CN118158982A - 一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其创新点在于：该冷却系统包括换流阀、热管散热单元、进风风道、出风风道、辅助制冷装置和二次换热单元，所述换流阀与热管散热单元连接，且热管散热单元对换流阀进行一次换热，所述热管散热单元的上方布置进风风道，下方接出风风道，所述二次换热单元包括风机，所述风机设在换流阀和出风风道之间，所述风机的吸风口与热管散热单元底部连接，出风口与出风风道连接，所述辅助制冷装置设置在阀厅内壁并用于换流阀的辅助降温。本发明不需要外部水资源，对环境负担小，优先使用自然风对热管散热单元进行换热，能耗低，同时结构简单、体积小，减少了设备占地面积，降低了其运行和维护成本。

Description

一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统

技术领域

本发明涉及一种换流阀冷却系统，具体涉及一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统。

背景技术

目前，换流阀在运行时容易产生过热现象，因此需要一个高效的冷却系统来保证其正常运行。

在现有的技术方案中，换流阀冷却系统通常采用水冷和复合冷却方式。其中，水冷方式包括内冷却循环水系统和外冷却循环水系统，这种冷却设备的自身体积大，需要定期更换水介质，若在高海拔地区使用水冷方式，因高海拔地区运输难度大、水资源较为匮乏，导致水冷成本高昂、过程复杂且不易安装和维护，同时高海拔地区昼夜温差大且会出现极寒现象，可能导致水介质结冰进而损坏设备，危害换流阀的运行。复合冷却一般采用内冷却循环水系统和外冷却空冷系统结合方式，在高海拔地区实际使用中，内冷却水循环系统同水冷方式一样，亦存在介质水结冰、压电极结垢等问题，危害换流阀的运行，同时，高海拔地区气压低、空气密度小，空冷系统换热能力下降，散热效率低，想要达到平原地区换热能力，需增加空冷单元的数量和空冷系统体积，使内冷却循环水管道更长时间停留在风冷系统内，这就导致空冷系统占地面积大，占地多且能耗高。

由此可见，若要在高海拔地区内对换流阀实施冷却，难点在于：如何减小或防止因介质水结冰或压电极结垢对冷却系统的影响，如何减小冷却系统占地面积的同时尽可能使散热效率达到与平原地区相同水平，如何减小冷却系统的安装和运行成本及维护难度。

发明内容

本发明的目的是：提供一种不需要外部水资源，结构简单、体积小，同时又能减少占地面积，以及降低运行和维护成本的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其创新点在于：该冷却系统包括集成在阀厅内的换流阀、热管散热单元、进风风道、出风风道、辅助制冷装置和二次换热单元，

所述换流阀与热管散热单元连接，且热管散热单元对换流阀进行一次换热，所述热管散热单元的上方布置进风风道，下方接出风风道，所述二次换热单元包括风机，所述风机设在换流阀和出风风道之间，并用于制造冷却风流及通过强制对流对热管散热单元进行二次换热，所述风机的吸风口与热管散热单元底部连接，出风口与出风风道连接，所述辅助制冷装置设置在阀厅内壁并用于换流阀的辅助降温，实现辅助二次换热，

在冷却系统工作时，热量由换流阀通过热传递快速传至热管散热单元进行一次换热，再在二次换热单元的作用下由热管散热单元与冷却风之间的热交换传至空气中，达到对换流阀散热的目的。

在上述技术方案中，所述热管散热单元包括热管散热器、连接体、绝缘隔板，所述连接体上设有多个并排布置的热管散热器，所述绝缘隔板将多个热管散热器隔开并包裹外周形成风道框。

在上述技术方案中，每个所述热管散热器均包括基板、多个热管单元以及多个散热翅片，所述基板安装在连接体上并与换流阀的功率元件贴合形成受热区域，所述热管单元的内腔存有工作介质，且热管单元具有连为一体的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段插入基板内，冷凝段同时穿插于多个散热翅片中，所述散热翅片置于所述风道框内形成受冷区域。

在上述技术方案中，所述二次换热单元还包括用于防止冷却风回流而影响散热的止回风阀，所述止回风阀设在风机和出风风道之间的管路上，所述止回风阀的进气口与风机的出口相连通，出气口与出风风道的进口相连通。

在上述技术方案中，所述进风风道包括用于阀厅内部的内进风支路，用于阀厅外部的外进风支路以及进风主路，所述内进风支路和外进风支路并联后与进风主路连通，

所述内进风支路的管路上靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅰ和中效过滤器Ⅰ，

所述外进风支路的管路上且靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅱ、初效过滤器和中效过滤器Ⅱ，

所述进风主路的出风口与热管散热单元的顶部相对布置，且其管路上设有用来感测冷却风速度的风速传感器Ⅰ和感测冷却风温度的风温传感器Ⅰ。

在上述技术方案中，所述内进风支路还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅰ，所述中效过滤器Ⅰ与风压传感器Ⅰ并联连接；所述外进风支路还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅱ，所述初效过滤器和中效过滤器Ⅱ与风压传感器Ⅱ并联连接。

在上述技术方案中，所述出风风道包括出风主路、用于阀厅内部的内出风支路以及用于阀厅外部的外出风支路，所述内出风支路和外出风支路并联后与出风主路相连通，

所述出风主路的进风口与热管散热单元的底部相连接，且其管路上设有用来感测热交换后的冷却风速度的风速传感器Ⅱ和用来感测热交换后的冷却风温度的风温传感器Ⅱ，

所述内出风支路的管路上设有电动风阀Ⅲ，

所述外出风支路的管路上设有电动风阀Ⅳ。

在上述技术方案中，一个所述换流阀配置有多组并联的二次换热单元，每组二次换热单元均包括串联连接的风机和止回风阀，

所述进风风道包括用于阀厅内部的内进风支路，用于阀厅外部的外进风支路以及进风主路，所述进风主路并联有多组进风支路，且每组进风支路均由一组内进风支路和一组外进风支路并联构成，

所述出风风道包括出风主路、用于阀厅内部的内出风支路以及用于阀厅外部的外出风支路，所述出风主路并联有多组出风支路，且每组出风支路均由一组内出风支路和一组外出风支路并联构成。

在上述技术方案中，所述进风主路的管路上设有至少两个风速传感器Ⅰ和至少两个风温传感器Ⅰ，所述出风主路的管路上设有至少两个风速传感器Ⅱ和至少两个风温传感器Ⅱ。

本发明所具有的积极效果是：采用本发明的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统后，该冷却系统包括集成在阀厅内的换流阀、热管散热单元、进风风道、出风风道、辅助制冷装置和二次换热单元，

所述换流阀与热管散热单元连接，且热管散热单元对换流阀进行一次换热，所述热管散热单元的上方布置进风风道，下方接出风风道，所述二次换热单元包括风机，所述风机设在换流阀和出风风道之间，并用于制造冷却风流及通过强制对流对热管散热单元进行二次换热，所述风机的吸风口与热管散热单元底部连接，出风口与出风风道连接，所述辅助制冷装置设置在阀厅内壁并用于换流阀的辅助降温，实现辅助二次换热，

在冷却系统工作时，热量由换流阀通过热传递快速传至热管散热单元进行一次换热，再在二次换热单元的作用下由热管散热单元与冷却风之间的热交换传至空气中，达到对换流阀散热的目的，

由于本发明使用热管散热单元代替传统水冷系统对换流阀一次换热，基于金属热传递的特性，即使在高海拔地区，一次换热效果不输平原地区的水冷系统，同时解决了水冷系统出现的压电极结垢、结冰等问题，减小了一次换热设备的体积；对二次换热的空冷系统进行优化，使空冷系统能满足高海拔地区换热需求；基于高海拔地区特征，优先使用自然风进行热交换，降低能源消耗；通过结构设计将阀冷系统集成在集装箱内，减小运输和安装成本。

这样，相比于其他冷却系统，本发明具有结构简单、体积小，安装、运行和维护成本小，且不需要外部水资源对环境的影响小等优点。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施方式的立体结构示意图；

图2是本发明的一种具体实施方式的冷却系统基本原理图；

图3是本发明的一种具体实施方式的热管散热单元结构示意图；

图4是本发明的一种具体实施方式的热管散热器结构示意图；

图5是本发明的一种具体实施方式的热管单元结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

如图1、2、3、4、5所示，一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，该冷却系统包括集成在阀厅内的换流阀1、热管散热单元100、进风风道200、出风风道300、辅助制冷装置3和二次换热单元400，其中，

所述换流阀1与热管散热单元100连接，且热管散热单元100对换流阀1进行一次换热，所述热管散热单元100的上方布置进风风道200，下方接出风风道300，所述二次换热单元400包括风机2，所述风机2设在换流阀1和出风风道300之间，并用于制造冷却风流及通过强制对流对热管散热单元100进行二次换热，所述风机2的吸风口与热管散热单元100底部连接，出风口与出风风道300连接，所述辅助制冷装置3设置在阀厅内壁并用于换流阀1的辅助降温，实现辅助二次换热，

在冷却系统工作时，热量由换流阀1通过热传递快速传至热管散热单元100进行一次换热，再在二次换热单元400的作用下由热管散热单元100与冷却风之间的热交换传至空气中，当感测到的冷却风风温高于某一特定值时或当冷却风内循环冷却，且二次散热单元400额定功率运行，风温传感器Ⅰ72、Ⅱ82的差值绝对值仍高于某一特定值时，开启辅助制冷装置3，达到对换流阀1散热的目的。

具体地，如图3所示，为了能够适用在高海拔地区使用，并解决传统水冷系统在高海拔地区出现的换热性能不佳、结冰的问题，所述热管散热单元100包括热管散热器11、连接体12、绝缘隔板13，所述连接体12上设有多个并排布置的热管散热器11，所述绝缘隔板13将多个热管散热器11隔开并包裹外周形成风道框14。

进一步的，如图4所示，每个所述热管散热器11均包括基板15、多个热管单元16以及多个散热翅片17，所述基板15安装在连接体12上并与换流阀1的功率元件贴合形成受热区域，所述热管单元16的内腔存有工作介质，且热管单元16具有连为一体的蒸发段161和冷凝段162，所述蒸发段161插入基板15内，冷凝段162同时穿插于多个散热翅片17中，所述散热翅片17置于所述风道框14内形成受冷区域。

特别地，如图5所示，热管单元16的冷凝段162向上弯折一定角度，其目的在于：使热管单元内在冷凝段液化的工作介质依靠重力作用更好地沿管壁回流至蒸发段参与热循环，提高散热效果。

在本实施方式中，当所述换流阀1工作时，产生的热量通过热传导传至所述基板15，插入基板15的蒸发段161内的工作介质受热形成热蒸汽，热蒸汽通过微小压差的作用下流至冷凝段162，经过热交换后，热蒸汽放热冷凝，液化后的工作介质在重力作用下，沿热管单元16内壁流回至蒸发段参与热交换，冷凝段交换的热量快速传导至多个散热翅片17，在二次换热单元400的作用下，热量由多个散热翅片17快速传导到空气中。

如图2所示，为了防止冷却风回流，影响二次换热单元的散热性能，所述二次换热单元400还包括用于防止冷却风回流而影响散热的止回风阀4，所述止回风阀4设在风机2和出风风道300之间的管路上，所述止回风阀4的进气口与风机2的出口相连通，出气口与出风风道300的进口相连通。

如图2所示，所述进风风道200包括用于阀厅内部的内进风支路5，用于阀厅外部的外进风支路6以及进风主路7，所述内进风支路5和外进风支路6并联后与进风主路7连通，该设计的好处在于：能够根据不同情况选择不同的冷却风来源，降低能源消耗。

所述内进风支路5的管路上靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅰ51和中效过滤器Ⅰ52，

所述外进风支路6的管路上且靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅱ61、初效过滤器62和中效过滤器Ⅱ63，

所述进风主路7的出风口与热管散热单元100的顶部相对布置，且其管路上设有用来感测冷却风速度的风速传感器Ⅰ71和感测冷却风温度的风温传感器Ⅰ72。

如图2所示，为了防止过滤器发生堵塞而不自知，影响进风效果，所述内进风支路5还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅰ53，所述中效过滤器Ⅰ52与风压传感器Ⅰ53并联连接；所述外进风支路6还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅱ64，所述初效过滤器62和中效过滤器Ⅱ63与风压传感器Ⅱ64并联连接。

如图2所示，所述出风风道300包括出风主路8、用于阀厅内部的内出风支路9以及用于阀厅外部的外出风支路10，所述内出风支路9和外出风支路10并联后与出风主路8相连通，该设计的好处在于：在环境温度较低时，使用外出风支路10，将热交换后的冷却风排至阀厅外，迅速降低阀厅内温度，提高换热效率；在环境温度较高时，使用内出风支路9，加速阀厅内的空气循环，防止阀厅内局部温度过高，提高散热效果。

所述出风主路8的进风口与热管散热单元100的底部相连接，且其管路上设有用来感测热交换后的冷却风速度的风速传感器Ⅱ81和用来感测热交换后的冷却风温度的风温传感器Ⅱ82，

所述内出风支路9的管路上设有电动风阀Ⅲ91，

所述外出风支路10的管路上设有电动风阀Ⅳ101。

如图2所示，本发明为了适用大功率换流阀，并能保证即使某个支路发生了故障，也不影响系统整体的冷却工作，一个所述换流阀1配置有多组并联的风机2和与其串联的止回风阀4，

所述进风风道200包括用于阀厅内部的内进风支路5，用于阀厅外部的外进风支路6以及进风主路7，所述进风主路7并联有多组进风支路，且每组进风支路均由一组内进风支路5和一组外进风支路6并联构成，

所述出风风道300包括出风主路8、用于阀厅内部的内出风支路9以及用于阀厅外部的外出风支路10，所述出风主路8并联有多组出风支路，且每组出风支路均由一组内出风支路9和一组外出风支路10并联构成。

如图2所示，所述进风主路7的管路上设有至少两个风速传感器Ⅰ71和至少两个风温传感器Ⅰ72，所述出风主路8的管路上设有至少两个风速传感器Ⅱ81和至少两个风温传感器Ⅱ82。这样设计的好处在于，一个风速传感器和一个风温传感器可正常使用，剩余作为备用，即使某个风速传感器或风温传感器发生故障，也不影进风主路和出风主路上的风速和风温的检测。

在本实施方式中，通过所述风温传感器Ⅰ72反馈的数据，控制电动风阀Ⅰ51、Ⅱ61、Ⅲ91和Ⅳ101的开闭，具体地，电动风阀Ⅰ51与电动风阀Ⅲ91相关联，实现同开同闭，电动风阀Ⅱ61与电动风阀Ⅳ101相关联，

具体地，当进风风温不高于某一特定值时，冷却风取向阀厅外，此时冷却风走向：阀厅外部→电动风阀Ⅱ61→初效过滤器62→中效过滤器Ⅱ63→热管散热单元100→风机2→止回风阀4→电动风阀Ⅳ101→阀厅外部，此时，电动风阀Ⅰ51和电动风阀Ⅲ91关闭，电动风阀Ⅱ61与电动风阀Ⅳ101打开，冷却风循环方式为外循环；

当进风风温高于某一特定值时，冷却风取向阀厅内，冷却风走向：阀厅内部→电动风阀Ⅰ51→中效过滤器Ⅰ53→热管散热单元100→风机2→止回风阀4→电动风阀Ⅲ91→阀厅内部，此时，电动风阀Ⅰ51和电动风阀Ⅲ91打开，电动风阀Ⅱ61与电动风阀Ⅳ101关闭，冷却风循环方式为内循环。

特别地，所述风机2根据风速传感器Ⅰ71和风温传感器反馈的数据，联合判断，进而控制风机2的转速，在保证二次换热需求的前提下降低能耗。

进一步，阀厅内壁还装有辅助冷却装置3，所述辅助制冷装置3为定制空调，室内机安装在阀厅内壁，外机安装在阀厅外部，

特别地，所述辅助制冷装置3的启停及其制冷温度的设定由控制系统根据风温传感器反馈的数据联合判断进行控制。

具体地，当进风风温不高于某一特定值时，辅助制冷装置3不启动，循环方式如上述；当进风风温高于某一特定值时，冷却风取向阀厅内，循环方式为内循环，开启电动风阀Ⅰ51和电动风阀Ⅲ91，闭合电动风阀Ⅱ61与电动风阀Ⅳ101，启动辅助制冷装置3，当外界温度相对正常时，关闭辅助制冷装置3，取风逻辑如上述，以达到节能的目的。

根据上述工作原理可以看出，它与现有冷却方式相比，具有以下优点：

使用热管散热器代替传统水冷方式对换流阀进行散热，利用热管散热器良好的导热性能，对换流阀进行快速散热，使用风冷系统进行二次换热且优先使用自然风进行换热，全过程未使用外部水资源，避免了水资源的消耗，且解决了因为水结冰导致设备损害和压电极结垢导致设备故障的问题；冷却系统集成在集装箱内，结构简单，减小了占地面积，降低了设备安装、运行及维护成本，同时，该冷却系统无污染、能耗低符合绿色要求。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：该冷却系统包括集成在阀厅内的换流阀(1)、热管散热单元(100)、进风风道(200)、出风风道(300)、辅助制冷装置(3)和二次换热单元(400)，

所述换流阀(1)与热管散热单元(100)连接，且热管散热单元(100)对换流阀(1)进行一次换热，所述热管散热单元(100)的上方布置进风风道(200)，下方接出风风道(300)，所述二次换热单元(400)包括风机(2)，所述风机(2)设在换流阀(1)和出风风道(300)之间，并用于制造冷却风流及通过强制对流对热管散热单元(100)进行二次换热，所述风机(2)的吸风口与热管散热单元(100)底部连接，出风口与出风风道(300)连接，所述辅助制冷装置(3)设置在阀厅内壁并用于换流阀(1)的辅助降温，实现辅助二次换热，

在冷却系统工作时，热量由换流阀(1)通过热传递快速传至热管散热单元(100)进行一次换热，再在二次换热单元(400)的作用下由热管散热单元(100)与冷却风之间的热交换传至空气中，达到对换流阀(1)散热的目的。

2.根据权利要求1所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述热管散热单元(100)包括热管散热器(11)、连接体(12)、绝缘隔板(13)，所述连接体(12)上设有多个并排布置的热管散热器(11)，所述绝缘隔板(13)将多个热管散热器(11)隔开并包裹外周形成风道框(14)。

3.根据权利要求2所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：每个所述热管散热器(11)均包括基板(15)、多个热管单元(16)以及多个散热翅片(17)，所述基板(15)安装在连接体(12)上并与换流阀(1)的功率元件贴合形成受热区域，所述热管单元(16)的内腔存有工作介质，且热管单元(16)具有连为一体的蒸发段(161)和冷凝段(162)，所述蒸发段(161)插入基板(15)内，冷凝段(162)同时穿插于多个散热翅片(17)中，所述散热翅片(17)置于所述风道框(14)内形成受冷区域。

4.根据权利要求1所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述二次换热单元(400)还包括用于防止冷却风回流而影响散热的止回风阀(4)，所述止回风阀(4)设在风机(2)和出风风道(300)之间的管路上，所述止回风阀(4)的进气口与风机(2)的出口相连通，出气口与出风风道(300)的进口相连通。

5.根据权利要求1所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述进风风道(200)包括用于阀厅内部的内进风支路(5)，用于阀厅外部的外进风支路(6)以及进风主路(7)，所述内进风支路(5)和外进风支路(6)并联后与进风主路(7)连通，

所述内进风支路(5)的管路上靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅰ(51)和中效过滤器Ⅰ(52)，

所述外进风支路(6)的管路上且靠近进风口处依次安装有电动风阀Ⅱ(61)、初效过滤器(62)和中效过滤器Ⅱ(63)，

所述进风主路(7)的出风口与热管散热单元(100)的顶部相对布置，且其管路上设有用来感测冷却风速度的风速传感器Ⅰ(71)和感测冷却风温度的风温传感器Ⅰ(72)。

6.根据权利要求5所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述内进风支路(5)还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅰ(53)，所述中效过滤器Ⅰ(52)与风压传感器Ⅰ(53)并联连接；所述外进风支路(6)还包括用于检测过滤器堵塞情况的风压传感器Ⅱ(64)，所述初效过滤器(62)和中效过滤器Ⅱ(63)与风压传感器Ⅱ(64)并联连接。

7.根据权利要求1所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述出风风道(300)包括出风主路(8)、用于阀厅内部的内出风支路(9)以及用于阀厅外部的外出风支路(10)，所述内出风支路(9)和外出风支路(10)并联后与出风主路(8)相连通，

所述出风主路(8)的进风口与热管散热单元(100)的底部相连接，且其管路上设有用来感测热交换后的冷却风速度的风速传感器Ⅱ(81)和用来感测热交换后的冷却风温度的风温传感器Ⅱ(82)，

所述内出风支路(9)的管路上设有电动风阀Ⅲ(91)，

所述外出风支路(10)的管路上设有电动风阀Ⅳ(101)。

8.根据权利要求1所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：一个所述换流阀(1)配置有多组并联的二次换热单元(400)，每组二次换热单元(400)均包括串联连接的风机(2)和止回风阀(4)，

所述进风风道(200)包括用于阀厅内部的内进风支路(5)，用于阀厅外部的外进风支路(6)以及进风主路(7)，所述进风主路(7)并联有多组进风支路，且每组进风支路均由一组内进风支路(5)和一组外进风支路(6)并联构成，

所述出风风道(300)包括出风主路(8)、用于阀厅内部的内出风支路(9)以及用于阀厅外部的外出风支路(10)，所述出风主路(8)并联有多组出风支路，且每组出风支路均由一组内出风支路(9)和一组外出风支路(10)并联构成。

9.根据权利要求8所述的高海拔纯风冷的大容量换流阀冷却系统，其特征在于：所述进风主路(7)的管路上设有至少两个风速传感器Ⅰ(71)和至少两个风温传感器Ⅰ(72)，所述出风主路(8)的管路上设有至少两个风速传感器Ⅱ(81)和至少两个风温传感器Ⅱ(82)。