CN219570267U - 一种风电变频器环控散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电变频器环控散热系统，通过风电机舱设在风电塔筒上；变流通风装置的变流器设在风电塔筒的底部内侧；离心风扇通过导流罩与变流器连通；离心风扇的周向外侧罩体与引风管的轴向一端连通，引风管的轴向另一端与风电塔筒的筒门上部出风口连通；轴流风扇定位设在风电塔筒的筒门下部进风口上。本申请利用塔筒的烟囱效应、机舱的离心风扇和轴流风扇的加成作用，可将大量的冷气流从筒门底部吸入机组内，同时将变流器产生的热量通过离心风扇直接排放在筒门外，可实现冷气流的超长流动路线，有效降低变流器环境温度和机舱内环境温度，提高了变流器、塔筒环境的热交换效率,大大减少了变流器高温停机情况的出现。

Description

一种风电变频器环控散热系统

技术领域

本实用新型涉及电力辅助设备技术领域，具体涉及一种风电变频器环控散热系统。

背景技术

兆瓦级风力发电机组大多数地处偏远的野外高山、戈壁、浅滩地区，多数风力发电机组的核心部件都处于在风机塔筒底部和机舱内,处于较为密封的环境下。在大负荷高温期,变流器等大部件都会产生大量的热损耗,且由于多数变流器是风冷却系统，部分变流器散热风道设计不合理，散热效率差；同时塔筒门换热风扇功率小与外环境通风量不足；同时变流器顶部平台低矮，换热空间小，抑制塔筒的烟囱效应，热量不能及时散发出去，导致变流器高温季节或满载发电时频繁报变流器驱动故障、过温等故障而大面积停机，机组可利用率降低,严重影响发电量；同时持续的高温加速电子元件的老化,降低设备的使用寿命。为了有效降低变流器环境温度和降低机舱内环境温度，同时减少变流器高温停机情况，所以提出了一种风电变频器环控散热系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风电变频器环控散热系统，旨在解决现阶段变流器环境温度和降低机舱内环境温度较高，且容易出现变流器高温停机情况的技术问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种风电变频器环控散热系统，包括风电机舱、风电塔筒、变流通风装置；

所述风电机舱设在所述风电塔筒上；

所述变流通风装置包括变流器、离心风扇、引风管和轴流风扇；所述变流器设在所述风电塔筒的底部内侧；所述离心风扇通过导流罩与所述变流器连通；所述离心风扇的周向外侧罩体与所述引风管的轴向一端连通，所述引风管的轴向另一端与所述风电塔筒的筒门上部出风口连通；所述轴流风扇定位设在所述风电塔筒的筒门下部进风口上。

作为本发明的进一步改进，所述离心风扇设在所述变流器顶部，且所述离心风扇的吸风口朝上设置。

作为本发明的进一步改进，所述导流罩为述喇叭状结构。

作为本发明的进一步改进，所述导流罩的扩口端与所述变流器连通。

作为本发明的进一步改进，还设有波纹管和波纹管磁吸法兰；所述引风管的轴向外端通过所述波纹管与所述风电塔筒的筒门上部波纹管磁吸法兰连接，用于实现所述引风管的可拆卸固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述轴流风扇通过安装组件定位设在所述风电塔筒的筒门下部。

作为本发明的进一步改进，所述安装组件包括百叶窗、牛角防雨罩、过滤网和连接法兰；所述百叶窗与塔筒门上的孔连接法兰连接；所述牛角防雨罩与筒门的下孔外侧相连接；所述过滤网置于筒门的下孔内侧；所述过滤网采用尼龙钢丝网。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本申请通过在塔筒的底部设置变流通风装置，利用塔筒的烟囱效应、机舱的离心风扇和轴流风扇的加成作用，可将大量的冷气流从筒门底部吸入机组内，同时将变流器产生的热量通过离心风扇直接排放在筒门外；可实现冷气流的超长流动路线，有效降低变流器环境温度和机舱内环境温度，极大的提高了变流器、塔筒环境的热交换效率,大大减少了变流器高温停机情况的出现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的散热原理图；

图2为本实用新型的通风系统结构示意图；

图3为本实用新型的变流通风单元结构示意图；

图4为本实用新型的筒门(反面)单元结构示意图；

图5为本实用新型的筒门(正面)单元结构示意图；

图6为本实用新型的控制系统装置框图；

图7为本实用新型的温度控制单元框图；

图8为本实用新型的控制系统电气原理框图；

图中标号说明：

1、风电机舱；2、风电塔筒；21、筒门；3、变流通风装置；31、变流器；32、离心风扇；33、引风管；34、轴流风扇；4、导流罩；5、波纹管；6、波纹管磁吸法兰；7、安装组件；71、百叶窗；72、牛角防雨罩；73、过滤网；74、连接法兰；8、控制系统；81、温度控制单元；811、数显仪表；812、设定按钮；813、温控器；814、温度PT传感器；82、辅助单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合附图1至图8，对本实用新型作进一步地说明：

具体地，一种风电变频器环控散热系统，包括风电机舱1、风电塔筒2、变流通风装置3；

所述风电机舱1设在所述风电塔筒2上；

所述变流通风装置3包括变流器31、离心风扇32、引风管33和轴流风扇34；所述变流器31设在所述风电塔筒2的底部内侧；所述离心风扇32通过导流罩4与所述变流器31连通；所述离心风扇32的周向外侧罩体与所述引风管33的轴向一端连通，所述引风管33的轴向另一端与所述风电塔筒2的筒门21上部出风口连通；所述轴流风扇34定位设在所述风电塔筒2的筒门21下部进风口上。

本申请通过在塔筒的底部设置变流通风装置，利用塔筒的烟囱效应、机舱的离心风扇和轴流风扇的加成作用，可将大量的冷气流从筒门底部吸入机组内，同时将变流器产生的热量通过离心风扇直接排放在筒门外；可实现冷气流的超长流动路线，有效降低变流器环境温度和机舱内环境温度，极大的提高了变流器、塔筒环境的热交换效率,大大减少了变流器高温停机情况的出现。

进一步地，所述离心风扇32设在所述变流器31顶部，且所述离心风扇32的吸风口朝上设置，用于高效排出变流器31内大量的热。

进一步地，所述导流罩4为述喇叭状结构；所述导流罩4的扩口端与所述变流器31连通，来形成良好的流场，从而更好地将变流器31内产生的热量释放出来。

需要说明的是，所述离心风扇32的通风量L需满足：轴流风扇>2×离心风扇>2×机舱轴流风扇，来实现极大的利用塔筒的烟囱效应保证机舱的通风散热的裕量。本申请是通过对变流单元温度流场模拟仿真，将离心风扇32置于变流器31顶部，巧妙的利用离心风扇32的流场直角变向性，将竖直流动的气流经直角转弯后排放户外，从而避免因使用轴流式风扇导致风向改变降低风扇的效率；同时将高效的离心风扇32置于变流器31顶部，让其靠近发热源并利用特制的“喇叭”状导流罩4，极大的提升散热效率；同时双绕组离心风扇32的高低速切换性增加了变流器31的温控调节宽度。

进一步地，还设有波纹管5和波纹管磁吸法兰6；所述引风管33的轴向外端通过所述波纹管5与所述风电塔筒2的筒门21上部波纹管磁吸法兰6连接，用于实现所述引风管33的可拆卸固定连接，连接更加方便。

具体地，所述波纹管5上接引风管33下接波纹管磁吸法兰6，形成流畅的排风道，将热量排出塔筒内，降低风电机组的热量；所述波纹管5通过波纹管磁吸法兰6与塔筒门上孔连接法兰74连接，用于补偿塔筒门上孔与引风管33间的配合误差；所述波纹管磁吸法兰6与波纹管5连接，波纹管磁吸法兰6具有强磁性和定位性，用于与塔筒门上孔连接法兰74紧密相连，在塔筒门打开时连接分离，筒门21关闭时自动吸合，在满足开门的同时形成密闭的排风道；使用波纹管5和磁吸式连接装置，可极大的补偿引风管33和塔筒门上孔法兰间的配合偏差，自吸式的连接方式方便人员进入机组作业，结构简单，成本低廉。

进一步地，还设有控制系统8；所述控制系统8位于主控柜内，用于控制变流器31环控散热系统；所述控制系统8通过导线分别与离心风扇32、轴流风扇34、温度PT传感器814、变频器系统、主控系统相连接。

具体实施时，所述主控柜内设置有一个独立的控制系统8与机组的主控系统、变流系统进行数据交互和通信控制，控制系统8可完成整个变流器31环控散热系统的自动控制；

进一步地，所述控制系统8包括温度控制单元81和辅助单元82，温度控制单元81和辅助单元82之间通过电气回路进控制连接；所述温度控制单元81包括数显仪表811、设定按钮812、温控器813和温度PT传感器814；所述数显仪表811与温控器813连接，用于对温控器813的采集数据和参数的显示；所述设定按钮812与温控器813连接，用于对温控器813的参数和功能进行设定；所述温度PT传感器814与温控器813连接，温度PT传感器814位于变流器31的IGBT柜顶部，用于对导流罩4处的高温气流进行温度测量，反馈给温控器813,以便进行存储和逻辑运算；

优选地，所述温控器813具备多通道、高精度、PID控制、延时、回滞、数据交互等功能。

在一实施例中，所述轴流风扇34通过安装组件7定位设在所述风电塔筒2的筒门21下部。

进一步地，所述安装组件7包括百叶窗71、牛角防雨罩72、过滤网73和连接法兰74；所述百叶窗71与塔筒门上的孔连接法兰74连接，用于实现热量的排出，同时百叶窗71具有单向性，防止离心风扇32不工作时外界沙尘、雨水等的灌入；所述牛角防雨罩72与筒门21的下孔外侧相连接，用于防止雨水被吸入筒门21内；所述过滤网73置于筒门21的下孔内侧，固定于支架上可以抽取更换以便维护；所述过滤网73采用尼龙钢丝网,透气性好,结实耐用，过滤网73主要用于过滤蚊虫、沙尘等大颗粒空气污染物，防止塔筒内部以及变流器31等受到污染，可激活除尘控制进行清理。

在一实施例中，所述控制系统8用来接收温度数据、根据参数设定控制各风机的启停,同时具备温度管理监控及报警功能；所述控制系统8与变流器31进行连接,可以达到与变频器内部散热系统的协调工作,提高换热效率，从而变流器31可通过自身温度控制系统8进行温度自调节。

进一步地，所述控制系统8与通过网络接线与主控系统进行连接，同时依靠以风电机组主控系统为核心自身建立的网络通讯，就有关数据进行交互，主控系统可将控制系统8所采集的温度、风扇状态等数据进行远传，在集控中心SCADA远程监控系统界面进行显示和预警，同时可进行远程参数和功能的设定。

进一步地，变频器柜门滤棉采用成蜂窝状聚氨酯海绵,确保过滤粉尘的同时兼顾透气性，可拆下清洗，并且通过风电变频器环控散热系统进行反吹清灰，其维护简单，成本低廉。

需要说明的是，本装置对风电变频器的通风单元系统进行优化改进,极大的提高了变流器31、塔筒环境的热交换效率,有效解决了变流器31高温停机问题；同时协同控制可有效降低机舱温度，提高发电机、齿轮箱的散热效率，有效延缓设备的老化进度,延长使用寿命,降低故障率和维护成本，并且自动化除尘控制可降低维护成本，另外智能化的控制策略可极大降低散热所需损耗电量，降低厂用电率。

在具体实施时，本装置的控制策略包括离心风扇32启停控制、调速控制、平滑控制、保护控制以及协同控制、远程控制、除尘控制策略；所述离心风扇32启停控制，即“并网信号+独立温度”控制，用于控制风扇的启停温度，达到及时响应和节能降耗的目的，切实降低厂用电率，并网信号取自主控系统，利用机组并网信号来激活相关的温控策略，降低风扇启动时间，提高风扇的使用寿命，独立温度控制是指离心风扇32和轴流风扇34之间相对独立；所述调速控制，控制中心位于辅助单元82，即通过温升梯度信号的设定利用接触器回路的设计对风扇进行高低速调节，调速跨度较大，属于温控粗调；所述平滑控制，即PID控制算法，控制中心位于温控器813内部，是基于温控器813的启动温度和回滞温度等参数，通过实时温度触发启动时刻进行调节，平滑控制通常协同调速控制保证温度的平滑控制，防止风扇频繁启停，满足温控精调的要求；所述保护控制，控制中心位于风扇内部，即离心风扇32和轴流风扇34都具备PTC过温保护功能，用于保护和监测风扇运行情况，触发高温报警信号，方便维护人员检修；所述协同控制，控制中心位于主控柜，即通过机舱温度信号对塔筒门轴流风扇34进行控制，当机舱温度较高时齿轮箱、发电机的换热效率极大的降低，导致机组出现故障并加速电气老化，通过塔筒门轴流风扇34和机舱轴流风扇34协同控制，提高机舱空气循环速率，降低机舱温度；所述远程控制，控制中心位于远程SCADA系统，即通过SCADA系统对温度进行监测，同时可实现对控制系统8的参数进行设定和相关的控制。

需要说明的是，变流环控散热系统以变流器31的启动和实时运行温度为依据，通过智能化控制系统8的布置和最优控制策略并协同变流器31自身散热系统进行工作，增加了温控调节的精度，使变流环控散热系统工作在最经济范围内，这样能降低风电机组自耗电,另外还可以提高环控散热系统的效率,延长设备使用寿命；在对变流器31温度进行控制的同时，协同控制策略可对机舱温度进行调节，提高机舱的换热效率，抑制部件的加速老化，提高机组使用寿命，具备一定的技术前瞻性，具有良好的市场应用前景。

本申请中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种风电变频器环控散热系统，其特征在于：包括风电机舱、风电塔筒、变流通风装置；

所述风电机舱设在所述风电塔筒上；

所述变流通风装置包括变流器、离心风扇、引风管和轴流风扇；所述变流器设在所述风电塔筒的底部内侧；所述离心风扇通过导流罩与所述变流器连通；所述离心风扇的周向外侧罩体与所述引风管的轴向一端连通，所述引风管的轴向另一端与所述风电塔筒的筒门上部出风口连通；所述轴流风扇定位设在所述风电塔筒的筒门下部进风口上。

2.根据权利要求1所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：所述离心风扇设在所述变流器顶部，且所述离心风扇的吸风口朝上设置。

3.根据权利要求1所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：所述导流罩为述喇叭状结构。

4.根据权利要求1所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：所述导流罩的扩口端与所述变流器连通。

5.根据权利要求1所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：还设有波纹管和波纹管磁吸法兰；所述引风管的轴向外端通过所述波纹管与所述风电塔筒的筒门上部波纹管磁吸法兰连接，用于实现所述引风管的可拆卸固定连接。

6.根据权利要求1所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：所述轴流风扇通过安装组件定位设在所述风电塔筒的筒门下部。

7.根据权利要求6所述的风电变频器环控散热系统，其特征在于：所述安装组件包括百叶窗、牛角防雨罩、过滤网和连接法兰；所述百叶窗与塔筒门上的孔连接法兰连接；所述牛角防雨罩与筒门的下孔外侧相连接；所述过滤网置于塔筒门的下孔内侧；所述过滤网采用尼龙钢丝网。