CN201869090U - 一种海上风力发电机组用变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海上风力发电机组用变流器，该变流器包括封闭电器元件的柜体，所述柜体至少形成第一柜室，所述第一柜室内具有第一电器元件，所述第一柜室内具有第一水空交换器，所述第一水空交换器包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，所述冷却水管的进水口和出水口分别与柜体外的水冷柜的出水口和进水口相通。与采用在电器元件内设置内冷却水管道的方案相比，该变流器的结构更加简单，制造成本更低；同时，由于水空交换器漏水点非常容易进行检测和维护，水空交换器更换也比较容易。

Description

一种海上风力发电机组用变流器

技术领域

本实用新型涉及一种海上风力发电技术，特别涉及一种海上风力发电机组用变流器。

背景技术

在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风力发电依靠其环境效益良好和发电成本较低的优势，正逐步成为解决世界能源短缺的重要途径。风力发电包括陆上风力发电和海上风力发电。由于海上风速比陆地、岸边要高，海上很少有静风期，海上风力发电能够更有效地利用风电机组的容量；因此，海上风力发电正在快速发展。

作为电能转换的重要设备，变流器是风力发电机组不可或缺的部分。由于工作环境的不同，海上风力发电机组用变流器设计不同于陆上风力发电机组用变流器。由于海上高热、高湿的气候环境及海面高盐碱度影响，变流器柜体尤其是电子设备在无防护或防护等级较低的情况下会发生不同程度腐蚀、凝露等现象；因此，海上风力发电机组用变流器需要考虑海上严酷的气候环境，并根据海上环境进行特殊设计。

为了保证变流器具有良好性能，避免或降低相关电器元件的腐蚀和凝露，通常将变流器的柜体设计为封闭结构，将各电器元件封闭在柜体内。封闭结构的变流器虽然能够抵抗海上恶劣的环境，但却使变流器内部各电器元件的散热十分困难。

当前，为了改善变流器各电器元件的散热性能，变流器普遍采用水冷散热装置对各电器元件进行冷却，并将各电器元件产生的热量带出。水冷散热装置包括延伸到电器元件内部的内冷却水管道；利用通过内冷却水管道的、循环的冷却水吸收变流器各电器元件产生的热量，改善各电器元件的散热性能。与在变流器柜体内的水冷散热装置相对应，还设置有位于柜体外的水冷柜，水冷柜中设置有水泵和换热器，且水冷柜中换热器的出水口和进水口分别与水冷散热装置的内冷却水管道的进水口和出水口相通，形成冷却水的循环通路。冷却水在水泵作用下，能够在循环通路中循环流动；在水冷散热装置中，冷却水能够吸收变流器相应电器元件产生的热量，并随着冷却水的循环，将吸收的热量带到水冷柜的换热器中；在水冷柜换热器中，冷却水与空气进行热交换，冷却水温度降低，再返回内冷却水管道中；如此反复循环，可以将变流器的电器元件产生的热量带出，改善各电器元件的散热性能，使变流器各电器元件保持较低的温度，保证变流器具有良好的工作状态和工作性能。

变流器的水冷散热装置虽然能够达到降低变流器各部分温度的目的，但变流器中，电抗器、变压器等各电器元件设置内冷却水管道，使得变流器的结构非常复杂，制造工艺过程繁琐，导致变流器成本提高，供货周期延长；另外，由于加工难度大，水冷散热装置的内冷却水管道还容易漏水，不仅漏水点查找难度很大，维修成本也非常高；在这种情况下，一般将变流器整体更换，导致变流器使用寿命降低。

实用新型内容

为此，本实用新型的目的在于，提供一种海上风力发电机组用变流器，该变流器结构简单，成本较低，维护和更换更加方便。

本实用新型提供的海上风力发电机组用变流器包括封闭电器元件的柜体，所述柜体至少形成第一柜室，所述第一柜室内具有第一电器元件，所述第一柜室内具有第一水空交换器，所述第一水空交换器包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，所述冷却水管的进水口和出水口分别与水冷柜的出水口和进水口相通。

可选的，所述第一柜室内具有两个所述第一电器元件和两个所述第一水空交换器；两个所述第一电器元件横向排列，两个所述第一水空交换器分别与两个第一电器元件相对应；两个所述第一水空交换器的冷却风扇的排风方向相反。

可选的，两个所述水空交换器分别位于两个所述第一电器元件上方，或者分别位于两个所述第一电器元件下方。

可选的，至少一个所述水空交换器包括至少两个水空交换单元，所述水空交换单元包括一冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、一冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的一冷却风机。

可选的，两个所述水空交换单元的冷却水管之间并联或串联。

可选的，所述柜体还形成第二柜室，所述第二柜室内具有两个第二电器元件和两个第二水空交换器；两个所述第二电器元件纵向排列；所述第二水空交换器包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，该冷却水管的进水口和出水口分别与水冷柜出水口和进水口相通；一个所述第二水空交换器位于两个第二电器元件之间，另一个所述第二水空交换器位于两个所述第二电器元件的上方；两个所述第二水空交换器的冷却风扇的排风方向相同。

可选的，两个所述第二水空交换器的冷却风扇的排风方向均向上。

可选的，所述第二柜室中设置有导风板。

可选的，所述柜体还形成第三柜室，所述第三柜室内具有第三电器元件和水冷散热装置，所述水冷散热装置包括在第三电器元件内部延伸的内冷却水管道，该内冷却水管道的进水口和出水口分别与水冷柜的出水口和进水口相通。

可选的，所述第一柜室与第三柜室之间和第二柜与第三柜室之间均具有隔热层，所述隔热层包括上镀锌板、下镀锌板和位于上镀锌板和下镀锌板之间的隔热材料层。

与现有技术相比，本实用新型提供的海上风力发电机组用变流器中，其第一柜室中的第一电器元件利用第一水空交换器进行散热；在散热过程中，通过第一水空交换器的冷却风扇在第一柜室内形成循环的空气气流，先使第一电器元件与空气气流进行热交换，再通过换热片使空气气流与水空交换器内的冷却水进行热交换，这样可以避免由于在各电器元件内设置内冷却水管道导致变流器的结构过于复杂，使变流器的结构更加简单，为降低其制造成本提供前提；同时，由于水空交换器漏水点非常容易进行检测和维护，水空交换器更换也比较容易，进而该结构还能够为变流器及相关部分的检测、维护和更换提供方便；进而能够显著提高海上风力发电机组用变流器的使用寿命。

在进一步的技术方案中，对发热功率较小的第一电器元件、第二电器元件用水空交换器进行散热，对发热功率较大的第三电器元件用内冷却水管道进行散热，水冷与水空冷却的结合，可以大幅度地提高变流器的散热效果，保证变流器具有良好的工作状态。

附图说明

图1是本发明实施例提供的海上风力发电机组用变流器的整体构成示意图；

图2是图1中第一柜室的示意图；

图3是图1中第二柜室的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的内容进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何限制作用。

请参考图1、该图1是本发明实施例提供的海上风力发电机组用变流器的整体结构示意图。

实施例提供的变流器包括柜体100，柜体100将变流器的主电路功率芯片形成的功率套件、电抗器、变压器等电器元件封闭，以避免海上恶劣的环境对电器元件造成损害，保持电器元件良好性能和工作可靠性。同时，柜体100内形成三个柜室，为了描述的方便，三个柜室分别为第一柜室110、第二柜室120和第三柜室130。为了提高柜体100耐腐蚀性，提高变流器的使用寿命，柜体100外表面可以进行喷塑处理，并涂装油性防腐蚀材料，或者进行其他防腐蚀处理。

请参考图2，该图是图1中第一柜室的示意图。第一柜室110内包括两个第一电器元件111和两个第一水空交换器112，两个第一电器元件111均为电抗器，两个电抗体横向排列。

第一水空交换器112包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，冷却水管的进水口和出水口分别与柜体100外的水冷柜(图中未示出)出水口和进水口相通；冷却水管内具有循环的冷却水，冷却风扇在冷却风机驱动下旋转，形成在换热片之间流动的空气气流，空气气流通过换热片与冷却水管中的冷却水进行热交换。第一水空交换器112可以与现有技术中的换热器相同，其具体工作原理和结构不再详细描述。

其中，一个第一水空交换器112横向放置在一个电抗器的上端，另一个第一水空交换器112横向放置在另一个电抗器的上端，所述横向为使第一水空交换器112冷却风扇的排风方向与竖向平行的方向；同时，两个第一水空交换器112的冷却风扇的排风方向相反。以图2为参照，左侧第一水空交换器112的冷却风扇的排风方向朝向下方，右侧第一水空交换器112的冷却风扇的排风方向朝向上方。

柜体100外的水冷柜可以是水冷换热装置，可以包括水泵、散热器、风扇、排气阀、膨胀罐、电磁阀，等等。水泵用于使冷却水循环流动，散热器用于使冷却水与空气进行热交换。

在工作过程中，两个第一水空交换器112的冷却风扇旋转，左侧第一水空交换器112的冷却风扇使空气向下流动，右侧水空交换器112的冷却风扇使空气向上流动，这样，在第一柜室110内就形成了如图中箭头所示的、循环的空气气流。向下流动的空气气流通过左侧电抗器时，空气气流与该电抗器进行热交换，使左侧电抗器温度降低，空气气流温度升高。在第一柜室110下方，空气气流转变方向，形成向上流动的空气气流。向上流动的空气气流能够与右侧电抗器进行热交换，吸收并带走右侧电抗器的热量。在第一柜室110上方，空气气流顺序通过两个第一水空交换器112，通过换热片与冷却水管内的冷却水进行热交换，空气气流温度降低，冷却水温度升高。冷却后的空气气流继续流动，与左侧电抗器进行热交换，进入下一循环周期；冷却水循环将从空气气流中吸收热量带到水冷柜中，实现使第一柜室110内的第一电器元件111的散热，保持第一电器元件111处于较低温度的状态。

利用上述变流器，其第一柜室110中的第一电器元件111利用第一水空交换器112进行散热，先使第一电器元件111与空气气流进行热交换，再使空气气流与第一水空交换器112内的冷却水进行热交换。这样可以避免由于设置内冷却水管道而产生的结构复杂等不足，使变流器的结构更加简单，降低其制造成本；同时，由于水空交换器漏水点非常容易进行检测和维护，水空交换器更换也比较容易，进而该结构还能够为变流器及相关电器元件的检测、维护和更换提供方便；进而提高变流器的使用寿命。

根据上述描述，也可以将左侧水空交换器112设置在左侧电抗器的上方，并将右侧第一水空交换器112设置在右侧电抗器的下方，以使空气气流在通过左侧电抗器之后，进入右侧第一水空交换器112进行冷却，在冷却之后再进入右侧电抗器，使冷却后的空气与电抗器进行热交换；在热交换之后，再进入左侧第一水空交换器112内进行冷却。这样可以使循环的空气气流保持在较低的温度，改善第一电器元件111的冷却性能；另外，还可以将两个第一水空交换器112分别设置在两个第一电器元件111的下方。

由于电抗器工作时产生的热量可能并不一致，在右侧电抗器工作时产生的热量大于左侧电抗器产生的热量时，为了保持对右侧电抗器的冷却效果，还可以使右侧第一水空交换器112具有更高的冷却效率，以更快地吸收右侧电抗器产生的热量，保持右侧电抗器具有较低的温度。提高右侧第一水空交换器112冷却效率可以通过改变其冷却水管、散热片，也可以使右侧的第一水空交换器112包括两个水空交换单元；此时，第一水空交换器112可以包括多个冷却水管、与该冷却水管外壁固定的相对应换热片、多个冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的多个冷却风机，并使一冷却水管、一与该冷却水管外壁固定的换热片、一冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的一冷却风机形成一组，每一组形成一个水空交换单元；每个水空交换单元就可以分别独立地与空气气流进行热交换；当然，两个或更多个水空交换单元的冷却水管可以并联，也可以串联；在第一柜室110内空间足够，管道安装方便的情况下，可以进行并联，以提高第一水空交换器112的冷却效率。

请参考图3，该图是图1中第二柜室的示意图。第二柜室120内具有两个第二电器元件121、两个第二水空交换器122。本例中，两个第二电器元件121纵向排列，上部为变压器，下部电抗器。第二水空交换器122与第一水空交换器112结构相同，包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，该冷却水管的进水口和出水口分别与柜体外的水冷柜出水口和进水口相通。如图3所示，一个第二水空交换器122位于两个第二电器元件122之间，即位于变压器下方，电抗器上方，另一个第二水空交换器122位于两个第二电器元件121的上方，即位于变压器的上方。两个第一水空交换器122的冷却风扇的排风方向均向上。

如图3所示，由于两个第一水空交换器122的冷却风扇的排风方向均向上；这样，在第二柜室120就可以形成循环流动的空气气流，该空气气流顺序通过下方电抗器，下方的第二水空交换器122、变压器和上方的第二水空交换器；在通过电抗器和变压器时，空气气流与第二电器元件121进行热交换，将第二电器元件121的热量带走，在通过第二水空交换器122时，与冷却水管内的冷却水进行热交换，冷却水将空气气流的热量带走，使第二柜室120内保持较低的温度，以改善第二柜室120内第二电器元件121的散热性能。

为了实现空气气流在尽可能大的范围内循环，还可以设置相应的结构，以形成适当的空气气流通道。如图3所示，本例中，第二柜室120中，还设置有位于第二电器元件121一侧的导风板123，设置导风板123的目的在于，对空气气流进行引导，使第二柜室120内的空气气流能够到达距离第二电器元件121较远的位置。当然，在第一柜室110中，也可以根据实际需要设置在预定方向延展的导风板，以引导空气气流的流动方向，提高空气气流与相应电器元件之间，及空气气流与相应水空交换器之间的换热效率，改善变流器电器元件的散热性能。

根据上述描述，也可以使两个第一水空交换器122的冷却风扇的排风方向均向下，这样也可以在第二柜室120内形成循环的空气气流，只要是两个第一水空交换器122的冷却风扇的排风方向，就可以形成循环的空气气流，以改善第二柜室120内第二电器元件121的散热性能。

另外，电器元件的排列方式，可以根据实际需要进行设置；比如：第一柜室110内的两个第一电器元件111也可以纵向排列，同时，将第一水空交换器112与第二柜室120中两个第二水空交换器122一样进行布置，以保持第一电器元件111的散热性能。

由于变流器内的功率套件工作时产生的热量大于电抗器及变压器工作时产生的热量，为了保证对功率套件散热效果，本例中，柜体还形成第三柜室130。

再参考图1，第三柜室130内具有第三电器元件131和水冷散热装置(图中未示出)，第三电器元件131为功率套件；与现有技术中水冷散热装置的内冷却水管道，该水冷散热装置包括在第三电器元件131内部延伸的、预定长度的内冷却水管道，该内冷却水管道的进水口和出水口分别与柜体外的水冷柜出水口和进水口相通。其工作原理与现有技术中的水冷装置相同，不再详细描述。本实施例中，根据电器元件工作量产生热量不同，对发热功率较大的第三电器元件131用水冷散热装置进行散热，对发热功率较小的第一电器元件111、第二电器元件121用水空交换器进行散热；水冷与水空冷却的结合可以在保持变流器的电器元件散热性能的同时，使变流器的结构更加简单，降低变流器制造成本，并为变流器的维护和更换提供便利。

为了减少第三柜室130与其他柜室之间热量传递，在第一柜室110与第三柜室130之间还设置有隔热层，隔热层可以包括上镀锌板、下镀锌板和位于上镀锌板和下镀锌板之间的隔热材料层；另外，在第三柜室130与第二柜室120也可以设置隔热层，隔热层也可以由上镀锌板、下镀锌板和位于上镀锌板和下镀锌板之间的隔热材料层形成。

根据上述描述，本领域技术人员可以理解，根据变流器的不同结构，可以根据实际情况，设置相应的柜室，在保持对电器元件封闭的同时，实现电器元件的散热，比如说：可以仅设置第一柜室130，也可以仅设置第二柜室120，等等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型描述的原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上风力发电机组用变流器，包括封闭电器元件的柜体，所述柜体至少形成第一柜室，所述第一柜室内具有第一电器元件，其特征在于，所述第一柜室内具有第一水空交换器，所述第一水空交换器包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，所述冷却水管的进水口和出水口分别与水冷柜的出水口和进水口相通。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，所述第一柜室内具有两个所述第一电器元件和两个所述第一水空交换器；两个所述第一电器元件横向排列，两个所述第一水空交换器分别与两个第一电器元件相对应；两个所述第一水空交换器的冷却风扇的排风方向相反。

3.根据权利要求2所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，

两个所述水空交换器分别位于两个所述第一电器元件上方，或者分别位于两个所述第一电器元件下方。

4.根据权利要求3所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，至少一个所述水空交换器包括至少两个水空交换单元，所述水空交换单元包括一冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、一冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的一冷却风机。

5.根据权利要求4所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，两个所述水空交换单元的冷却水管之间并联或串联。

6.根据权利要求1-5任一项所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，所述柜体还形成第二柜室，所述第二柜室内具有两个第二电器元件和两个第二水空交换器；两个所述第二电器元件纵向排列；所述第二水空交换器包括冷却水管、与该冷却水管外壁固定的换热片、冷却风扇和驱动该冷却风扇旋转的冷却风机，该冷却水管的进水口和出水口分别与水冷柜出水口和进水口相通；一个所述第二水空交换器位于两个第二电器元件之间，另一个所述第二水空交换器位于两个所述第二电器元件的上方；两个所述第二水空交换器的冷却风扇的排风方向相同。

7.根据权利要求6所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，两个所述第二水空交换器的冷却风扇的排风方向均向上。

8.根据权利要求6所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，所述第二柜室中设置有导风板。

9.根据权利要求6所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，所述柜体还形成第三柜室，所述第三柜室内具有第三电器元件和水冷散热装置，所述水冷散热装置包括在第三电器元件内部延伸的内冷却水管道，该内冷却水管道的进水口和出水口分别与水冷柜的出水口和进水口相通。

10.根据权利要求9所述的海上风力发电机组用变流器，其特征在于，所述第一柜室与第三柜室之间和第二柜与第三柜室之间均具有隔热层，所述隔热层包括上镀锌板、下镀锌板和位于上镀锌板和下镀锌板之间的隔热材料层。

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