一种大容量海上风电变流器水冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及海上风电变流器冷却系统技术领域，特别是涉及一种大容量海上风电变流器水冷系统。


背景技术：

2.变流器作为风电机组中将电能回馈至电网的关键控制设备，对并网风电机组的电能质量以及安全稳定性具有重要的意义，而风电变流器设计中igbt（insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管）绝缘栅双极型晶体管的散热设计非常关键。igbt模块在开通和关断过程中会产生较高的开关损耗和通态损耗，功率器件损耗功率以热量的方式转化并积累。特别是大容量海上风电变流器作为风电机组的核心部件将承受的更大的电流以及电压冲击，功率元件的发热量将大大提高，高温将直接影响到变流器内部核心部件的使用寿命，同时也会增加变流器发生故障的概率。变流器内部结构复杂，一旦出现故障，维护非常困难且费用昂贵。大风满负荷运行时，变流器扼流线圈温度容易越过高限，触发风机故障停机，进而增加故障引起的损失电量，减少了风机的总发电量，降低了风电场经济效率。
3.现有技术中，提出了公开号为cn102437716a，公开日为2012年05月02日的中国发明专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种低温型风力发电机组变流器水冷装置，包括串联成回路的主主循环水泵、电动三通阀、空气散热器、主过滤器、变流器及脱气罐，所述主主循环水泵、电动三通阀、主过滤器及脱气罐集合与一个柜体，所述柜体内置有加热器，本发明还公开了该水冷装置的控制系统，包括主主循环水泵、电动三通阀及空气散热器风机的控制，还包括柜内加热器的控制，主主循环水泵停运且进阀温度小于较低设定温度时，柜内加热器启动；主主循环水泵运行或进阀温度大于较高设定温度，柜内加热器停止，本发明提供的水冷装置能够在环境温度
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40℃的场合应用。
4.上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：
5.（1）该水冷装置与变流器是一体结构，两者无法分离，不便于检修，并且检修不安全，变流器水冷系统中的冷却介质容易被污染。
6.（2）该水冷装置无法适用于大容量海上风电变流器，并且该水冷装置的压力的稳定性和持久性无法保证。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种大容量海上风电变流器水冷系统，能有效解决检修不方便和变流器水冷系统中的冷却介质容易被污染的问题，并且能有效保证本系统压力的稳定性和持久性。
8.本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：
9.一种大容量海上风电变流器水冷系统，其特征在于：包括变流器内部循环冷却水管路、变流器外部循环水管路和板式换热器，所述板式换热器的内侧与变流器内部循环冷
却水管路相连，板式换热器的外侧与变流器外部循环水管路相连；所述变流器外部循环水管路包括串联成回路的空气散热器组、脱气罐和主循环水泵；所述脱气罐还连接有两个并联设置的膨胀罐，所述膨胀罐上还分别设有排气阀。
10.所述空气散热器组包括两台并联设置的空气散热器。
11.所述变流器外部循环水管路上还设有主循环过滤器。
12.所述主循环水泵上还设置有手动排气阀。
13.还包括控制设备，所述控制设备包括可编程控制器、电源转换模块、触摸屏、继电器、断路器、端子排和空气开关。
14.还包括冷却控制柜，所述控制设备和变流器外部循环水管路一体集成在冷却控制柜中，通过隔板将两者分隔。
15.所述脱气罐与膨胀罐之间通过软管连接。
16.所述空气散热器的顶部设置有自动排气阀。
17.所述空气散热器包括芯体与风室，所述芯体与风室之间利用海绵条进行密封。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：
19.1、本实用新型中，变流器内部循环冷却水管路和变流器外部循环水管路是两个独立的循环结构，通过板式换热器将两者联系在一起。首先，可以提高设备维护检修的效率。由于变流器属于高压设备，如果水冷系统出现故障维护，该结构方式既可提高安全性，又能提高设备维护便捷性。其次，海上风电变流器水冷系统冷却介质为去离子水，变流器要求冷却介质的导电率不能高于0.5
µ
s/cm，采用内外循环降低在维护过程中对介质的污染。最后，由于大容量海上风电变流器发热量大，板式换热器能提高散热面积，进而有效提高散热能力。
20.本实用新型中，脱气罐连接有两个并联设置的膨胀罐，由于大容量海上风电变流器发热量大，所需散热介质容量高，采用并联结构的双膨胀罐可有效提高系统的压力稳定性，另外，在一个膨胀罐出现故障时，系统还能维持在一个有效的压力范围内，能有效提高系统稳定性。并且，并联结构可有效提高布局空间的利用率。
21.2、所述空气散热器组包括两台并联设置的空气散热器，能更好对变流器外部循环水管路中的冷却液进行散热，利用散热器配套的风机进行强制风冷。
22.3、所述变流器外部循环水管路上还设有主循环过滤器，能有效防止循环冷却液在快速流动过程中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入板式换热器以及空气散热器，杂质长时间积累后引起阻塞的现象发生。
23.4、所述主循环水泵上还设置有手动排气阀，能排出立式主循环水泵内部的气体，避免系统内气体引起压力波动，同时降低空气对冷却效率的影响。
24.5、所述控制设备和变流器内部循环冷却水管路一体集成在冷却控制柜中，满足大容量海上风电对于设备空间的苛刻要求，提高了机舱内空间利用率，也使冷却系统独立，便于设备调试维护。
25.6、所述空气散热器在的顶部设置有自动排气阀，便于泄空及自动排气，提高系统内部空气排出效率，避免冷却介质中的空气引起系统压力波动。
26.7、所述空气散热器芯体与风室间利用海绵条进行密封，防止漏风及不同金属间出现腐蚀的现象发生。
27.8、所述脱气罐与膨胀罐之间通过软管连接，既能提高生产效率，又能提高设备检修维护的便捷性。
附图说明
28.下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：
29.图1为本实用新型的连接示意图；
30.图2为本实用新型中冷却控制柜的结构示意图；
31.图中标记：
32.1、变流器，2、板式换热器，3、脱气罐，4、主循环水泵，5、膨胀罐，6、空气散热器，7、可编程控制器，8、电源转换模块，9、继电器，10、冷却控制柜，11、隔板，12、交流电机。
具体实施方式
33.实施例1
34.作为本实用新型基本实施方式，本实用新型包括一种大容量海上风电变流器水冷系统，包括变流器内部循环冷却水管路、变流器外部循环水管路和板式换热器2。所述变流器内部循环冷却水管路和变流器外部循环水管路为两个相互独立的循环结构，其中变流器内部循环冷却水管路属于变流器1内的一个现有结构，故本实施例不再进行详细描述。
35.所述板式换热器2的内侧与变流器内部循环冷却水管路相连，板式换热器2的外侧与变流器外部循环水管路相连。所述变流器外部循环水管路包括串联成回路的空气散热器组、脱气罐3和主循环水泵4。所述脱气罐3还连接有两个并联设置的膨胀罐5，所述膨胀罐5上还分别设有排气阀。
36.实施例2
37.作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型包括一种大容量海上风电变流器水冷系统，包括变流器内部循环冷却水管路、变流器外部循环水管路和板式换热器2。所述板式换热器2的内侧与变流器内部循环冷却水管路相连，板式换热器2的外侧与变流器外部循环水管路相连，实现变流器1热量由内向外传递的目的。所述变流器外部循环水管路包括串联成回路的空气散热器组、脱气罐3和主循环水泵4。所述脱气罐3还通过软管连接有两个并联设置的膨胀罐5，所述膨胀罐5上还分别设有排气阀。
38.其中，所述主循环水泵4与一台交流电机12相连，主循环水泵4为高速离心叶片泵本体采用机械密封，主要材质为304不锈钢，并设置有手动排气阀。
39.所述空气散热器组包括两台并联设置的空气散热器6。所述空气散热器6包括芯体与风室，所述芯体与风室之间利用海绵条进行密封，所述空气散热器6的顶部设置有自动排气阀。
40.实施例3
41.作为本实用新型最实施方式，参照说明书附图1，本实用新型包括一种大容量海上风电变流器水冷系统，包括变流器内部循环冷却水管路、变流器外部循环水管路和板式换热器2。所述板式换热器2的内侧与变流器内部循环冷却水管路相连，板式换热器2的外侧与变流器外部循环水管路相连，实现变流器1热量由内向外传递的目的。所述变流器内部循环
冷却水管路为变流器1内部的结构设计，本实施例不对其进行限制。
42.所述变流器外部循环水管路包括串联成回路的空气散热器组、脱气罐3和主循环水泵4和主循环过滤器。所述脱气罐3通过软管还连接有两个并联设置的膨胀罐5，所述膨胀罐5上还分别设有排气阀。
43.所述主循环水泵4用于提供变流器外部循环水管路中的循环冷却液循环所需动力，为高速离心叶片泵，与一台交流电机12相连。主循环水泵4本体采用机械密封，主要材质为304不锈钢，既可以有效减少冷却液对泵体的腐蚀又可以保证冷却液的清洁度。主循环水泵4设置有手动排气阀，用于排出立式主循环水泵4内部的气体。
44.所述空气散热器组包括两台并联设置的空气散热器6，主要作用是对外循环冷却液进行散热，利用空气散热器6配套的风机进行强制风冷，每台空气散热器6内还设有三台对应的空气散热器电机。经过与内循环冷却液进行热量交换后，外循环冷却液水温升高，热水被输送至空气散热器6，在流过铝质冷却板腔时，冷却液将热量传给冷却板翅，此时在空气侧，由冷却风扇吸入大量空气并使之流过板翅间，板翅再将热量传给流动空气排出，从而达到循环水冷却的目的。冷水由空气散热器6流出来，送至被冷却器件，从而保证被冷却器件在允许的温度下运行。所述空气散热器6的顶部设置有自动排气阀，便于泄空及自动排气。空气散热器6芯体与风室间利用海绵条进行密封，防止漏风及不同金属间出现腐蚀；空气散热器6为低噪音散热器；空气散热器6外壳需设置接地环，环上通孔为φ11mm。
45.设置主循环过滤器主要是为了防止循环冷却液在快速流动过程中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入板式换热器2以及空气散热器6，杂质长时间积累后引起阻塞。主循环过滤器采用网孔标准水阻小的折叠式不锈钢滤芯。
46.所述膨胀罐5内有一个充气皮囊，皮囊内充有一定压力的压缩空气，通过皮囊的伸缩性起到稳定系统压力的作用。当变流器外部循环水管路的压力损失在一定范围内时，皮囊内压缩空气自动扩张，把循环冷却液压入该管路中，以维持封闭循环系统的压力恒定。
47.所述脱气罐3设置在主循环水泵4的进口处，它的主要作用是对循环冷却液进行液气分离，提高换热效果。当循环冷却液进入脱气罐3后流体速度降低，进而析出循环冷却液中的气体。脱气罐3与膨胀罐5用软管连接，可通过膨胀罐5顶部的排气阀彻底排出冷却介质中的气体。
48.通过板式换热器2，可以起到隔绝变流器1内外循环冷却液的功能，并能够实现内外循环冷却液的热量传递。内部循环冷却液从变流器1获得热量后在经过板式换热器2时与外部被空气冷却后的循环冷却液进行热量交换，从而把变流器1的热量源源不断的传递到外循环介质中，实现对变流器1的冷却。
49.为了实现自动化控制，本系统还可以包括信号采集装置、控制设备和冷却控制柜10。所述信号采集装置的主要作用是对循环冷却液的温度和压力值进行实时采集，为控制设备提供逻辑支持，同时控制设备会将冷却情况报送至风电监控系统，让监控人员对变流器冷却系统状态的实时掌握。
50.所述控制设备包括可编程控制器7、电源转换模块8、触摸屏、继电器9、断路器、端子排和空气开关等，各电器结构之间的连接关系是常规技术手段，故不再进行详细描述。其中，可编程控制器7的型号可以为tm 241ce40t，电源转换模块8的型号可以为quint
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buffer/24dc/24dc/40，触摸屏的型号可以为hmigxu5512。其中可编程控制器7是本系统的
大脑，通过采集到的温度数据实现冷却循环系统各部件的控制，以满足不同工况下不同冷却量的需求，同时还能与风电监控系统进行通讯，实现对冷却系统的远程监控，提高冷却系统的自动化程度；断路器、接触器为散热风机和主循环水泵4的主回路器件，参与可编程控制器7的控制，实现对风机以及主循环水泵4的自动化控制。空气开关是为了在系统发生电压故障时，能够保持系统的短暂稳定，使冷却控制系统平稳穿越故障电压，防止由于冷却系统故障而导致风机在发电状态脱网。
51.参照说明书附图2，所述控制设备和变流器外部循环水管路一体集成在冷却控制柜10中，通过隔板11将两者分隔，满足大容量海上风电对于设备空间有苛刻要求，提高了机舱内空间利用率，便于设备调试维护。
52.综上所述，本领域的普通技术人员阅读本实用新型文件后，根据本实用新型的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本实用新型所保护的范围。