CN111416289B - 一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置及其控制方法，该变频冷却装置包括点阵式微型红外温度传感器、柔性冷却袋组、冷却液变频循环系统和控制模块，柔性冷却袋组由若干柔性冷却袋串并联组成，且其内通有冷却液，各柔性冷却袋贴附安装于铠装箱柜内壁上，冷却液变频循环系统与柔性冷却袋组连接，以驱动冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动，对铠装箱柜内各种设备进行冷却；点阵式微型红外温度传感器安装于铠装箱柜内并与控制模块电性连接，以对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，控制模块与冷却液变频循环系统电性连接，以根据测温控制其工作。该变频冷却装置及其控制方法不仅冷却效果好，而且易于实现和维护。

Description

一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及变电站电力设备冷却技术领域，特别是一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置及其控制方法。

背景技术

传统变电站电力铠装箱柜类设备的冷却设备主要有：1）柜内安装电风扇；2）柜内安装空调；3）柜内安装小型半导体制冷器。第一种方式，由于空气热焓低，散热效果差，特别在环境温度高和柜内发热量大时，无法满足冷却要求。第二种方式，在柜内安装空调，可以保证冷却效果，但对变电站大量电力铠装箱柜类设备来说，造价太高，且维护工作量大，还存在将高速运转的部件安装在电力铠装柜内，存在安全隐患的缺点。由于大型半导体制冷技术目前还不成熟，其制冷效果远不如传统的热泵制冷，因此以上第三种方式在柜内安装小型半导体制冷器的方式，只能对小型半导体制冷器周围小范围空间进行冷却，对铠装柜内部隔层，特别是顶层和底层冷却效果差,每个铠装柜都需安装半导体除湿器同样存在造价高、维护工作量大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置及其控制方法，该变频冷却装置及其控制方法不仅冷却效果好，而且易于实现和维护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，包括点阵式微型红外温度传感器、柔性冷却袋组、冷却液变频循环系统和控制模块，所述柔性冷却袋组由若干柔性冷却袋串并联组成，且柔性冷却袋内通有循环流动的冷却液，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋贴附安装于铠装箱柜内壁上，所述冷却液变频循环系统经连通管道与柔性冷却袋组连接，以驱动冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动，不断对铠装箱柜内各种设备进行冷却；所述点阵式微型红外温度传感器安装于铠装箱柜内，并与控制模块的输入端电性连接，以对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块，所述控制模块的输出端与冷却液变频循环系统电性连接，以根据测温控制冷却液变频循环系统工作。

进一步地，所述柔性冷却袋由具有导热性能的柔性碳素纤维材料制成，所述冷却液为冷冻盐水。

进一步地，所述铠装箱柜包括开关柜、保护屏、端子箱，所述开关柜内部安装有各种电力高压设备，所述保护屏、端子箱内部安装有各种二次保护装置、接线端子以及电源接线汇排。

进一步地，所述开关柜内部安装的各种电力高压设备包括：手车断路器、母线排、隔离开关、高压接线、互感器、接地刀闸、避雷器和出线电缆。

进一步地，对于铠装箱柜内特需冷却的设备，也贴附安装有所述柔性冷却袋，以进行局部加强冷却。

进一步地，所述冷却液变频循环系统包括变频制冷机、变频循环泵、电磁阀及进、出液管，所述变频循环泵的出口连接第一电磁阀的进口，所述第一电磁阀的出口连接进液管，并经进液管与柔性冷却袋组连接，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋之间经连接管串联或并联在一起，以使由进液管流入的冷却液在各柔性冷却袋之间流动，然后汇流至与柔性冷却袋组连接的出液管，所述出液管经第二电磁阀连接变频制冷机的进口，以对柔性冷却袋组流出的冷却液进行冷却，所述变频制冷机的出口与变频循环泵的进口连接，以通过变频循环泵将冷却后的冷却液打入柔性冷却袋组，使冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动；所述控制模块的输出端分别与变频制冷机、变频循环泵、第一电磁阀、第二电磁阀的控制端电性连接，以根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机、变频循环泵的启停和出力，以及控制第一、二电磁阀的开闭。

进一步地，所述控制模块的输出端还与一报警器电性连接，以当铠装箱柜内温度升温到报警阈值时，通过报警器进行自动报警。

本发明还提供了一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置的控制方法，包括以下步骤：

1）在控制模块内预先设置好根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机、变频循环泵的启停和出力，以及控制第一、二电磁阀的开闭的控制程序；在控制模块内根据不同类型的铠装箱柜及其内部设备的不同，预先设置不同的温度控制值；

2）通过点阵式微型红外温度传感器对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块；

3）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度达到第一设置值时，控制模块控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，然后控制变频制冷机和变频循环泵启动，变频冷却装置开始运行；

4）当负荷持续增大，铠装箱柜内温度持续上升到第二设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵增大出力，并随着测温和负荷的不断上升而相应增大出力，以达到冷却效果，保证铠装箱柜安全运行；

5）当铠装箱柜内设备发生严重过热故障，变频冷却装置达到最大出力后，铠装箱柜内温度还继续升温到报警阈值时，控制模块通过报警器进行自动报警；

6）当负荷减小，铠装箱柜内温度下降时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵减小出力，并随着测温和负荷的不断降低而相应减小出力，以合理优化匹配，节约能耗；

7）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度下降到第三设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵停止工作，然后控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，变频冷却装置停止运行。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1）通过在电力铠装箱柜的换热壁面上贴附安装具有高强度、良好柔韧性和良好热传导性能的柔性冷却袋，增加了有效冷却面积。

2）创新地将非接触点阵式红外测温传感技术在变电站电力铠装箱柜类设备进行智能控制冷却运用，有力保障了电力设备安全运行。

3）运用柔性冷却袋内充注流动的冷冻盐水等具有比热大、降温温度低等优点的冷却液，极大提高冷却效率。

4）装置的换热部分和动力部分可分开设置再进行连接，不仅结构简单，易于实现，而且易于检修和维护，而且在铠装箱柜内可以不额外设置动力和电力设备，一定程度上提供了安全性。

5）可以作为变电站电力铠装箱柜类设备的临时性加强冷却方式，也可以作为永久固定冷却方式，可根据实际情况进行灵活运用。

附图说明

图1是本发明实施例的变频冷却装置的总体结构示意图。

图2是本发明实施例中柔性冷却袋在开关柜内的安装结构示意图。

图3是本发明实施例中冷冻盐水的流向示意图。

图4是本发明实施例的装置控制原理图。

图中：1、开关柜；2、点阵式微型红外温度传感器；3、点阵红外射线；4、手车断路器；5、母线排；6、隔离开关；7、高压接线；8、互感器；9、接地刀闸；10、避雷器；11、出线电缆；12、柔性冷却袋；13、定向柔性冷却袋；14、进液管；15、出液管；16、第二电磁阀；17、变频制冷机；18、变频循环泵；19、第一电磁阀；20、冷却液。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，如图1-4所示，包括点阵式微型红外温度传感器2、柔性冷却袋组、冷却液变频循环系统和控制模块。

所述柔性冷却袋组由若干柔性冷却袋12串并联组成，且柔性冷却袋12内通有循环流动的冷却液20，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋12贴附安装于铠装箱柜内壁上。对于铠装箱柜内特需冷却的设备（如出线电缆），在保证安全距离的前提下，也可以安装定向柔性冷却袋13，以进行局部加强冷却。

在本实施例中，所述柔性冷却袋由具有导热性能的柔性碳素纤维材料（或其它适合的具有高强度、高韧性以及良好的软性和导热性能的材料）制成，所述冷却液为冷冻盐水（或其它适合的循环流动冷却介质）。

所述铠装箱柜包括开关柜、保护屏、端子箱。所述开关柜内部安装有各种电力高压设备，所述开关柜内部安装的各种电力高压设备包括：手车断路器、母线排、隔离开关、高压接线、互感器、接地刀闸、避雷器和出线电缆等。所述保护屏、端子箱内部安装有各种二次保护装置、接线端子以及电源接线汇排等。本实施例以开关柜1为例。它们在运行中由于电流致热作用会产生大量热量，特别在负荷大、气温高，或某些部件绝缘损伤、接触不良等情况发生时，发热情况将愈发严重，良好的冷却环境将极大有助于以上设备的安全运行，减少过热故障的发生。所述控制模块根据不同类型的铠装箱柜及其内部设备的不同，预先设置不同的温度控制值。为了减少冷量损失，铠装箱柜外壁还可以安装保温层。

所述点阵式微型红外温度传感器2安装于铠装箱柜内适当位置，并与控制模块的输入端电性连接，以对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块。

所述冷却液变频循环系统经连通管道与柔性冷却袋组连接，以驱动冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动，不断对铠装箱柜内各种设备进行冷却。具体地，所述冷却液变频循环系统包括变频制冷机17、变频循环泵18、第一电磁阀19、第二电磁阀16、进液管14和出液管15，所述变频制冷机17和变频循环泵18安装在变电站内、铠装箱柜外适合的场地处，所述变频循环泵18的出口连接第一电磁阀19的进口，所述第一电磁阀19的出口连接进液管14，并经进液管14与柔性冷却袋组连接，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋12之间经连接管串联或并联在一起，以使由进液管14流入的冷却液20在各柔性冷却袋12之间流动，然后汇流至与柔性冷却袋组连接的出液管15，所述出液管15经第二电磁阀16连接变频制冷机17的进口，以对柔性冷却袋组流出的冷却液20进行冷却，所述变频制冷机17的出口与变频循环泵18的进口连接，以通过变频循环泵18将冷却后的冷却液打入柔性冷却袋组，使冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动。如图4所示，所述控制模块的输出端分别与变频制冷机17、变频循环泵18、第一电磁阀19、第二电磁阀16的控制端电性连接，以根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机17、变频循环泵18的启停和出力，以及控制第一电磁阀19、第二电磁阀16的开闭。

所述控制模块的输出端还与一报警器电性连接，以当铠装箱柜内温度升温到报警阈值时，通过报警器进行自动报警，以通知检修人员尽快前来处理。

本发明还提供了一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置的控制方法，包括以下步骤：

1）在控制模块内预先设置好根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机、变频循环泵的启停和出力（当负荷高时出力大，当负荷低时出力小），以及控制第一、二电磁阀的开闭的控制程序；在控制模块内根据不同类型的铠装箱柜及其内部设备的不同，预先设置不同的温度控制值；

2）通过点阵式微型红外温度传感器对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块；

3）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度达到第一设置值时，控制模块控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，然后控制变频制冷机和变频循环泵启动，变频冷却装置开始运行；

4）当负荷持续增大，铠装箱柜内温度持续上升到第二设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵增大出力，并随着测温和负荷的不断上升而相应增大出力，以达到冷却效果，保证铠装箱柜安全运行；

5）当铠装箱柜内设备发生严重过热故障，变频冷却装置达到最大出力后，铠装箱柜内温度还继续升温到报警阈值时，控制模块通过报警器进行自动报警，以通知检修人员尽快前来处理；

6）当负荷减小，铠装箱柜内温度下降时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵减小出力，并随着测温和负荷的不断降低而相应减小出力，以合理优化匹配，节约能耗；

7）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度下降到第三设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵停止工作，然后控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，变频冷却装置停止运行。

本发明的变频冷却装置将经制冷的低温冷冻盐水通过变频循环泵和连接管道，输送到变电站各开关柜、保护屏、端子箱内的柔性冷却袋内部，柔性冷却袋内的冷冻盐水，通过具有良好导热性能的碳素纤维袋体对铠装箱柜内设备进行冷却，柔性冷却袋内热交换被加热后的盐水，回流至变频制冷机内进行冷却后，再从变频制冷机出口通过变频循环泵打至各柔性冷却袋内，以此不断循环，由于冷冻盐水具有比热大和低温的优良性能，且原料易得，成本低廉，因此相较于现有冷却技术有着显著优势。

本发明的柔性冷却装置可设置为可拆式结构，可作为铠装箱柜的临时性加强冷却方式，也可作为永久固定冷却方式，可根据实际情况灵活配置、运用。本发明还可针对铠装箱柜内局部过热部分，如出线电缆等，进行局部冷却，实现精准定向冷却。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，其特征在于，包括点阵式微型红外温度传感器、柔性冷却袋组、冷却液变频循环系统和控制模块，所述柔性冷却袋组由若干柔性冷却袋串并联组成，且柔性冷却袋内通有循环流动的冷却液，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋贴附安装于铠装箱柜内壁上，所述冷却液变频循环系统经连通管道与柔性冷却袋组连接，以驱动冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动，不断对铠装箱柜内各种设备进行冷却；所述点阵式微型红外温度传感器安装于铠装箱柜内，并与控制模块的输入端电性连接，以对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块，所述控制模块的输出端与冷却液变频循环系统电性连接，以根据测温控制冷却液变频循环系统工作；所述柔性冷却袋由具有导热性能的柔性碳素纤维材料制成；

所述冷却液变频循环系统包括变频制冷机、变频循环泵、电磁阀及进、出液管，所述变频循环泵的出口连接第一电磁阀的进口，所述第一电磁阀的出口连接进液管，并经进液管与柔性冷却袋组连接，所述柔性冷却袋组的各柔性冷却袋之间经连接管串联或并联在一起，以使由进液管流入的冷却液在各柔性冷却袋之间流动，然后汇流至与柔性冷却袋组连接的出液管，所述出液管经第二电磁阀连接变频制冷机的进口，以对柔性冷却袋组流出的冷却液进行冷却，所述变频制冷机的出口与变频循环泵的进口连接，以通过变频循环泵将冷却后的冷却液打入柔性冷却袋组，使冷却液在各柔性冷却袋与冷却液变频循环系统之间循环流动；所述控制模块的输出端分别与变频制冷机、变频循环泵、第一电磁阀、第二电磁阀的控制端电性连接，以根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机、变频循环泵的启停和出力，以及控制第一、二电磁阀的开闭；所述控制模块的输出端还与一报警器电性连接，以当铠装箱柜内温度升温到报警阈值时，通过报警器进行自动报警；

所述用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置的控制方法，包括以下步骤：

1）在控制模块内预先设置好根据测温和负荷变化自动控制变频制冷机、变频循环泵的启停和出力，以及控制第一、二电磁阀的开闭的控制程序；在控制模块内根据不同类型的铠装箱柜及其内部设备的不同，预先设置不同的温度控制值；

2）通过点阵式微型红外温度传感器对铠装箱柜内各种设备进行非接触点阵测温，并实时将测温数据传输至控制模块；

3）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度达到第一设置值时，控制模块控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，然后控制变频制冷机和变频循环泵启动，变频冷却装置开始运行；

4）当负荷持续增大，铠装箱柜内温度持续上升到第二设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵增大出力，并随着测温和负荷的不断上升而相应增大出力，以达到冷却效果，保证铠装箱柜安全运行；

5）当铠装箱柜内设备发生严重过热故障，变频冷却装置达到最大出力后，铠装箱柜内温度还继续升温到报警阈值时，控制模块通过报警器进行自动报警；

6）当负荷减小，铠装箱柜内温度下降时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵减小出力，并随着测温和负荷的不断降低而相应减小出力，以合理优化匹配，节约能耗；

7）当点阵式微型红外温度传感器检测到铠装箱柜内温度下降到第三设置值时，控制模块控制变频制冷机和变频循环泵停止工作，然后控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，变频冷却装置停止运行。

2.根据权利要求1所述的一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，其特征在于，所述铠装箱柜包括开关柜、保护屏、端子箱，所述开关柜内部安装有各种电力高压设备，所述保护屏、端子箱内部安装有各种二次保护装置、接线端子以及电源接线汇排。

3.根据权利要求2所述的一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，其特征在于，所述开关柜内部安装的各种电力高压设备包括：手车断路器、母线排、隔离开关、高压接线、互感器、接地刀闸、避雷器和出线电缆。

4.根据权利要求1所述的一种用于变电站铠装箱柜的变频冷却装置，其特征在于，对于铠装箱柜内特需冷却的设备，也贴附安装有所述柔性冷却袋，以进行局部加强冷却。

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