CN111405831A - 一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子技术领域，一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法，所述一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统包括：海水循环冷却系统，所述海水循环冷却系统通过第一海水换热系统与暖通空调冷却系统相连接，所述海水循环冷却系统通过第二海水换热系统与淡水循环冷却系统相连接；所述淡水循环冷却系统通过板式换热器与换流阀冷却系统相连接，所述淡水循环冷却系统直接与变压器冷却系统相连接。通过本发明所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法，能够充分利用天然的海水冷源，并加入淡水循环系统后利用低温淡水冷却换流阀及变压器。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法。
背景技术
欧洲海上风电的主力军集中在北海，输电方式均为先就近接入海上换流站，然后由直流承担向岸上远距离输电的任务。每个风场首先通过场内33kV电缆，将电能汇集到海上升压站；在升压站升至155kV后，以交流方式接入配套建设的海上换流站，通常每个换流站负责周围的3~4个风场；在换流站将交流电变换为低输电损耗的直流电，然后再并入陆上电网。而直流输电换流阀在工作时，其核心部件晶闸管会产生大量的热损耗，为了有效把产生的热量带出系统外，需配套相应的冷却系统。
常规的柔性直流输电换流站外冷却系统一般使用空气冷却器或者闭式冷却塔，海上平台受制于占地面积的原因而无法采用常规的外冷却系统，由于处于海洋环境，一般首选海水作为冷源，但是海水中杂质很多且具有较强的腐蚀性，对设备及管道的要求很高，因此也不能直接用来冷却电力电子元器件，本发明提供了一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，能够充分利用天然的海水冷源，并加入淡水循环系统后利用低温淡水冷却换流阀及变压器，克服了海水腐蚀强度大，同时存在较多的海洋生物，不能够用于对柔性直流换流阀中的电力电子器件进行冷却，使用成本相对较高的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提出一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供了一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法。所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统及方法，能够充分利用天然的海水冷源，并加入淡水循环系统后利用低温淡水冷却换流阀及变压器。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，包括：海水循环冷却系统，所述海水循环冷却系统通过第一海水换热系统与暖通空调冷却系统相连接，所述海水循环冷却系统通过第二海水换热系统与淡水循环冷却系统相连接；
所述淡水循环冷却系统通过板式换热器与换流阀冷却系统相连接，所述淡水循环冷却系统直接与变压器冷却系统相连接。
优选地，所述海水循环冷却系统包括：海水循环泵、次氯酸钠发生器、海水过滤器、第一海水换热器、第二海水换热器、储液罐；
所述海水循环泵的输入端与次氯酸钠发生器相连接，所述海水循环泵的输出端连接有两路支路，两路支路分别连接有储液罐和海水过滤器；所述海水过滤器的输出端连接有五路支路，五路支路分别连接次氯酸钠发生器、淡水制备设备、消防系统，以及通过海水过滤器通过第一海水换热系统与暖通空调冷却系统相连接，通过第二海水换热系统与淡水循环系统相连接；所述淡水循环系统和暖通空调冷却系统的输出端分别与储液罐相连接。次氯酸钠发生器用于制备次氯酸钠溶液，并将溶液加到海水泵的入口，作用是杀死微生物。
优选地，所述淡水循环冷却系统包括：淡水循环泵、机械过滤器、板式换热器、稳压装置；
所述淡水循环泵的输入端与淡水稳压装置相连接，所述淡水循环泵的输出端与机械过滤器相连接，所述机械过滤器输出端与第二海水换热器相连接，所述第二海水换热器的输出端连接有两条支路，两条支路分别与板式换热器、变压器供水接口相连接，所述板式换热器、变压器供水口的输出端与稳压装置相连接。
进一步优选地，所述的海水循环冷却系统与淡水循环冷却系统中还包括波纹补偿器，所述波纹补偿器分别设置在淡水循环泵、第一海水换热系统和第二海水换热系统的输入端与输出端，用于补偿管道的热位移、机械变形以及吸收机械振动。
进一步优选地，所述的板式换热器、淡水循环泵、海水过滤器的数量均为两个连接在系统中，用于一个备用一个使用；所述海水循环泵数量为4个，用于三个使用一个备用进行海水抽吸与输送。
进一步优选地，所述的第一海水换热系统包括两个海水换热器，两个换热器并联在系统中，用于一个备用一个使用；所述第二海水换热系统包括三个海水换热器，三个换热器并联在系统中，用于两个使用一个备用。
优选地，所述海水循环泵的输出端设置有止回阀，所述止回阀用于防止海水倒灌。
优选地，所述海水循环冷却系统与淡水循环冷却系统中包括用于连接的管道以及阀门仪表，所述管道、阀门仪表均采用超级双相不锈钢材料。
一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法，包括：
海水循环泵泵取海水后将海水送入海水过滤器中进行过滤；
淡水循环系统设置两条支路一条用于降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备；
过滤后的海水流入淡水循环系统以及暖通空调冷却系统，用于对淡水循环系统中的淡水和暖通空调冷却系统中的冷却水进行换热；
完成换热后的海水流入排水总管。
优选地，所述过滤后的海水共设置六路支路，分别输入至：氯酸钠发生器、淡水制备系统、消防系统以及淡水循环系统和暖通空调冷却系统。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：海水循环系统采用海水作为冷源，通过海水换热器对淡水循环系统中的淡水和暖通空调的冷却水进行换热，用来降低淡水和暖通空调冷却水的温度；淡水循环冷却系统中低温淡水的一条支路用来降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备。采用此种冷却方式一方面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，另一方面提高了海水的直接使用率，减少了淡水的使用量，节约了海上平台的淡水资源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统的结构示意图；
图2是本发明所述的海水循环系统的结构示意图；
图3是本发明所述的淡水循环系统的结构示意图；
图4是本发明所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法的流程图；
附图说明：1-海水循环泵、2-次氯酸钠发生器、3-海水过滤器、4-淡水循环冷却系统、5-机械过滤器、6-淡水循环泵、7-板式换热器、8-暖通空调冷却系统、9-换流阀冷却系统、10-变压器冷却系统、11-储液罐、12-稳压装置、13-海水循环冷却系统、14-第一海水换热系统、15-第二海水换热系统、16-波纹补偿器、17-阀门、18-流量计、19-液位计、20-止回阀。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本流程图，因此其仅显示与本发明有关的流程。
实施例1
如图1所示，是本发明一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，包括：海水循环冷却系统13，所述海水循环冷却系统13通过第一海水换热系统14与暖通空调冷却系统8相连接，所述海水循环冷却系统13通过第二海水换热系统15与淡水循环冷却系统4相连接；
所述淡水循环冷却系统4通过板式换热器7与换流阀冷却系统9相连接，所述淡水循环冷却系统4直接与变压器冷却系统10相连接。
如图2所示：所述海水循环冷却系统13包括：海水循环泵1、次氯酸钠发生器2、海水过滤器3、第一海水换热器14、第二海水换热器15、储液罐11；
所述海水循环泵1的输入端与次氯酸钠发生器2相连接，所述海水循环泵1的输出端连接有两路支路，两路支路分别连接有储液罐11和海水过滤器3；所述海水过滤器3的输出端连接有五路支路，五路支路分别连接次氯酸钠发生器2、淡水制备设备、消防系统，以及通过海水过滤器3通过第一海水换热系统14与暖通空调冷却系统8相连接，通过第二海水换热系统15与淡水循环系统相连接；所述淡水循环系统和暖通空调冷却系统8的输出端分别与储液罐11相连接。
如图3所示：所述淡水循环冷却系统包括：淡水循环泵6、机械过滤器5、板式换热器7、稳压装置12；
所述淡水循环泵6的输入端与淡水稳压装置相连接，所述淡水循环泵6的输出端与机械过滤器5相连接，所述机械过滤器5输出端与第二海水换热器15相连接，所述第二海水换热器15的输出端连接有两条支路，两条支路分别与板式换热器7、变压器供水接口相连接，所述板式换热器7、变压器供水口的输出端与稳压装置12相连接。
在淡水循环冷却系统中并联一个稳压装置，所述稳压装置用来稳定系统的压力以及通过罐体内的液位来监测淡水循环冷却系统是否存在泄漏，实现检漏的效果。
所述的海水循环冷却系统13与淡水循环冷却系统中还包括波纹补偿器16，所述波纹补偿器16分别设置在淡水循环泵6、第一海水换热系统14和第二海水换热系统15的输入端与输出端，用于补偿管道的热位移、机械变形以及吸收机械振动。
所述海水循环泵1的输出端设置有止回阀20，所述止回阀20用于防止海水倒灌。
所述海水循环冷却系统13与淡水循环冷却系统4中包括用于连接的管道以及阀门仪表，所述管道、阀门仪表均采用超级双相不锈钢材料，其中阀门为17，仪表包括液位计19、流量计18。
机械过滤器5为Y型过滤器，用来过滤淡水循环系统中的淡水，保证进入板式换热器7和变压器冷却系统10中的淡水水质符合设计要求；次氯酸钠发生器2装置用来制备次氯酸钠溶液，连接在所述海水循环泵1的进口处，用于灭杀海洋生物。
实施例2
实施例2中包含实施例1中所有的技术特征。
如图2与图3，本实施例中，分别采用两个板式换热器7、两个淡水循环泵6以及两个海水过滤器3，两个板式换热器7并联接入系统中，两个淡水循环泵6并联接入系统中，两个海水过滤器3并联接入系统中。板式换热器7、淡水循环泵6、海水过滤器3的数量均为两个连接在系统中，用于一个备用一个使用。所述海水循环泵1数量为4个，用于三个使用一个备用进行海水抽吸与输送。
板式换热器7设置为2个，一用一备，使得换流阀冷却系统9中的去离子水与淡水循环冷却系统中的淡水进行对流换热，保证了换热的效果。
淡水循环泵6采用中开泵，设置数量为2个，一用一备，用于抽吸、输送淡水，使得淡水能够在淡水循环冷却系统中循环。
海水循环泵1采用的是深井潜水泵，材质为超级双相不锈钢，浸没在海水中，数量为4个，用于抽吸、输送海水，3用1备。
海水过滤器3采用自清洗过滤器，材质为碳钢衬胶，其余接液部分材质为超级双相不锈钢，数量为2个，一用一备实现对海水内部的杂质进行初步过滤的目的。
第一海水换热系统14与第二海水换热系统15包括多个海水换热器，第二海水换热系统与淡水循环冷却系统相连，包括海水换热器15数量为3个，2用1备；与暖通空调冷却系统8相连的第一海水换热系统包括海水换热器14数量为2个，1用1备。
所述的第一海水换热系统14包括两个海水换热器4，两个换热器并联在系统中，用于一个备用一个使用；所述第二海水换热系统15包括三个海水换热器4，三个换热器并联在系统中，用于两个使用一个备用。
实施例3
如图4所示，本发明提供了一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法，所述的方法包括：
一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法，包括：
S1.海水循环泵泵取海水后将海水送入海水过滤器中进行过滤；
S2.淡水循环系统设置两条支路一条用于降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备；
S3.过滤后的海水流入淡水循环系统以及暖通空调冷却系统，用于对淡水循环系统中的淡水和暖通空调冷却系统中的冷却水进行换热；
S4.完成换热后的海水流入排水总管。
所述过滤后的海水共设置六路支路，分别输入至：氯酸钠发生器、淡水制备系统、消防系统以及淡水循环系统和暖通空调冷却系统。
在本方法中，海水循环系统通过海水换热器分别与淡水循环冷却系统和暖通空调冷却系统相连，淡水循环冷却系统分为两条支路，一路和换流阀冷却系统通过板式换热器相连，另一路直接接入变压器冷却系统。其中换流阀冷却系统主要针对去离子水循环系统。
海水循环系统采用海水作为冷源，通过海水换热器对淡水循环系统中的淡水和暖通空调的冷却水进行换热，用来降低淡水和暖通空调冷却水的温度；淡水循环冷却系统中低温淡水的一条支路用来降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备。
海水循环系统采用海水作为冷源，通过海水换热器对淡水循环系统中的淡水和暖通空调的冷却水进行换热，用来降低淡水和暖通空调冷却水的温度；淡水循环冷却系统中低温淡水的一条支路用来降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备。采用此种冷却方式一方面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，另一方面提高了海水的直接使用率，减少了淡水的使用量，节约了海上平台的淡水资源。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，包括：海水循环冷却系统，所述海水循环冷却系统通过第一海水换热系统与暖通空调冷却系统相连接，所述海水循环冷却系统通过第二海水换热系统与淡水循环冷却系统相连接；
所述淡水循环冷却系统通过板式换热器与换流阀冷却系统相连接，所述淡水循环冷却系统直接与变压器冷却系统相连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述海水循环冷却系统包括：海水循环泵、次氯酸钠发生器、海水过滤器、第一海水换热器、第二海水换热器、储液罐；
所述海水循环泵的输入端与次氯酸钠发生器相连接，所述海水循环泵的输出端连接有两路支路，两路支路分别连接有储液罐和海水过滤器；所述海水过滤器的输出端连接有五路支路，五路支路分别连接次氯酸钠发生器、淡水制备设备、消防系统，以及通过海水过滤器通过第一海水换热系统与暖通空调冷却系统相连接，通过第二海水换热系统与淡水循环系统相连接；所述淡水循环系统和暖通空调冷却系统的输出端分别与储液罐相连接。
3.根据权利要求2所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述淡水循环冷却系统包括：淡水循环泵、机械过滤器、板式换热器、稳压装置；
所述淡水循环泵的输入端与淡水稳压装置相连接，所述淡水循环泵的输出端与机械过滤器相连接，所述机械过滤器输出端与第二海水换热器相连接，所述第二海水换热器的输出端连接有两条支路，两条支路分别与板式换热器、变压器供水接口相连接，所述板式换热器、变压器供水口的输出端与稳压装置相连接。
4.根据权利要求3所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述的海水循环冷却系统与淡水循环冷却系统中还包括波纹补偿器，所述波纹补偿器分别设置在淡水循环泵、第一海水换热系统和第二海水换热系统的输入端与输出端，用于补偿管道的热位移、机械变形以及吸收机械振动。
5.根据权利要求3所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述的板式换热器、淡水循环泵、海水过滤器的数量均为两个连接在系统中，用于一个备用一个使用；所述海水循环泵数量为4个，用于三个使用一个备用进行海水抽吸与输送。
6.根据权利要求3所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述的第一海水换热系统包括两个海水换热器，两个换热器并联在系统中，用于一个备用一个使用；所述第二海水换热系统包括三个海水换热器，三个换热器并联在系统中，用于两个使用一个备用。
7.根据权利要求2所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述海水循环泵的输出端设置有止回阀，所述止回阀用于防止海水倒灌。
8.根据权利要求1所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却系统，其特征在于，所述海水循环冷却系统与淡水循环冷却系统中包括用于连接的管道以及阀门仪表，所述管道、阀门仪表均采用超级双相不锈钢材料。
9.一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法，其特征在于，包括：
海水循环泵泵取海水后将海水送入海水过滤器中进行过滤；
淡水循环系统设置两条支路一条用于降低变压器冷却水的温度，另一条支路通过板式换热器进行热交换，用来冷却换流阀内的发热设备；
过滤后的海水流入淡水循环系统以及暖通空调冷却系统，用于对淡水循环系统中的淡水和暖通空调冷却系统中的冷却水进行换热；
完成换热后的海水流入排水总管。
10.根据权利要求9所述的一种海上柔性直流输电换流站外冷却方法，其特征在于，所述过滤后的海水共设置六路支路，分别输入至：氯酸钠发生器、淡水制备系统、消防系统以及淡水循环系统和暖通空调冷却系统。
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