CN203674959U - 一种海岛用的柔性直流输电换流阀水冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种海岛用的柔性直流输电换流阀水冷系统，包括通过管道连接形成主循环回路的主循环水泵、空气冷却器、主过滤器、换流阀及脱气罐，所述脱气罐内置电加热器，主循环回路并联有水处理回路，缓冲罐连接有氮气稳压系统，离子交换器连接有补水系统，空气冷却器的换热管束材质采用不锈钢316L管材，翅片采用环氧树脂涂层铝片，内部框架采用不锈钢316Ti，并作粉末喷涂外表面处理。柔性直流输电换流阀水冷系统有效冷却换流阀，保证恒定流量的冷却水进入换流阀，进阀温度稳定、无骤升骤降。柔性直流换流阀水冷系统可根据IGBT热负荷的变化来改变水冷散热量，控制进阀温度稳定在一定范围内，保证换流阀的稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种冷却系统，用于冷却柔性直流输电换流阀中IGBT发热元件。
背景技术
广东南澳大型风电柔性直流输电示范工程在国内首次采用多端柔性直流技术，柔性直流输电技术是以绝缘双极晶体管（IGBT）组成的电压源换流器（VSC）、可控关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术，与传统直流输电技术相比，具有控制灵活方便、提高系统稳定性，增加系统动态无功储备，改善电能质量、节约建设用地、安装调试维护方便等特点，在海岛供电、城市电网供电、可再生资源并网等方面具有广阔的应用前景。
柔性直流输电方式作为海岛供电的重要手段，不受传输距离限制，适合大型海上风电场的并网。柔性直流换流阀采用IGBT元件，由于IGBT元件在运行过程中产生巨大的热量，为了保证元件的正常运行，需要水冷系统对其进行冷却。由于海岛的特殊环境，对相关设备的防腐蚀性提出了特殊要求，现有的阀冷系统满足不了海岛的使用环境，所以需要开发一种海岛用的柔性直流输电换流阀水冷系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种柔性直流输电换流阀水冷系统，有效带走IGBT元件产生的热量，保证换流阀安全稳定运行。
柔性直流输电换流阀水冷系统包括通过管道连接形成主循环回路的主循环水泵、空气冷却器、主过滤器、换流阀及脱气罐，所述脱气罐内置电加热器，所述主循环水泵及主过滤器均设有备用；
所述主循环回路还并联有水处理回路，所述水处理回路包括通过管道连接的离子交换器、精密过滤器及缓冲罐；所述离子交换器、精密过滤器及缓冲罐均设备用；所述离子交换器的出口均设置去离子水电导率变送器。冷却水中的杂质在高压条件下容易产生漏电流及电腐蚀，影响换流阀的正常运行，为适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，冷却水必须具备极低的电导率。因此在主循环回路并联水处理回路，用于去除冷却水中的阴阳离子，达到不断净化水质的目的。部分主循环回路的冷却水流经离子交换器，不断净化管道中可能析出的离子，然后流经精密过滤器和缓冲罐，然后在主循环回路的脱气罐的入口进行合流。离子交换器共设2套，互为备用，离子交换器的出口设置电导率变送器，监控去离子水的电导率和树脂的失效情况，当一台离子交换器故障时，可切换至另一台离子交换器。精密过滤器设置在离子交换器出口，拦截可能破碎的树脂颗粒。膨胀罐设置在精密过滤器出口。
所述缓冲罐连接有氮气稳压系统，所述氮气稳压系统包括氮气瓶及补气电磁阀，所述氮气瓶及补气电磁阀均设有备用，氮气瓶通过补气电磁阀对膨胀罐补气，可缓冲由于冷却水温度变化而引起的体积变化；
所述离子交换器连接有补水系统，所述补水系统包括通过管道连接的原水泵、过滤器、原水箱、补水泵及补水电动球阀，所述补水泵设有备用，补水系统可实现对水冷系统的自动补水功能，当缓冲罐的液位低于补水泵启动液位，补水泵启动，补水电动球阀自动打开，补水至缓冲罐规定的正常液位，此时停泵、电动球阀关闭。
所述空气冷却器的换热管束材质采用不锈钢316L管材，翅片采用环氧树脂涂层铝片，能够抵抗海洋腐蚀环境气候，内部框架采用不锈钢316Ti，并作粉末喷涂外表面处理。一般情况下，所有空气冷却器投入运行，空气冷却器的选型应满足两个条件：（1）在极端条件下，仍能有20%的余量；（2）一台空气冷却器故障时仍能满足额定散热量的要求。在室外气温降低或换流阀负荷较小的情况下，可以首先调节空气冷却器风机运行台数，再通过变频调节风机的转速来实现对水温的精确控制。
为了更好的实现本实用新型，所述主循环回路设置有进阀温度变送器；主循环回路并联有电导率测试回路，电导率测量回路设置有冷却水电导率变送器；缓冲罐设置有液位变送器，所述进阀温度变送器、冷却水电导率变送器和膨胀罐液位计采取“三取二”的原则，防止由于阀冷系统仪表故障导致换流阀停运。
为了更好的实现本实用新型，所述主循环回路还包括有冷却水流量变送器、出阀温度变送器、空气冷却器回水温度变送器、出阀温度变送器、出阀压力变送器、进阀压力变送器及主循环泵出水压力变送器，膨胀罐设置有压力变送器。
为了更好的实现本实用新型，所述柔性直流输电换流阀水冷系统采用冗余控制器。从而实现：对阀冷却系统的监控与保护；将柔性直流输电换流阀水冷系统的工作状况上传给主极控或站控；对柔性直流输电换流阀水冷系统进行远程控制。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点及有益效果：
（1）柔性直流输电换流阀水冷系统有效冷却换流阀，保证恒定流量的冷却水进入换流阀，进阀温度稳定、无骤升骤降。柔性直流换流阀水冷系统可根据IGBT热负荷的变化来改变水冷散热量，控制进阀温度稳定在一定范围内，保证换流阀的稳定运行；
（2）空气冷却器充分考虑到海边环境，采取防腐蚀措施，保证空气冷却器的正常运行；
（3）柔性直流输电换流阀水冷系统的控制系统采用冗余配置，关键仪表采用三选二的原则，更加安全可靠。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施方式所述的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一个实施方式作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，柔性直流输电换流阀水冷系统包括通过管道连接形成主循环回路的主循环水泵1-1及1-2、空气冷却器2、主过滤器3-1及3-2、换流阀4及脱气罐5，所述脱气罐5内置电加热器51，所述主循环水泵及主过滤器均设有备用；
所述主循环回路还并联有水处理回路，所述水处理回路包括通过管道连接的离子交换器6-1及6-2、精密过滤器7-1及7-2、缓冲罐8-1及8-2；所述离子交换器、精密过滤器及缓冲罐均设备用；所述离子交换器6-1的出口设置去离子水电导率变送器9-1，离子交换器6-2的出口设置去离子水电导率变送器9-2。冷却水中的杂质在高压条件下容易产生漏电流及电腐蚀，影响换流阀的正常运行，为适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，冷却水必须具备极低的电导率。因此在主循环回路并联水处理回路，用于去除冷却水中的阴阳离子，达到不断净化水质的目的。部分主循环回路的冷却水流经离子交换器，不断净化管道中可能析出的离子，然后流经精密过滤器和缓冲罐，然后在主循环回路的脱气罐的入口进行合流。离子交换器共设2套，互为备用，离子交换器的出口设置电导率变送器，监控去离子水的电导率和树脂的失效情况，当一台离子交换器故障时，可切换至另一台离子交换器。精密过滤器设置在离子交换器出口，拦截可能破碎的树脂颗粒。膨胀罐设置在精密过滤器出口。
所述缓冲罐连接有氮气稳压系统，所述氮气稳压系统包括氮气瓶9-1及9-2及补气电磁阀10-1及10-2，所述氮气瓶及补气电磁阀均设有备用，氮气瓶通过补气电磁阀对膨胀罐补气，可缓冲由于冷却水温度变化而引起的体积变化；
所述离子交换器连接有补水系统，所述补水系统包括通过管道连接的原水泵11、过滤器12、原水箱13、补水泵14-1及14-1、补水电动球阀15，所述补水泵设有备用，补水系统可实现对水冷系统的自动补水功能，当缓冲罐的液位低于补水泵启动液位，补水泵启动，补水电动球阀自动打开，补水至缓冲罐规定的正常液位，此时停泵、电动球阀关闭。
为了更好的实现本实用新型，所述空气冷却器2的换热管束材质采用不锈钢316L管材，翅片采用环氧树脂涂层铝片，能够抵抗海洋腐蚀环境气候，内部框架采用不锈钢316Ti，并作粉末喷涂外表面处理。一般情况下，所有空气冷却器投入运行，空气冷却器的选型应满足两个条件：（1）在极端条件下，仍能有20%的余量；（2）一台空气冷却器故障时仍能满足额定散热量的要求。在室外气温降低或换流阀负荷较小的情况下，可以首先调节空气冷却器风机运行台数，再通过变频调节风机的转速来实现对水温的精确控制。
为了更好的实现本实用新型，所述主循环回路设置有进阀温度变送器16-1、16-2及16-3；主循环回路并联有电导率测试回路，电导率测量回路设置有冷却水电导率变送器17-1、17-2及17-3；缓冲罐设置有液位变送器18-1、18-2及18-3，所述进阀温度变送器、冷却水电导率变送器和膨胀罐液位计采取“三取二”的原则，防止由于阀冷系统仪表故障导致换流阀停运。
为了更好的实现本实用新型，所述主循环回路还包括有冷却水流量变送器19-1及10-2、出阀温度变送器20-1及20-2、空气冷却器回水温度变送器21-1及21-2、出阀压力变送器22-1及22-2、进阀压力变送器23-1及23-2、主循环泵出水压力变送器24-1及24-2，膨胀罐设置有压力变送器25-1及25-2。
为了更好的实现本实用新型，所述柔性直流输电换流阀水冷系统采用冗余控制器。从而实现：对阀冷却系统的监控与保护；将柔性直流输电换流阀水冷系统的工作状况上传给主极控或站控；对柔性直流输电换流阀水冷系统进行远程控制。
空气冷却器选型：额定散热器460kW，选择3台空气冷却器。
1）3台同时工作时散热量选型计算
单台散热量154kW，3台总散热量为468kW，当空气冷却器入口温度为58℃时，出口水温为50℃＜设计额定温度52℃，余量79.5%；
2）2台工作，第三台阀门不关闭时散热量选型计算
单台散热量230kW，2台总散热量为460kW，当入口温度为62.1℃，三台混合后的出口水温温度为54℃=预警温度54℃，余量17.2%。
3）2台工作，第三台阀门关闭时散热量选型计算
单台散热量230kW，2台总散热量为460kW，当入口温度为58℃，三台混合后的出口水温为52.66℃＜预警温度54℃，余量1.3%；
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.柔性直流输电换流阀水冷系统，其特征在于：所述柔性直流输电换流阀水冷系统包括通过管道连接形成主循环回路的主循环水泵、空气冷却器、主过滤器、换流阀及脱气罐，所述脱气罐内置电加热器，所述主循环水泵及主过滤器均设有备用；
所述主循环回路还并联有水处理回路，所述水处理回路包括通过管道连接的离子交换器、精密过滤器及缓冲罐；所述离子交换器、精密过滤器及缓冲罐均设备用；所述离子交换器的出口均设置去离子水电导率变送器；
所述缓冲罐连接有氮气稳压系统，所述氮气稳压系统包括氮气瓶及补气电磁阀，所述氮气瓶及补气电磁阀均设有备用；
所述离子交换器连接有补水系统，所述补水系统包括通过管道连接的原水泵、过滤器、原水箱、补水泵及补水电动球阀，所述补水泵设有备用。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀水冷系统，其特征在于：所述主循环回路设置有进阀温度变送器；主循环回路并联有电导率测试回路，电导率测量回路设置有冷却水电导率变送器；缓冲罐设置有液位变送器。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电换流阀水冷系统，其特征在于：所述主循环回路还包括有冷却水流量变送器、出阀温度变送器、空气冷却器回水温度变送器、出阀温度变送器、出阀压力变送器、进阀压力变送器及主循环泵出水压力变送器，膨胀罐设置有压力变送器。
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