CN213402790U - 一种风电变流器散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变流器技术领域，公开一种风电变流器散热装置。该风电变流器散热装置包括风冷外机、风冷内机和热交换器，风冷外机设置于机舱内并位于变流器的外部，风冷外机包括外机壳体和制冷组件，制冷组件设置于外机壳体内；风冷内机固设于变流器的内部，风冷内机通过制冷剂管道与制冷组件连通形成制冷剂循环回路，且风冷内机上设置有进风口和出风口，风冷内机用于对变流器的内部吹风散热；热交换器设置于机舱外用于对变流器冷却散热，热交换器通过冷却水管道并联于制冷组件用于与制冷组件换热。该风电变流器散热装置能在不破坏变流器的原有结构和密封性的基础上，提高散热效率，延长变流器内的零部件寿命。

Description

一种风电变流器散热装置

技术领域

本实用新型涉及变流器技术领域，尤其涉及一种风电变流器散热装置。

背景技术

风电变流器在使用过程中会频繁发生柜内核心零部件温度过高的情况。当外界环境达到40多度，机舱温度更是接近50℃，风电机组机舱变流器正常工作时的内部温度达到60多度，内外温差不大，导致柜内温度很难下降。风电变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备，一般的1500KW容量变流器，功率损耗达到十几千瓦，内部主要的发热部件有IGBT模组、电抗器、滤波板等，每一个部件相应的有温度传感器实时检测部件运行温度。当在相对密闭的柜内，一旦散热装置无法有效地将系统热量带走，柜内环境温度将逐渐升高，直到温度达到临界报警值，最终机组报高温停止运行，长期的高温运行导致变流器关键零部件提前老化，寿命大幅缩短。现有技术中对变流器的散热主要采用热交换器水冷的方式，或者直接在机舱内加装空调散热，散热效果不理想，甚至直接在变流器内部加装空调，破坏了变流器内部原有设备结构和密封性。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种风电变流器散热装置，能在不破坏变流器的原有结构和密封性的基础上，提高散热效率，延长变流器内的零部件寿命。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种风电变流器散热装置，包括：

风冷外机，设置于机舱内并位于变流器的外部，所述风冷外机包括外机壳体和制冷组件，所述制冷组件设置于所述外机壳体内；

风冷内机，固设于所述变流器的内部，所述风冷内机通过制冷剂管道与所述制冷组件连通形成制冷剂循环回路，且所述风冷内机上设置有进风口和出风口，所述风冷内机用于对所述变流器的内部吹风散热；

热交换器，设置于所述机舱外用于对所述变流器冷却散热，所述热交换器通过冷却水管道并联于所述制冷组件用于与所述制冷组件换热。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述制冷组件包括：

串联于所述制冷剂循环回路中的压缩机、冷凝器、过滤器和电子膨胀阀，所述风冷内机连接于所述电子膨胀阀和所述压缩机之间，所述热交换器通过冷却水管道并联于所述冷凝器以与所述冷凝器换热。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述风冷内机包括：

内机壳体、风扇和制冷剂管排，所述内机壳体固设于所述变流器的柜门内侧，所述风扇和所述制冷剂管排均设置于所述内机壳体中，所述制冷剂管排串联设置于所述制冷剂管道中，所述内机壳体上设置有所述进风口和所述出风口。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述外机壳体上设置有制冷剂进口、制冷剂出口、冷却水进口和冷却水出口，所述制冷剂管道分别连通于所述制冷剂进口和所述制冷剂出口，所述冷却水管道分别连通于所述冷却水进口和所述冷却水出口。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述内机壳体呈扁平长方体状。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述制冷剂管道为铜管，且所述制冷剂管道的外壁包裹设置有保温隔热层。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述冷却水管道为胶管。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述冷凝器呈“M”形。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述冷凝器上涂覆有纳米涂层。

作为一种风电变流器散热装置的优选方案，所述制冷剂管道中流通有制冷剂，所述制冷剂为R22阻燃型氟利昂。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种风电变流器散热装置，包括风冷外机、风冷内机和热交换器，风冷外机包括外机壳体以及设置于外机壳体内的制冷组件，风冷内机通过制冷剂管道与制冷组件连通形成制冷剂循环回路，且风冷内机上设置有进风口和出风口，设置于机舱外的热交换器还通过冷却水管道并联于制冷组件。通过将风冷外机和风冷内机采用分体式设计，保证轻便美观的同时对变流器结构的改动较小，不会破坏变流器的原有结构和密封性，不干涉原变流器内部各零部件的布置，并通过合理计算变流器内的发热量，控制风冷外机的制冷量，使得变流器持续正常工作，提高风电机组的发电效率；风冷外机通过制冷剂管道为风冷内机提供低温制冷剂，低温制冷剂与热空气换热，降温后的冷空气经由风冷内机上的出风口对变流器内部吹风散热，经过风冷内机后升温的制冷剂沿制冷剂循环回路回到制冷组件中，热交换器不仅为变流器内部的零部件进行冷却散热还为制冷组件中的高温制冷剂进行冷却散热，使得在不破坏变流器的原有结构和密封性的基础上，提高散热效率，延长变流器内的零部件寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的风电变流器散热装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的风电变流器散热装置的制冷原理示意图；

图3是本实用新型实施例提供的风电变流器散热装置的风冷内机的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的风电变流器散热装置的风冷外机的结构示意图。

图中：

100-制冷剂管道；200-冷却水管道；

1-风冷外机；11-外机壳体；12-压缩机；13-冷凝器；14-过滤器；15-电子膨胀阀；111-制冷剂进口；112-制冷剂出口；113-冷却水进口；114-冷却水出口；115-排水口；

2-风冷内机；21-进风口；22-出风口；23-内机壳体；24-风扇；

3-热交换器；4-电源开关；5-触摸显示屏；6-高压表；7-低压表。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供一种风电变流器散热装置，该风电变流器散热装置包括风冷系统和水冷系统，将风冷系统与水冷系统并联设置，使得风冷系统发生故障时，水冷系统依旧可以有效运行，保障该风电变流器散热装置的散热效果。具体地，如图1至图3所示，风冷系统包括风冷外机1和风冷内机2，风冷外机1设置于机舱内并位于变流器的外部，风冷外机1包括外机壳体11以及设置于外机壳体11内的制冷组件和控制电路，风冷内机2固设于变流器的内部，风冷内机2与制冷组件通过制冷剂管道100连通形成制冷剂循环回路，且风冷内机2上设置有进风口21和出风口22，风冷内机2用于对变流器内部吹风散热。水冷系统包括热交换器3，优选为空冷热交换器，热交换器3连通于变流器内部的水冷盘管用于对变流器冷却散热，由于热交换器3对变流器内部的零部件进行散热属于现有技术，在此不再赘述，热交换器3还通过另接冷却水管道200并联于制冷组件用于与制冷组件换热，冷却水管道200优选为胶管。制冷剂管道100中流通有制冷剂，制冷剂优选为R22阻燃型氟利昂，保证机组运行安全，提高消防等级。

通过将风冷外机1和风冷内机2采用分体式设计，即只将风冷内机2固设于变流器的内部，保证轻便美观的同时对变流器结构的改动也较小，不干涉原变流器内设备的布置，既节省了改装成本，也不影响变流器的密封性，并通过合理计算变流器内的发热量，控制风冷外机1的制冷量，使得变流器持续正常工作，提高风电机组的发电效率；变流器外的风冷外机1通过制冷剂管道100为变流器内的风冷内机2输送低温制冷剂，低温制冷剂与从进风口21进入的热空气进行换热，使得热空气温度降低，降温后的冷空气通过风冷内机2上的出风口22向变流器内部吹出，使得变流器内温度降低；制冷剂经过风冷内机2后升温并回到制冷组件中，热交换器3通过冷却水管道200与制冷组件中的制冷剂进行热交换对制冷剂进行降温，降温后的低温制冷剂再次回到风冷内机2中与热空气换热，热交换器3带走的热量在机舱外转移至自然环境中散失。优选地，风冷外机1的外机壳体11采用金属材料制成，且具有较宽的温度使用范围，使风冷外机1能够在50℃-60℃的环境温度下工作，同时工作时产生的噪音较小，具有较强的抗震性能。

如图2所示，制冷组件包括依次串联于制冷剂循环回路中的压缩机12、冷凝器13、过滤器14和电子膨胀阀15，风冷内机2连通于压缩机12和电子膨胀阀15之间，热交换器3通过冷却水管道200并联于冷凝器13以与冷凝器13中的制冷剂换热。在该结构下，经过冷凝器13降温后的制冷剂流经过滤器14和电子膨胀阀15流入风冷内机2中为风冷内机2提供冷量，从进风口21进入的热空气与制冷剂换热后经由出风口22向变流器内部吹送冷风，换热后的制冷剂流入冷凝器13中与冷却水管道200中的冷却水进行换热冷却，以便在制冷剂循环回路中循环利用，冷却水将制冷剂的热量带走并经过热交换器3转移至自然环境中。

为了提高换热效率，冷凝器13呈“M”形并设置有大面积的散热翅片，能够增加换热面积约10％，且冷凝器13上涂覆有纳米涂层，降温效果更稳定。本实施例中，压缩机12采用热泵压缩机，使得压缩机12能够在高温工况下使用，且压缩机12配置有避震管用于避免风电机组工作时产生的震动。优选地，制冷剂管道100为加厚铜管，且铜管外包覆有保温隔热层，以提高制冷剂管道100的隔热性，从而提高制冷效率。

如图3所示，风冷内机2包括内机壳体23、风扇24和制冷剂管排，内机壳体23固设于变流器的柜门内侧，风扇24和制冷剂管排均设置于内机壳体23中，风扇24优选为轴流风扇24，制冷剂管排串联设置于制冷剂管道100中，进风口21和出风口22设置于内机壳体23上。具体地，内机壳体23上开设有螺栓孔位，内机壳体23通过螺栓固定设置于变流器的柜门内侧。风冷内机2通过风扇24从进风口21抽入高温空气，制冷剂管道100中的制冷剂流入制冷剂管排中与高温空气换热，降温后的冷空气从出风口22排出进入到变流器的柜体内，对变流器柜体内的器件散热降温。

优选地，内机壳体23呈扁平长方体状，占用面积较小，易于固定于变流器的柜门侧壁，不改变原有变流器的内部结构。本实施例中，制冷剂管排为呈“蛇”形的铜管排，“蛇”形铜管排分布于内机壳体23中，增加换热面积，提高换热效率，当然，在其它实施例中，制冷剂管排也可以呈其它任何能够增加换热面积的形状。

如图4所示，外机壳体11上设置有电源开关4和触摸显示屏5，用于控制风冷外机1的启动和关闭，且风冷外机1上还配置有高压力表6和低压力表7，实时显示制冷剂管道100和冷却水管道200中的压力值。为了保证风电变流器散热装置的密封性，避免受到自然环境的影响，外机壳体11和内机壳体23均采用金属材料制成并采用户外专用喷粉进行钣金静电吸附喷涂，并采用全封箱体设计，避免灰尘和烟雾等杂质进入。同时，外机壳体11上开设有制冷剂进口111、制冷剂出口112、冷却水进口113、冷却水出口114和排水口115，制冷剂管道100分别连通于制冷剂进口111和制冷剂出口112，冷却水管道200分别连通于冷却水进口113和冷却水出口114。排水口115用于排出风冷外机1中的冷凝水。

进一步地，该风电变流器散热装置具有人机交互界面，操作方便，且其控制电路采用单片机控制电路并装备有RS485通讯系统，能够远程控制和报警输出，提高安全稳定性。该风电变流器散热装置还具有安全控制系统，其保护装置齐全，包含超温、低液位、缺煤、缺相、逆向、过载、压力保护等装置。该风电变流器散热装置能够根据外部环境温度和变流器的温度自动启停，同时还具备远程控制功能。由于制冷系统的控制电路以及保护装置均为现有技术，在此不再一一赘述。

风电机组在大风时间运行时，变流器柜内发热零部件功率损耗比较大，产热量较多，当外部环境温度在40度以上，机舱外的热交换器3没有足够的温差满足散热需要。因此，在水冷系统的基础上加装该风电变流器散热装置，通过在变流器柜体内置一个风冷内机2单独为变流器内部器件进行降温，制冷组件通过原水冷系统进行散热，最后实现变流器局部环境温度降低。该风电变流器散热装置造价较低，同时在对原散热系统的影响较小的情况下将变流器柜内温度降低5℃-10℃，使得变流器器件能够在临界温度以下运行，延长器件的寿命，具有可推广性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种风电变流器散热装置，其特征在于，包括：

风冷外机(1)，设置于机舱内并位于变流器的外部，所述风冷外机(1)包括外机壳体(11)和制冷组件，所述制冷组件设置于所述外机壳体(11)内；

风冷内机(2)，固设于所述变流器的内部，所述风冷内机(2)通过制冷剂管道(100)与所述制冷组件连通形成制冷剂循环回路，且所述风冷内机(2)上设置有进风口(21)和出风口(22)，所述风冷内机(2)用于对所述变流器的内部吹风散热；

热交换器(3)，设置于所述机舱外用于对所述变流器冷却散热，所述热交换器(3)通过冷却水管道(200)并联于所述制冷组件用于与所述制冷组件换热。

2.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述制冷组件包括：

串联于所述制冷剂循环回路中的压缩机(12)、冷凝器(13)、过滤器(14)和电子膨胀阀(15)，所述风冷内机(2)连接于所述电子膨胀阀(15)和所述压缩机(12)之间，所述热交换器(3)通过所述冷却水管道(200)并联于所述冷凝器(13)以与所述冷凝器(13)换热。

3.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述风冷内机(2)包括：

内机壳体(23)、风扇(24)和制冷剂管排，所述内机壳体(23)固设于所述变流器的柜门内侧，所述风扇(24)和所述制冷剂管排均设置于所述内机壳体(23)中，所述制冷剂管排串联设置于所述制冷剂管道(100)中，所述内机壳体(23)上设置有所述进风口(21)和所述出风口(22)。

4.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述外机壳体(11)上设置有制冷剂进口(111)、制冷剂出口(112)、冷却水进口(113)和冷却水出口(114)，所述制冷剂管道(100)分别连通于所述制冷剂进口(111)和所述制冷剂出口(112)，所述冷却水管道(200)分别连通于所述冷却水进口(113)和所述冷却水出口(114)。

5.根据权利要求3所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述内机壳体(23)呈扁平长方体状。

6.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述制冷剂管道(100)为铜管，且所述制冷剂管道(100)的外壁包裹设置有保温隔热层。

7.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述冷却水管道(200)为胶管。

8.根据权利要求2所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述冷凝器(13)呈“M”形。

9.根据权利要求2所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述冷凝器(13)上涂覆有纳米涂层。

10.根据权利要求1所述的风电变流器散热装置，其特征在于，所述制冷剂管道(100)中流通有制冷剂，所述制冷剂为R22阻燃型氟利昂。

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