CN211457784U - 用于vbe系统的降温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于VBE系统的降温装置，光发射板上所设的MOS管表面安装有散热器，散热器由水道串接，相邻的三块光发射板的水道串接起来，水道的头尾分别形成进水管路和出水管路，屏柜底部设有散热箱，进水管路和出水管路贯穿屏柜的底部进入散热箱，并分别连接到进水汇流管和出水汇流管，进水汇流管的一端和出水汇流管的一端连接起来，进水汇流管的另一端通过散热管连接到泵组的输出端，出水汇流管的另一端通过散热管连接到泵组的输入端，散热箱的两侧箱壁设有通风孔，散热箱的箱壁正面设有风扇。本实用新型的有益效果是：散热器直达光发射板内部，直奔产生大量热量的“元凶”MOS管，从根本上解决光发射板发热问题。

Description

用于VBE系统的降温装置

技术领域

本实用新型涉及高压直流输电控制系统领域，尤其涉及一种用于VBE系统的降温装置。

背景技术

VBE系统(Valve Base Electronics)是高压直流输电换流阀系统的控制系统，简称“阀控系统”。高压直流输电中，VBE系统承担着直流极控系统和换流阀之间“桥梁”的作用，通过VBE系统来实现极控控制信号的下发，实现换流阀监视信号的反馈，最终实现换流阀的控制功能，从而完成高压直流输电的控制。现有VBE系统中，每套系统有3个屏柜，每个屏柜中有2个VBE层架，如图1所示，A1～A6即为一套VBE系统中的6个VBE层架。每个层架有2块CPU板、6块光发射板、12块光接收板、1块编程板、2块RPU板构成。

目前VBE系统主要存在以下问题：

(1)VBE系统散热效果差

VBE系统屏柜在设计之初，仅在屏柜前后设置散热风扇，并在屏柜内部层架间设置导流板引导风向流动进行散热，屏柜内部层架间并无其他散热设备，因此整套系统散热效果有限。

(2)光发射板故障率高，严重影响直流电网运行。

统计发现，VBE系统中故障率最高的板卡为光发射板，故障原因主要长时间处于高温运行状态零件寿命缩短，虽然在设计时为“三取二”冗余，一旦发生单块光发射板卡故障，设备变失去冗余，运行风险增加，因此需及时对其进行更换处理。但带电作业更换光发射板的过程风险较高，一般采用降低直流功率或直流停电对其进行更换，因此光发射板的故障对直流电力功率的输送造成严重影响。

因此VBE系统中光发射板故障频繁，不仅给直流输电运维带来极大麻烦，也给直流输电稳定运行造成非常大的影响。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种用于VBE系统的降温装置，主要解决VBE系统中光发射板发热量巨大而导致直流电网故障的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种用于VBE系统的降温装置，光发射板上所设的MOS管表面安装有散热器，所述散热器由水道串接，相邻的三块所述光发射板的水道串接起来，所述水道的头尾分别形成进水管路和出水管路，屏柜底部设有散热箱，所述进水管路和出水管路贯穿所述屏柜的底部进入所述散热箱，并分别连接到进水汇流管和出水汇流管，所述进水汇流管的一端和出水汇流管的一端连接起来，所述进水汇流管的另一端通过散热管连接到泵组的输出端，所述出水汇流管的另一端通过散热管连接到所述泵组的输入端，所述散热箱的两侧箱壁设有通风孔，散热箱的箱壁正面设有风扇。

在一些实施方式中，所述散热器为金属贴片或导热硅胶片。

在一些实施方式中，所述散热器的内部采用连续的S型水道。

在一些实施方式中，所述散热器的外表面涂抹绝缘胶。

在一些实施方式中，所述散热管为翅片盘管或铜制盘管。

在一些实施方式中，所述泵组包括至少两个水泵，两个所述水泵的输出端并联后连接到进水汇流管，两个所述水泵的输入端并联后连接到出水汇流管。

在一些实施方式中，所述风扇至少设有两个。

本实用新型的有益效果为：

1.散热器直达光发射板内部，直奔产生大量热量的“元凶”MOS管，从根本上解决光发射板发热问题，相比起VBE原生系统仅有的屏柜风扇进行散热，VBE系统使用本实用新型后散热效率得到根本性提高。同时，通过各组件的有效降温可延长光发射板使用寿命，大幅减少该类备品备件采购次数及数量，节省支出，可有效减少直流输电系统年度停电小时数，增强直流输电稳定性，增强居民及工业用电稳定性。

2.散热器的内部采用连续的S型水道，增大了水道和散热器之间的接触面积，提升散热效果。

3.散热管为翅片盘管或铜制盘管,增大了散热管和空气之间的接触面积，提升散热效果。

4.风扇和水泵均为两只以上，增强了风扇和水泵的冗余度，增强VBE系统运行稳定性。

附图说明

图1为VBE系统的主视图；

图2为本实用新型用于VBE系统的降温装置的立体图；

图3为图2沿B线范围内的局部放大图；

图4为本实用新型光发射板的立体图；

图5为图4沿A线范围内的局部放大图；

图6为本实用新型散热箱内部结构的立体图；

图7为本实用新型泵组和散热管的立体图。

其中：1-屏柜，101-光发射板，102-层架，2-MOS管，3-散热器，4-水道，5-进水管路，6-出水管路，7-散热箱，8-进水汇流管，9-出水汇流管，10-散热管，11-泵组，111-输出端，112-输入端，12-通风孔，13-风扇。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

研究发现，在VBE系统正常运行期间，通过红外测温发现层架102外部光发射板101附近温度在50℃以上，甚至有的测温点温度高达70℃，VBE系统层架102中光发射板101发热量最大，更具体地，发现光发射板101上的MOS管2发热量最大，从而导致光发射板101在长时间运行后，内部元器件损耗加快，故障发生率变高。

根据图2-7所示,本实施例提出了一种用于VBE系统的降温装置，光发射板101上所设的MOS管2表面安装有散热器3，所述散热器3由水道4串接，相邻的三块所述光发射板1的水道4串接起来，所述水道4的头尾分别形成进水管路5和出水管路6，屏柜1底部设有散热箱7，所述进水管路5和出水管路6贯穿所述屏柜1的底部进入所述散热箱7，并分别连接到进水汇流管8和出水汇流管9，所述进水汇流管8的一端和出水汇流管9的一端连接起来，所述进水汇流管8的另一端通过散热管10连接到泵组11的输出端111，所述出水汇流管9的另一端通过散热管10连接到所述泵组11的输入端112，所述散热箱7的两侧箱壁设有通风孔12，散热箱7的箱壁正面设有风扇13。散热器3直达光发射板101内部，直奔产生大量热量的“元凶”MOS管2，从根本上解决光发射板101发热问题，相比原有系统仅有屏柜风扇进行散热，散热效率得到根本性提高。同时，通过有效降温，可延长光发射板101使用寿命，大幅减少该类备品备件采购次数及数量，节省支出，可有效减少直流输电系统年度停电小时数，增强直流输电稳定性，增强居民及工业用电稳定性。

从图2、图3可见，所述屏柜1上安装有两个层架102，每个所述层架102上都有六块光发射板101，每块光发射板101上有六个MOS管2。由于每三块光发射板101作为一组共同运行的缘故，所述进水管路5从位于左边第一块光发射板101的上部进入，继而水道4将六个安装在MOS管2上的所述散热器3串接起来，最后水道4从左边第一块光发射板101的下部贯穿而出，同理，水道4继续进入第二块和第三块光发射板101，然后通过出水管路6将从MOS管2吸收的热量带走，通过与图3、图4相结合，并且通过图中的箭头指向，可以很清楚地得知水道4是如何将相邻三块的光发射板101进行串接的；同理，图3左起第四到六块的光发射板101的水道4排布也和前三块光发射板101的水道4排布相同，最终每一个层架102都会延伸出两条进水管路5和两条出水管路6，两个层架102则会有四条进水管路5和四条出水管路6(共八条)进入到所述散热箱7，水流于散热箱7内进行散热并循环，而上述的四条进水管路5和四条出水管路6经过屏柜1的前部进入到屏柜1的内部，再从屏柜1的内部进入到所述散热箱7。当然，其中，水道4的排布方式可以灵活变通，譬如开始从左起第三块光发射板101进入，再从左起第一块光发射板101贯穿而出。所述进水管路5和出水管路6于屏柜1内部的走向并非重点，故不作具体描述。当三块光发射板101的其中一块出现故障的时候，其余两块也能够正常工作，而采用每三块光发射板101为一组的冷却策略的原因在于，假设将六块光发射板101的水道4一次性地串联，那么在极端状态下，水流极有可能在第三或第四块光发射板101处的温度就会升得很高，接下来要经过的光发射板101则有可能没有得到很好的降温效果。

从图4、图5可见，所述光发射板101上设有一排连续六个的MOS管2，六个所述MOS管2通过散热器3以及水道4的连接彼此之间成为串接关系，再结合三块光发射板101的串接关系，可以得知本实用新型一条水道4承担了3*6＝18个MOS管2的散热责任，水道4中的水温上升得很快，过多的串接令到降温能力下降，而过少的串接则令到设备内部的单条水道4过多，经试验，水道4串接18个MOS管2时散热效果与水道设置数量较均衡。

所述散热器3可以是任何导热性能优秀的材料，能够快速地将所述MOS管2上的热量迅速吸收的材料，优选地，所述散热器3为金属贴片或导热硅胶片。更进一步地，所述金属贴片为密封式，能够防止金属贴片渗水，所述金属贴片的尺寸与MOS管2的尺寸相当，使其紧密贴于MOS管2之上，增大了所述金属贴片和MOS管2之间的接触面积。所述水道4为不锈钢，不锈钢的导热性能优秀，而且不会锈蚀、材料性质稳定，不容易出现故障。通过金属贴片式设计的散热器3，迅速将光发射板101中发热最高的MOS管2的热量带走，有效降低光发射板101的运行温度，使其可以长期运行于最佳温度区间，增强光发射板101运行稳定性。

所述散热器3的内部采用连续的S型水道。目的为增大水道4和散热器3之间的接触面积，提升散热效果。

所述散热器3的外表面涂抹绝缘胶，一方面增强散热器3的稳定性，另一方面防止散热器3与层架2中其他板卡发生绝缘距离不足而放电问题。

所述散热管10为翅片盘管或铜制盘管。目的为增大散热管10和空气之间的接触面积，提升散热效果。翅片盘管和空气之间的接触面积更大，而单纯以材质论述，则铜制盘管的散热能力更强，技术人员可以自行选择合适的盘管。

由图7可以看出，进水汇流管8和出水汇流管9的直径要比进水管路5和出水管路6的直径要大，起汇流的作用；进水汇流管8和出水汇流管9为直线或曲线状的不锈钢管，设置角度与地面平行，所述进水汇流管8和出水汇流管9对水流汇集、缓冲，使所有管路中内冷水更加稳定、均匀。

所述泵组11包括至少两个水泵，两个所述水泵的输出端并联后连接到进水汇流管8，两个所述水泵的输入端并联后连接到出水汇流管9，两个所述水泵的参数应当尽量一致，两个水泵正常工作时以一半的额定功率运行，当其中一只水泵出现故障后，另外一只水泵以额定功率运行。泵组11内的水泵数量还可以根据需求继续增加，以增强水泵的冗余度，增强系统运行稳定性。

所述风扇13至少设有两个，两个所述风扇13的参数应当尽量一致，两个风扇13正常工作时以一半的额定功率运行，当其中一只风扇13出现故障后，另外一只风扇13以额定功率运行。风扇13数量还可以根据需求继续增加，以增强风扇13的冗余度，增强系统运行稳定性。

工作原理：所述泵组11的输出端111通过散热管10连接到进水汇流管8，并且向进水汇流管8输送冷水，所述进水汇流管8的冷水进入到所述进水管路5，进水管路5内的冷水由于水泵压力的作用持续进入到散热器3，所述散热器3将MOS管2上的大量热量吸收，水流通过水道4将六个串接的散热器3的热量带走，水温升高，然后水流同样地通过水道4带走另外两块光发射板101上共十二个散热器3的热量，出水管路6将热水输送到出水汇流管9，所述出水汇流管9通过散热管10以及输入端112回到泵组11，形成水循环。水循环期间，旋转状态的风扇13产生气流将散热管10的热量从散热箱7排出，同时从散热箱7两侧箱壁的通风孔12补充空气，保持散热箱7内外气压一致。

一次完整的水循环，完成两次热交换，第一次热交换发生在散热器3与MOS管2之间，由散热器3将热量带进内循环的水中，第二次热交换发生在散热箱7中，由风扇13将散热管10中的热量带至大气中，通过两次热交换将VBE系统光发射板101的内部热量带走。封闭水源不断循环，完成VBE系统中光发射板101的连续散热，从而使板卡运行在最佳温度区间内，保障板卡内部元器件的稳定。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于VBE系统的降温装置，其特征在于：光发射板(101)上所设的MOS管(2)表面安装有散热器(3)，所述散热器(3)由水道(4)串接，相邻的三块所述光发射板(101)的水道(4)串接起来，所述水道(4)的头尾分别形成进水管路(5)和出水管路(6)，屏柜(1)底部设有散热箱(7)，所述进水管路(5)和出水管路(6)贯穿所述屏柜(1)的底部进入所述散热箱(7)，并分别连接到进水汇流管(8)和出水汇流管(9)，所述进水汇流管(8)的一端和出水汇流管(9)的一端连接起来，所述进水汇流管(8)的另一端通过散热管(10)连接到泵组(11)的输出端(111)，所述出水汇流管(9)的另一端通过散热管(10)连接到所述泵组(11)的输入端(112)，所述散热箱(7)的两侧箱壁设有通风孔(12)，散热箱(7)的箱壁正面设有风扇(13)。

2.如权利要求1所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述散热器(3)为金属贴片或导热硅胶片。

3.如权利要求1或2所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述散热器(3)的内部采用连续的S型水道。

4.如权利要求1所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述散热器(3)的外表面涂抹绝缘胶。

5.如权利要求1所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述散热管(10)为翅片盘管或铜制盘管。

6.如权利要求1所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述泵组(11)包括至少两个水泵，两个所述水泵的输出端并联后连接到进水汇流管(8)，两个所述水泵的输入端并联后连接到出水汇流管(9)。

7.如权利要求1所述的用于VBE系统的降温装置，其特征在于：所述风扇(13) 至少设有两个。

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