却部件13、主循环泵7、脱气罐8通过管道依次连接形成主循环回路；补水泵11、氮气瓶12、离子交换器9、膨胀罐10通过管道连接形成去离子补水系统，并与主循环回路连接。
所述板式换热器5冷侧、储水罐4、中央空调冷却系统5、海水换热器3热侧通过管道连接组成淡水循环冷却系统；其中通过海水换热器3换热后得到的低温淡水一部分用于冷却中央空调系统，另一部分流经板式换热器6与去离子循环系统中的热水进行热交换。两部分经过升温后的淡水均流回储水罐4中，然后再与海水换热器进行热交换得到低温淡水。
所述海水换热器3冷侧、海水泵1、海水前处理装置2通过管道连接组成海水直接冷却系统；低温海水通过海水泵1抽入海水前处理装置2中进行预处理，然后流经海水换热器3与淡水循环系统中的热水进行热交换后直接排入大海中。
实施例2：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种换流阀冷却方法，所述方法包括：
去离子水循环冷却系统与被冷却部件进行第一次热交换，形成高温离子水；
所述高温离子水与淡水循环冷却系统的低温淡水进行第二次热交换，形成高温淡水；
所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水。
海水直接冷却系统低温海水与中央空调系统高温水进行热交换，形成高温海水；
所述高温海水通过海水换热器排放到海水中。
所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水，还包括：
当海水换热器故障时：
打开第二阀门，关闭第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与储水罐的低温水进行第三次热交换；
当所述海水换热器正常时：
关闭第二阀门，打开第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与海水换热器的低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排放到海水中。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种换流阀冷却系统，其特征在于，所述系统位于换流阀站包括：海水直接冷却系统、淡水循环冷却系统和去离子水循环冷却系统；
所述去离子水循环冷却系统与被冷却换流阀(13)相连，用于与所述被冷却换流阀(13)进行第一次热交换；
所述淡水循环冷却系统与去离子水循环冷却系统相连，进行第二次热交换；
所述海水直接冷却系统与淡水循环冷却系统相连，用于第三次热交换；
其中，所述去离子水循环冷却系统液体温度大于淡水循环冷却系统液体温度大于海水直接冷却系统液体温度。
2.如权利要求1所述的换流阀冷却系统，其特征在于，还包括：海水换热器(3)；
所述海水直接冷却系统通过海水换热器(3)与淡水循环冷却系统相连，基于所述海水换热器(3)进行第三次热交换。
3.如权利要求2所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述海水直接冷却系统，包括：海水泵(1)和海水前处理装置(2)；
所述海水泵(1)的输入端设置于海水中，输出端通过海水前处理装置(2)与所述海水换热器(3)冷侧的输入端连接；
所述海水换热器(3)冷侧的输出端接入海水中。
4.如权利要求2所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述淡水循环冷却系统，包括：板式换热器(6)；
所述板式换热器(6)的冷侧输入端与所述海水换热器(3)的热侧输出端连接，进行二次热交换；
所述板式换热器(6)的冷侧输出端与所述海水换热器(3)的热侧输入端连接；
所述板式换热器(6)的热侧和被冷却换流阀(13)连接，进行第一次换热。
5.如权利要求4所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述去离子水循环冷却系统，包括：主循环泵(7)和脱气罐(8)；
所述板式换热器(6)的热侧通过主循环泵(7)和脱气罐(8)与所述被冷却换流阀(13)连接。
6.如权利要求5所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述去离子水循环冷却系统，还包括：离子交换器(9)、膨胀罐(10)、补水泵(11)和氮气罐(12)；
所述离子交换器(9)和膨胀罐(10)设置与所述板式换热器(6)与脱气罐(8)之间，形成去离子补水系统；
所述补水泵(11)与离子交换器(9)连接；
所述氮气罐(12)与膨胀罐(10)连接。
7.如权利要求4所述的换流阀冷却系统，其特征在于，淡水循环冷却系统，还包括：储水罐(4)和阀门(15)；
所述储水罐(4)的输出端通过阀门(15)与所述海水换热器(3)的热侧连接，用于海水换热器(3)故障时，打开所述阀门(15)，为所述换流阀冷却系统提供水源。
8.如权利要求7所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述换流阀站，还包括：中央空调系统(5)；
所述中央空调系统(5)安装于所述被冷却换流阀(13)内或者办公室内部，所述中央空调系统(5)的输出端分别与所述储水罐(4)的输入端与海水换热器(3)的热侧输入端连接，所述中央空调系统(5)的输入端与所述海水换热器(3)的冷侧输出端连接，用于为所述中央空调系统(5)进行热交换。
9.如权利要求8所述的换流阀冷却系统，其特征在于，还包括：第一阀门(14)和第三阀门(16)；
所述第一阀门(14)设置于所述板式换热器(6)冷侧输出端与所述海水换热器(3)热侧输入端之间，用于控制所述板式换热器(6)高温淡水的流向；
所述第三阀门(16)设置于所述中央空调系统(5)输出端和海水换热器(3)热侧输入端之间，用于控制所述中央空调系统(5)高温淡水的流向。
10.如权利要求1-9任意一项所述的换流阀冷却系统，其特征在于，所述连接方式均为管道连接。
11.一种换流阀冷却方法，其特征在于，所述方法包括：
去离子水循环冷却系统与被冷却部件进行第一次热交换，形成高温离子水；
所述高温离子水与淡水循环冷却系统的低温淡水进行第二次热交换，形成高温淡水；
所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水。
12.如权利要求11所述的换流阀冷却方法，其特征在于，还包括：
海水直接冷却系统低温海水与中央空调系统高温水进行热交换，形成高温海水；
所述高温海水通过海水换热器排放到海水中。
13.如权利要求11所述的换流阀冷却方法，其特征在于，所述高温淡水与海水直接冷却系统低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排到海水，还包括：
当海水换热器故障时：
打开第二阀门，关闭第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与储水罐的低温水进行第三次热交换；
当所述海水换热器正常时：
关闭第二阀门，打开第一阀门和第三阀门，所述高温淡水与海水换热器的低温海水进行第三次热交换，形成高温海水，并将所述高温海水排放到海水中。
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Cited By (3)
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- 2019-04-01 CN CN201910257056.8A patent/CN110087437A/zh active Pending
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