CN203056830U - 带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统，包括内部冷却循环系统、外部循环系统和外部水风换热器。内部冷却循环系统安装在变流器柜内，外部循环系统和外部水风换热器位于变流器柜外。内部循环系统通过两根外部水管与外部循环系统连接，外部循环系统通过两根外部水管与外部水风换热器连接。本实用新型将全封闭的变流器柜内功率器件散发的热量直接通过冷却液带出柜外循环系统；而柜内的辐射热则通过柜内水风换热器降温，把热量通过冷却液带出柜外，再由外部水循环系统和水风换热器将冷却液降温送回变流器柜内，实现大功率变流器的全封闭柜体运行，既满足散热的要求，又能适应海上、高原等恶劣环境条件。

Description

带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种大功率变流器循环冷却系统。

背景技术

随着风力发电机组功率等级的不断增大，大功率器件的散热已成为决定变流器可靠运行的重要指标。

现有大功率变流器多采用液冷加风冷的模式，循环冷却系统主要包括外部水循环系统、外部水风换热器和柜内水管。即柜内大功率器件通过液冷散热器实现散热，柜内辐射的热量则通过散热风机将热量带出柜外，因此柜体需要增加通风窗。而用于海上风力发电的大功率变流器除了柜体的材质需满足防腐、防盐雾要求外，还需满足全封闭柜体结构的设计。随着海上风力发电逐渐扩大，液冷加风冷式大功率变流器循环冷却系统已满足不了海上防腐、防盐雾柜体的设计要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提出一种带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统。本实用新型增加了放置在柜内的水风换热器，对柜内器件辐射热量进行散热，无需外加通风窗，为满足防腐、放盐雾全封闭柜体的设计提供了基础。

本实用新型带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统主要包含内部冷却循环系统、外部循环系统和外部水风换热器。内部冷却循环系统安装在变流器柜内，外部循环系统和外部水风换热器位于变流器柜外。内部循环系统通过两根外部水管与外部循环系统连接，外部循环系统通过两根外部水管与外部水风换热器连接。

所述内部冷却循环系统包括安装于变流器柜内的水风换热器、内部水管和内部冷却循环风扇。第一水风换热器装于第三变流器柜的中部上方。第二水风换热器安装于第三变流器柜的右侧中部。第三水风换热器安装于第二变流器柜的下方。内部冷却循环风扇装于第一变流器柜内靠近第二变流器柜的内壁上部。内部水管分为主水管和橡胶软管，其中第三、第四主水管水平安装于第一变流器柜的中部。第一、第二主水管安装于第一变流器柜右侧并分别垂直连接于第三和第四主水管。第五主水管和第六主水管水平贯穿于第一变流器柜、第二变流器柜、第三变流器柜，并分别与第四主水管和第三主水管相连接。第一和第二两根橡胶软管水平装于第一变流器柜右上侧并分别与第二主水管和第一主水管相连接。第一、第二橡胶软管的另一端则与水冷散热器相连接。第三、第四橡胶软管安装于第三变流器柜中，第三、第四橡胶软管的一端分别与第五和第六主水管相连接，第三、第四橡胶软管的另一端与第一水风换热器相连接。第五、第六橡胶软管水平安装于第三变流器柜的中部，第五、第六橡胶软管的一端分别与第五和第六主水管9、10相连接，第五、第六橡胶软管的另一端则与第二水风换热器2相连接。第七、第八橡胶软管垂直安装于第二变流器柜的中部，第七、第八橡胶软管的一端分别与第五和第六主水管相连接，第七、第八橡胶软管的另一端则与第三水风换热器相连接。柜内水风换热器及内部冷却循环风扇由变流器控制。

所述的外部循环系统包括：排气阀、加热器、流量传感器、压力传感器、温度传感器、膨胀罐、补水/排水阀、助力推车、接水瓶、两个出水接口、两个进水接口和循环泵；循环泵安装于外部循环系统的中心，为外部循环系统的主体器件；加热器安装于循环泵的左侧。膨胀罐安装于循环泵的右侧，其一端与循环泵相连接，另一端与接水瓶相连接；于加热器的顶部安装排气阀；流量传感器安装于加热器的前方中部，与出水接口相连接；压力传感器安装于加热器的前方，位于流量传感器的下方，与出水接口相连接；温度传感器安装于加热器的前方，位于压力传感器的下方，与出水接口相连接；补水/排水阀安装于外部循环系统的右下侧，位于膨胀罐的下方，与进水口相连接；接水瓶位于循环泵的后部，与膨胀罐相连接；第一出水接口位于循环冷却系统前部的左下侧，对外通过外部水管与变流器主水管相连接，对内与温度传感器、压力传感器、流量传感器、加热器相连接；第一进水口位于循环冷却系统前部右下侧，对外通过外部水管与变流器主水管相连接，对内与补水/排水阀相连接；第二出水接口位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水口的左上方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片的入水接口相连接，对内与循环泵相连接；第二进水口位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水口的右下方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片的出水接口相连接，对内与加热器相连接。加热器和循环泵由变流器控制其启停。流量传感器、压力传感器和温度传感器的反馈信号直接反馈至变流器，由变流器进行检测、报警、保护等操作。排气阀、膨胀罐、补水/排水阀作为外部循环系统的辅助器件，使外部循环系统能够稳定运行。所述的外部循环系统置于助力推车上。

外部水风换热器包括散热风机和冷却翅片。散热风机由变流器控制其启停。外部水风换热器通过外部水管与外部循环系统连接。外部循环系统将从变流器带出热量的冷却液输入外部水风换热器经散热降温后再将降温的冷却液输入变流器。

本实用新型的有益效果如下：

1、采用液冷系统的变流器，满足变流器功率等级不断增大的需求；

2、实现全封闭柜体的设计，适用于海上、高原等恶劣条件；

3、液冷散热效果明显，能大幅度提高变流器的可靠性；

4、冷却系统结构及控制简单，大大缩小变流器的体积。

附图说明

图1变流器循环冷却系统整体布局示意图；

图2大功率变流器柜内器件三维布局示意图；

图3大功率变流器柜内冷却循环示意图；

图4外部循环系统正视图；

图5外部循环系统后视图；

图6外部水风换热器示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型包括：内部冷却循环系统、外部循环系统和外部水风换热器。内部冷却循环系统安装在变流器柜内，外部循环系统和外部水风换热器位于变流器柜外。内部循环系统通过两根外部水管与外部循环系统连接，外部循环系统通过两根外部水管与外部水风换热器连接。

所述的内部冷却循环系统包括安装于变流器柜内的水风换热器、内部水管和内部循环冷却风扇。

如图2所示，第一、第二和第三水风换热器1、2、3，六根内部主水管5、6、7、8、9、10，十八根内部橡胶水管11、12、13、14、15、16、17、18，冷却循环风扇4装于变流器柜内。其中第一水风换热器1装于第三变流器柜A3的中部上方，风流方向由左往右。第二水风换热器2安装于第三变流器柜A3的右侧中部，风流方向由上往下。第三水风换热器3装于第二变流器柜A2的下方，风流方向由左往右。冷却循环风扇4装于第一变流器柜A1内靠近第二变流器柜A2的内壁上部，风流方向由右往左。内部水管分为主水管和橡胶软管，其中第三、第四主水管7、8水平安装于第一变流器柜A1的中部，第三、第四主水管7、8的一端分别与外部循环系统水管连接，第三、第四主水管7、8的另一端端口密封。第一、第二主水管5、6装于第一变流器柜A1右侧并分别垂直连接于第三主水管7和第四主水管8，第一、第二主水管5、6另一端的端口密封。第五、第六主水管9、10水平贯穿于第一变流器柜A1、第二变流器柜A2和第三变流器柜A3，并分别与第四主水管8、第三主水管7相连接，第五、第六主水管9、10另一端的端口密封。第一、第二橡胶软管11、12水平装于第一变流器柜A1右上侧并分别与第二、第一主水管6、5相连接，第一、第二橡胶软管11、12的另一端则与水冷散热器相连接。第三、第四橡胶软管13、14安装于第三变流器柜A3中，第三、第四橡胶软管13、14的一端分别与第五、第六主水管9、10相连接，第三、第四橡胶软管13、14的另一端则与第一水风换热器1相连接。第五、第六橡胶软管15、16水平安装于第三变流器柜A3的中部，第五、第六橡胶软管15、16的一端分别与第五、第六主水管9、10相连接，第五、第六橡胶软管15、16的另一端则与第二水风换热器2相连接。第七、第八橡胶软管17、18垂直安装于第二变流器柜A2的中部，第七、第八橡胶软管的一端分别与第五、第六主水管9、10相连接，第七、第八橡胶软管的另一端则与第三水风换热器3相连接。第一、第二和第三水风换热器1、2、3，以及冷却循环风扇4的启停由变流器控制。大功率变流器柜内整体风流走向如图3所示。

图4、图5所示为外部循环系统。外部循环系统主要包括排气阀20、加热器21、流量传感器22、压力传感器23、温度传感器24、膨胀罐25、补水/排水阀26、助力推车27、接水瓶30、两个出水接口28、31、两个进水接口29、32和循环泵19。循环泵19安装于外部循环系统的中心，为外部循环系统的主体器件。加热器21安装于循环泵19的左侧。膨胀罐2安装于循环泵19的右侧，其一端与循环泵19相连接，另一端与接水瓶30相连接；于加热器21的顶部安装排气阀20；流量传感器22安装于加热器21的前方中部，与出水接口28相连接；压力传感器23安装于加热器21的前方，位于流量传感器22的下方，与出水接口28相连接；温度传感器24安装于加热器21的前方，位于压力传感器23的下方，与出水接口28相连接；补水/排水阀26安装于外部循环系统的右下侧，位于膨胀罐25的下方，与进水口29相连接；接水瓶30位于循环泵的后部，与膨胀罐25相连接；第一出水接口28位于循环冷却系统前部的左下侧，对外通过外部水管与变流器主水管7相连接，对内与温度传感器24、压力传感器23、流量传感器22、加热器21相连接；第一进水口29位于循环冷却系统前部右下侧，对外通过外部水管与变流器主水管8相连接，对内与补水/排水阀26相连接；第二出水接口31位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水口32的左上方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片35的入水接口相连接，对内与循环泵19相连接；第二进水口32位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水口32的右下方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片35的出水接口相连接，对内与加热器21相连接。其中排气阀20主要将管路内的空气排出冷却系统；加热器21主要是在低温条件下变流器启动运行时给冷却液加热，由变流器控制其加热状态；流量传感器22主要用于检测外部循环系统的出水接口流量，即变流器的入水接口流量，将流量信号传送给变流器。压力传感器23主要用于检测外部循环系统的出水接口压力，即变流器的入水接口压力，将压力信号传送给变流器。温度传感器24用于检测外部循环系统的出水接口温度，即变流器的入水接口温度，将温度信号传送给变流器。膨胀罐25主要保持管路的压力稳定。补水/排水阀26主要用于冷却液的补给或泄放。所述的外部循环系统置于助力推车27上，便于循环系统的灵活移动；循环泵19主要提供密闭循环流体所需动力，由变流器控制其启停。

图6所示为外部水风换热器。外部水风换热器主要包含两个散热风机（33、34）和冷却翅片35。第一散热风机33安装于外部水风换热器的左侧，第二散热风机34安装于水风换热器的右侧。冷却翅片35安装于散热风机的前部，冷却翅片为腔体。外部水风换热器主要功能是由外部循环系统将变流器输出的冷却液输入冷却翅片35的腔体，再由散热风机进行抽风，风流从冷却翅片腔体流过，将冷却液散热降温；而后由外部循环系统将降温下来的冷却液送入变流器。散热风机的启停由变流器控制。

变流器运行前，先通过补水/排水阀26将冷却液灌入外部循环系统，外部循环系统通过外部水管将冷却液填充满变流器柜内循环系统的水管及外部水风换热器的翅片腔体。当变流器运行时，启动循环泵19，使冷却液循环起来，同时通过温度传感器24检测冷却液温度，如冷却液温度偏高，则启动外部水风换热器的散热风机33、34，使冷却液降温。变流器时刻通过流量传感器22及压力传感器23检测变流器的入水接口流量和压力。当变流器柜内环境温度偏高时，则启动变流器柜内水风换热器1、2、3及循环冷却风扇4使柜内环境温度降温。

Claims (4)

1.一种带水风换热器的大功率变流器循环冷却系统，其特征在于，所述的循环冷却系统包括内部冷却循环系统、外部循环系统和外部水风换热器；内部冷却循环系统安装在变流器柜内，外部循环系统和外部水风换热器位于变流器柜外；内部循环系统通过两根外部水管与外部循环系统连接，外部循环系统通过两根外部水管与外部水风换热器连接。

2.如权利要求1所述的循环冷却系统，其特征在于，所述的内部冷却循环系统包括安装于变流器柜内的水风换热器（1、2、3）、内部水管和内部循环冷却风扇；所述的内部水管包括六根内部主水管（5、6、7、8、9、10）和十八根内部橡胶水管（11、12、13、14、15、16、17、18）；内部冷却循环风扇（4）安装在变流器柜内；第一水风换热器（1）安装于第三变流器柜（A3）的中部上方；第二水风换热器（2）安装于第三变流器柜（A3）的右侧中部；第三水风换热器（3）安装于第二变流器柜（A2）的下方；冷却循环风扇（4）装于第一变流器柜（A1）内靠近第二变流器柜（A2）的内壁上部；第三、第四主水管（7、8）水平安装于第一变流器柜（A1）的中部，第三、第四主水管（7、8）的一端分别与外部循环系统水管连接，第三、第四主水管（7、8）的另一端端口密封；第一、第二主水管（5、6）装于第一变流器柜（A1）右侧并分别垂直连接于第三主水管（7）和第四主水管（8），第一、第二主水管（5、6）另一端的端口密封；第五、第六主水管（9、10）水平贯穿于第一变流器柜（A1）、第二变流器柜（A2）和第三变流器柜（A3），分别与第四主水管（8）、第三主水管(7)相连接，第五、第六主水管（9、10）另一端的端口密封；第一、第二橡胶软管（11、12）水平安装于第一变流器柜（A1）右上侧，并分别与第二、第一主水管（6、5）相连接，第一、第二橡胶软管（11、12）的另一端则与水冷散热器相连接；第三、第四橡胶软管（13、14）安装于第三变流器柜（A3）中，第三、第四橡胶软管（13、14）的一端分别与第五、第六主水管（9、10）相连接，第三、第四橡胶软管（13、14）的另一端则与第一水风换热器（1）相连接；第五、第六橡胶软管（15、16）水平安装于第三变流器柜（A3）的中部，第五、第六橡胶软管（15、16）的一端分别与第五、第六主水管(9、10)相连接，第五、第六橡胶软管(15、16)的另一端则与第二水风换热器（2）相连接；第七、第八橡胶软管（17、18）垂直安装于第二变流器柜（A2）的中部，第七、第八橡胶软管的一端分别与第五、第六主水管（9、10）相连接，第七、第八橡胶软管（17、18）的另一端则与第三水风换热器（3）相连接；第一、第二和第三水风换热器（1、2、3），以及冷却循环风扇（4）的启停由变流器控制。

3.如权利要求1所述的循环冷却系统，其特征在于所述的外部循环系统包括排气阀（20）、加热器（21）、流量传感器（22）、压力传感器（23）、温度传感器（24）、膨胀罐（25）、补水/排水阀（26）、助力推车（27）、接水瓶（30）、两个出水接口（28、31）、两个进水接口（29、32）和循环泵（19）；循环泵（19）安装于外部循环系统的中心，为外部循环系统的主体器件；加热器（21）安装于循环泵（19）的左侧；膨胀罐（25）安装于循环泵（19）的右侧，膨胀罐（25）的一端与循环泵（19）相连接，膨胀罐（25）的另一端与接水瓶（30）相连接；于加热器（21）的顶部安装排气阀（20）；流量传感器（22）安装于加热器（21）的前方中部，与出水接口（28）相连接；压力传感器（23）安装于加热器（21）的前方，位于流量传感器(22)的下方，与出水接口（28）相连接；温度传感器(24)安装于加热器(21)的前方，位于压力传感器（23）的下方，与出水接口（28）相连接；补水/排水阀（26）安装于外部循环系统的右下侧，位于膨胀罐（25）的下方，与进水接口（29）相连接；接水瓶（30）位于循环泵的后部，与膨胀罐（25）相连接；第一出水接口（28）位于循环冷却系统前部的左下侧，对外通过外部水管与变流器主水管（7）相连接，对内与温度传感器（24）、压力传感器（23）、流量传感器（22）、加热器（21）相连接；第一进水接口（29）位于循环冷却系统前部右下侧，对外通过外部水管与变流器主水管（8）相连接，对内与补水/排水阀（26）相连接；第二出水接口（31）位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水接口（32）的左上方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片（35）的入水接口相连接，对内与循环泵（19）相连接；第二进水接口（32）位于循环冷却系统后部的右下方，位于进水接口（32）的右下方，对外通过外部水管与外部水风换热器冷却翅片（35）的出水接口相连接，对内与加热器（21）相连接；所述的循环冷却系统置于助力推车（27）上；加热器（21）和循环泵（19）由变流器控制其启停。

4.如权利要求1所述的循环冷却系统，其特征在于所述的外部水风换热器包含两个散热风机（33、34）和冷却翅片（35）；第一散热风机（33）安装于外部水风换热器的左侧，第二散热风机（34）安装于水风换热器的右侧；冷却翅片(35)安装于散热风机的前部，冷却翅片（35）为腔体；散热风机（33、34）的启停由变流器控制。

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