一种采用海水冷却的多循环冷却系统的制作方法

1.本发明涉及冷却系统领域，具体为一种采用海水冷却的多循环冷却系统。


背景技术：

2.高压/特高压直流输电换流站、柔性直流换流站、大功率风力发电机组、海上平台等大功率电力电子设备由于电功率密度和热功率密度高、散热量大、绝缘要求高，一般采用去离子水进行冷却换热。通过去离子水将大功率电力电子器件的热损耗带到室外与空气或水进行热交换，使器件在最佳温度范围内工作。
3.传统陆上大功率电力电子设备水冷却系统，外部散热主要采用空气冷却器、闭式冷却塔、空气冷却器串闭式冷却塔等几种方式，设备占地面积大、耗水量大，主要被冷却对象为大功率电力电子设备；在海上使用时，被冷却对象除换流阀等大功率电力电子设备外，还包括有变压器、暖通空调等其它设备，冷却介质也采用淡水、海水、去离子水等多种形式，现有技术中，海水冷却系统还存在以下问题：
4.1、海上平台应用的冷却系统，存在安装场地小、淡水资源缺乏、腐蚀性高等诸多问题。现有大功率电力电子设备换热采用的去离子水冷却系统，当外部换热采用空气冷却器换热时，空气的热容密度低、设备占地面积大、换热效率低；当外部换热采用闭式冷却塔换热时，占地面积小，通过喷淋水的蒸发潜热实现换热，淡水损耗量大，需要不断的补充淡水；为节约水资源，在西北地区有采用空气冷却器串闭式冷却塔的方案，可以节约淡水资源，但设备占地大、噪声大；
5.2、海上平台冷却容量更大、冷却对象更广、冷却系统复杂程度高，现场有成熟的冷却技术无法满足应用需求，为克服传统冷却系统存在的不足，节约资源、降低能耗、提高冷却系统可靠性，海上平台冷却系统需充分利用丰富而稳定的海水资源作为冷却系统的外部冷源，采用海水作用外部冷源时，海上平台的核心设备如大功率换流阀、断路器、变流器等对冷却水的绝缘性、耐腐蚀性要求极高，需充分利用已成熟的去离子水冷却技术，并克服海水腐蚀性强、海洋生物污染、取水困难等一系列问题。
6.3、随着冷却系统的使用，换热器会出现不同程度的老化，其换热性能有所衰减，现有技术中未考虑上述因素，根据换热器性能变化对冷却系统的控制参数做出调整。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决上述问题，为此本发明提供一种采用海水冷却的多循环冷却系统，其包括：
8.第一冷却回路、第二冷却回路、第三冷却回路以及中控处理器，所述第一冷却回路内部设置有海水泵以及过滤器，其通过第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器与第二冷却回路连接，所述第一冷却回路用以将海水输送至所述第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器处完成热交换；第二冷却回路采用淡水作为冷却介质，其通过若干换热器与第三冷却回路连接；所述第三冷却回路包括采用去离子水冷却的换流阀冷
却回路、采用油冷的变压器回路和采用冷媒介质的暖通回路，所述流阀冷却回路负责为换流阀及其组件提供冷却；所述变压器回路负责为变压器提供冷却；所述暖通回路，负责为海上平台提供室内环境温度调节，被冷却设备的热量通过所述第三冷却回路传递至第五换热器、第六换热器、第七换热器以及第八换热器，再经过所述第二冷却回路通过所述第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器将热量传递回第一冷却回路中通过海水冷却；
9.所述中控处理器用以控制所述第一冷却回路中的海水泵的运行功率以及进水口的阀门的开度调节海水的流量，当系统开始运行后，中控处理器开始对系统进行控制，其过程包括：
10.步骤一、冷却系统开启后所述中控处理器通过采集冷却系统中的实时数据对冷却系统进行自检，启动第一冷却回路中的任意海水泵、任意过滤器，延时顺序启动第二冷却回路、第三冷却回路，
11.步骤二、获取所述第一冷却回路、第二冷却回路以及第三冷却回路中的压力、液位、水质以及温度，判定各个冷却回路是否运行正常，三个冷却回路中的各个独立回路设备根据目标压力、流量、液位、水质、温度等参数进行独立计算，无任何参数越限判断为系统运行正常
12.步骤三、根据海水的温度、第二冷却回路的流量、供水温度、回水温度以及温并计算第一冷却回路中所需海水的流量，控制所述第一冷却回路中水泵运行参数和阀门开度调节海水流量，控制第二冷却回路供水温度，从而使得第三冷却回路中配置的被冷却设备温度处于最佳工况；
13.步骤四、设置监测周期，对换热器的性能进行评估，计算换热性能等级，对所述第一冷却回路中的海水泵的运行功率以及入水口阀门的开度进行修正。
14.进一步地，所述第二冷却回路中设置有第一回路以及第二回路，所述第一回路用以为所述第三冷却回路中的换流阀冷却回路以及变压器回路提供冷却，所述第二冷却回路用以为所述第三冷却回路中的暖通回路提供冷却。
15.进一步地，所述第一冷却回路、第二冷却回路以及第三冷却回路中压力递增，以避免海水通过换热器污染淡水、淡水通过换热器污染去离子水。
16.进一步地，所述中控处理器根据海水温度和第二冷却回路的流量、供水温度、回水温度，计算海水流量，自动控制第一冷却回路中海水泵启动台数和阀门开度，其中，
17.q
1海水
＝q
2暖通
q
2换流阀及变压器
18.q
1海水
＝c
1海水m1海水
△
t
1海水
19.q
2换流阀及变压器
＝q
3换流阀
q
3变压器
20.q
3换流阀
＝c
3去离子水m3去离子水
△
t
3去离子水
21.q
3变压器
＝c
3油m3油
△
t
3油
22.其中，q
1海水
表示第一冷却回路海水热量，单位kw，q
2暖通
表示第二冷却回路暧通热量、q
2换流阀及变压器
表示换流阀及变压器热量，单位kw，q
3换流阀
表示第三冷却回路换流阀、q
3变压器
表示变压器热量，单位kw，c
1海水
表示第一冷却回路中海水的比热容，单位kj/(kg.k)，c
3去离子水，
表示第三冷却回路中去离子水的比热容，单位kj/(kg.k)，c
3油
表示第三冷却回路中油的比热容，单位kj/(kg.k)，m
1海水
表示第一冷却回路中海水的质量流量，单位kg/s，m
3去离子水
表示第三冷却回路中去离子水的质量流量，单位kg/s，m
3油
表示第三冷却回路中油的质量流量，单位kg/s，
△
t1第一冷却回路中海水的进出口温度差，单位k，
△
t
3去离子水
第三冷却回路中去离子水的进出口温度差，单位k；
△
t
1油
第三冷却回路中油的进出口温度差，单位k；中控处理器通过上述公式计算出海水的质量流量m
1海水
，并控制所述海水泵的流量以及阀门的开度。
23.进一步地，所述中控处理器内设置有第i控制矩阵ki(ki0，ki1，ki2)，i＝1，2...n，其中，ki0表示海水质量流量的范围，ki1表示海水泵运行功率，ki2表示阀门的开合程度，当中控处理器计算出所述海水的质量流量m
1海水
，控制所述海水泵的流量以及阀门的开度时，
24.中控处理器将所述海水的质量流量m
1海水与
第i控制矩阵ki(ki0，ki1，ki2)内的海水质量流量的范围对比，若所述海水的质量流量m
1海水与
属于海水质量流量的范围ki0，则中控处理器控制海水泵的功率为ki1，控制阀门的开合程度为ki2。
25.进一步地，所述中控处理器内设置有换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)，i＝1，2...n，其中，ki表示换热器进水口温度，di表示换热器出水口温度，fi表示换热器外部温度，si表示换热器的换热面积；所述中控处理器使用前，需在中控处理器内预储存每个换热器的换热面积s，同时，在热循环过程中通过温度传感器获取每个换热器进水口温度k，换热器出水口温度d以及换热器外部温度f，中控处理器将预储存和实时监控的数据记录形成所述换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)，中控处理器通过计算换热器性能参数b判定不同环能器的换热性能等级，根据所述换热性能等级以及热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)内数据的修正所述第一冷却回路中的海水泵功率阀门的开合程度。
26.进一步地，所述中控处理器内预设检测循环次数n，开始冷却循环后中控处理器根据所述换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)内记录的换热器进水口温度ki以及换热器出水口温度di计算单次冷却循环中单个换热器的进水口温度平均值kp以及出水口温度平均值dp，并计算经过n次循环后单个换热器的进水口温度平均值k0以及出水口温度平均值d0，并且，中控处理器根据n次循环过程中换热器外部温度的最大值fmax以及最小值fmin计算最大温度波动值f0,f0＝fmax-fmin；并且，中控处理器按照以下公式计算单个换热器性能参数b，用以表征换热器的换热效率，并根据所述换热器性能参数b对每一个换热器性能进行评级；
27.b＝(q
×
α1/q0)
×
[((k0-d0)
×
α2/kd0)) (s
×
α3/s0) (f00/f0
×
α4)]其中，q表示换热系数，qo表示预设换热系数,α1表示第一预设参数，k0表示n次循环中换热器进水口平均温度，d0表示n次循环中换热器出水口平均温度，kd0表示预设温度差值，α2表示第二预设参数，s表示换热器换热面积，s0表示预设换热器换热面积，f0表示温度波动最大值，f00表示预设温度波动最大值。
[0028]
进一步地，所述中控处理器内设置有性能对比参数b1,b2，b3，b1《b2《b3，中控处理器根据换热器性能参数b进行评级时，
[0029]
当q≤q1时，判定换热器的换热性能为第一性能等级；
[0030]
当q1＜q≤q2时，判定换热器的换热性能为第二性能等级；
[0031]
当q2＜q≤q3时，判定换热器的换热性能为第三性能等级；
[0032]
当q3＜q时，判定换热器的换热性能为第四性能等级。
[0033]
进一步地，中控处理器内设置有第i控制参数ki，i＝1,2,3,4，当确定各个换热器的换热性能后，中控处理器根据测定的各个换热器的性能等级选取参数，当散热器换热性能为第i等级时，中控处理器选取第i控制参数ki作为控制参数，并按照以下公式计算第i换热器加热对比系数ji，以及整个系统的换热器加热对比系数j0，
[0034]
ji＝[(f-w)
×s×
ki]/s0
[0035]
其中，i＝1，2，3，4，5，6，7，8，f表示换热器外部温度，w表示负载电器温度，s表示换热面积，s0表示预设换热面积，ki表示控制参数；j0＝(j1 j2 j3 j4 j5 j6 j7 j8)/n
[0036]
其中，ji表示第i换热器加热对比系数，当换热器性能等级为第四性能等级时，其对应的换热器加热对比系数ji＝0，m表示性能等级小于四级的换热器的个数。
[0037]
进一步地，所述中控处理器内预设有第i等级海水泵功率修正矩阵zi(zi1，zi2)i＝1，2，3，4，zi1表示海水泵第i功率参数，zi2表示阀门第i开度参数，各项数据随序号增加而增大，中控处理器根据整个系统的换热器加热对比系数j0所述对所述第一冷却回路中海水泵的功率以及阀门的开度进行修正，所述中控处理器内预设有控制对比参数j01、j02和j03，j03》j02》j01，将所述加热对比系数j与控制对比参数j01、j02和j03进行对比，调整海水泵的功率、调整阀门的开度，其中：
[0038]
当j≤j01时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z41，将阀门的开度调整为ki2 z42；
[0039]
当j01《j≤j02时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z31，将阀门的开度调整为ki2 z32；
[0040]
当j02《j≤j03时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z21，将阀门的开度调整为ki2 f22；
[0041]
当j》j03时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z11，将阀门的开度调整为ki2 f12。
[0042]
进一步地，第二冷却回路和第三冷却回路内的换流阀出液端均设置有电导率传感器，所述电导率传感器与所述中控处理器电性连接，当换热器出口处电导率升高并超过预设值时，中控判断换热器存在内漏。
[0043]
进一步地，所述第一冷却回路的进水口处设置有阀门，用以控制海水进入的流量，进水口通过管路与若干海水泵相连接，以使海水输入所述冷却回路内，所述进水口处还设置有电解次氯酸钠发生装置，用以清除海水中的微生物。
[0044]
与现有技术相比，本发明的技术效果在于，本发明充分利用成熟的去离子水技术作为冷却媒介的优点及海水资源的便利性，同时克服海水腐蚀性强、海洋生物污染、取水困难等问题，提高海上平台系统可靠性、稳定性。针对海上平台核心设备的冷却如换流阀、变压器、暖通等，在冷源海水与去离子水循环、油路循环、冷媒循环回路之间增加中间隔离回路，并采用回路冷却介质压力差的压力递增设计方法，避免低压侧的冷却介质因换热器泄漏污染高压侧冷却介质，提高产品可靠性，同时，考虑工作时间长的换热器的老化问题，对其性能做出评估，对整个循环系统的控制参量进行调整，在保证节能的基础上确保冷却效果，提高了整个循环系统的稳定性。
[0045]
尤其，本发明采用中间淡水循环作为控制条件，通过协同控制将去离子水循环、油路循环及冷媒循环热量稳定传递到外部冷源海水中，实现被冷却器件的温度精确控制、热量快速传递。通过系统设计、设备配置、控制方法等多个方面进行可靠性设计，达到海上平台整体可靠运行的目标。
[0046]
尤其，本发明中控处理器内预设检测循环次数n，进行一定循环次数后中控处理器对换热器的性能进行评估，通过计算换热器性能参数b对每一个换热器性能进行评级，其
中，计算换热性能参数b时，考虑n次循环过程进出口水温的温差，换热面积以及换热器外部温度的变化，上述参量便于监测，且便于持续监测，且对换热器的性能具有表征作用，进而通过计算换热性能参数b精确划分换热器的性能等级。
[0047]
尤其，本发明划分性能等级后再结合换热器外部温度以及冷却塔蓄水池的水的温度计算加热对比系数j，结合换热器性能等级以及预设的第i等级控制矩阵zi(zi1，zi2，zi3)对各个换热器的性能等级结合监测的出水口温度，入水口温度以及换热面积对整个循环系统的控制参量进行精确调整在保证节能的基础上确保冷却效果，提高了整个循环系统的稳定性。
附图说明
[0048]
图1为本发明实施例所提供的采用海水冷却的多循环冷却系统结构示意图。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0050]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
[0051]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。
[0052]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0053]
参阅图1所示，其本发明实施例所提供的采用海水冷却的多循环冷却系统结构示意图，本发明实施例的采用海水冷却的多循环冷却系统包括：
[0054]
第一冷却回路、第二冷却回路、第三冷却回路以及中控处理器，所述第一冷却回路内部设置有海水泵以及过滤器，其通过第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器与第二冷却回路连接，用以将海水输送至第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8以及第四换热器26处；第二冷却回路采用淡水作为冷却介质，其通过若干换热器与第三冷却回路连接；所述第三冷却回路包括采用去离子水冷却的换流阀冷却回路、采用油冷的变压器回路和采用冷媒的暖通回路，三条冷却回路分别与被冷却设备相连接，被冷却设备的热量通过所述第三冷却回路传递至第五换热器9、第六换热器10、第七换热器11以及第八换热器25，再经过所述第二冷却回路通过所述第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8以及第四换热器26将热量传递至第一冷却回路中通过海水冷却；
[0055]
所述中控处理器用以控制所述第一冷却回路中的海水泵的运行功率以及阀门的开度调节海水的流量，当系统开始运行后，中控处理器开始对系统进行控制，其过程包括：
[0056]
步骤一、冷却系统开启后通过中控处理器采集冷却系统中的实时数据对冷却系统进行自检；
[0057]
步骤二、获取所述第一冷却回路、第二冷却回路以及第三冷却回路中的压力、液位、水质以及温度，判定各个冷却回路是否运行正常；
[0058]
步骤三、根据海水的温度、第二冷却回路的流量、供水温度、回水温度以及温并计算第一冷却回路中所需海水的流量，控制所述第一冷却回路中水泵启动台数和阀门开度调节海水流量，控制第二冷却回路供水温度和温差，从而使得第三冷却回路中各被冷却设备温度处于最佳工况；
[0059]
步骤四、设置监测周期，对换热器的性能进行评估，计算换热性能等级，对所述第一冷却回路中的海水泵的运行功率进行修正、对第二冷却回路的供水温度和温差进行调整。
[0060]
具体而言，所述步骤二中，可以通过在各个冷却回路内设置对应的检测装置，获取冷却回路内的压力、液位、液体浑浊度等参数，通过与预设标准参量进行对比确定各个冷却回路运转是否正常。
[0061]
具体而言，中控处理器预先建立第二冷却回路中供水温度与所冷却回路一中海水泵运行功率以及进水口阀门参量的映射关系，根据实时的海水泵运行功率和进水口阀门开度对第二冷却回路中的供水温度进行设置。
[0062]
具体而言，所述第一冷却回路的进水口处设置有阀门(图上未画出)，用以控制海水进入的流量，进水口通过管路与，若干海水泵相连接，通过海水泵1、海水泵2、海水泵3将海水输入所述冷却回路内，所述进水口处还设置有电解次氯酸钠发生装置，用以清除海水中的微生物，海水通过管路流经第一海水过滤器4以及第二海水过滤器5将海水过滤后输送至第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8以及第四换热器26内，所述第一冷却回路的管路上设置有温度传感器17，用以测量海水供水温度。
[0063]
具体而言，所述第三冷却回路的换流阀冷却回路内的管路上设置有换流阀12，所述换流阀12的两侧设置有冷却回水温度测量仪21以及冷却供水温度测量仪20，所述冷却供水温度测量仪20一侧设置有第一冷却泵15以及第二冷却泵16，在第三冷却回路内还设置有冷却回路去离子装置，用以水质监测，避免水质污染，所述第三冷却回路的变压器回路内设置有变压器24，在变压器24的一侧设置有压力泵23，所述第三冷却回路的暖通回路的管路上设置有暖通25。
[0064]
具体而言，所述第二冷却回路内设置有第一回路以及第二回路，其中，第一回路上设置有供水温度监测仪18以及回水温度监测仪19，用以测量所述换流阀12以及变压器24的淡水回路供水温度，以及换流阀12和变压器24的淡水回路回水温度，所述供水温度监测仪18一侧还设置有第一水泵13以及第二水泵14，用以为所述所述第二回路提供水循环动力，所述第二回路设置有暖通供水温度监测仪27以及暖通回水温度监测仪28，用以监测暖通循环供水温度以及暖通循环回水温度，并且，在所述暖通供水温度监测仪27设置有水泵22，用以为所述第二冷却回路提供水循环动力。
[0065]
具体而言，所述中控处理器根据海水温度和第二冷却回路的流量、供水温度、回水温度，自动控制第一冷却回路中海水泵启动台数和阀门开度，以调节海水流量，控制第二冷却回路供水温度和温差，从而精确第三冷却回路中各被冷却设备温度处于最佳工况，
[0066]q1海水
＝q
2暖通
q
2换流阀及变压器
[0067]q1海水
＝c
1海水m1海水
△
t
1海水
[0068]q2换流阀及变压器
＝q
3换流阀
q
3变压器
[0069]q3换流阀
＝c
3去离子水m3去离子水
△
t
3去离子水
[0070]q3变压器
＝c
3油m3油
△
t
3油
[0071]
其中，q
1海水
表示第一冷却回路海水热量，单位kw，q
2暖通
表示第二冷却回路暧通热量、q
2换流阀及变压器
表示换流阀及变压器热量，单位kw，q
3换流阀
表示第三冷却回路换流阀、q
3变压器
表示变压器热量，单位kw，c
1海水
表示第一冷却回路中海水的比热容，单位kj/(kg.k)，c
3去离子水，
表示第三冷却回路中去离子水的比热容，单位kj/(kg.k)，c
3油
表示第三冷却回路中油的比热容，单位kj/(kg.k)，m
1海水
表示第一冷却回路中海水的质量流量，单位kg/s，m
3去离子水
表示第三冷却回路中去离子水的质量流量，单位kg/s，m
3油
表示第三冷却回路中油的质量流量，单位kg/s，
△
t1第一冷却回路中海水的进出口温度差，单位k，
△
t
3去离子水
第三冷却回路中去离子水的进出口温度差，单位k；
△
t
1油
第三冷却回路中油的进出口温度差，单位k；中控处理器通过上述公式计算出海水的质量流量m
1海水
，并控制所述海水泵的流量以及阀门的开度，所述中控处理器内设置有第i控制矩阵ki(ki0，ki1，ki2)，i＝1，2...n，其中，ki0表示海水质量流量的范围，ki1表示海水泵运行功率，ki2表示阀门的开合程度，当中控处理器计算出所述海水的质量流量m
1海水
时，中控处理器将所述海水的质量流量m
1海水与
第i控制矩阵ki(ki0，ki1，ki2)内的海水质量流量的范围对比，若所述海水的质量流量m
1海水与
属于海水质量流量的范围ki0，则中控处理器控制海水泵的功率为ki1，控制阀门的开合程度为ki2。
[0072]
具体而言，实际情况中，换热器长期运行会产生堵塞、换热量下降，换热性能下降，为保证系统仍能可靠运行，中控处理器定期对换热器的换热性能进行评估，并修正海水泵的功率和阀门的开度，提高系统的整体换热能力，保障系统安全稳定运行。
[0073]
具体而言，所述中控处理器内设置有换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)，i＝1，2...n，其中，ki表示换热器进水口温度，di表示换热器出水口温度，fi表示换热器外部温度，si表示换热器的换热面积；所述中控处理器使用前，需在中控处理器内预储存每个换热器的换热面积s，同时，在热循环过程中通过温度传感器获取每个换热器进水口温度k，换热器出水口温度d以及换热器外部温度f，中控处理器将预储存和实时监控的数据记录形成所述换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)，中控处理器通过计算换热器性能参数b判定不同环能器的换热性能等级，根据所述换热性能等级以及热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)内数据的修正所述第一冷却回路中的海水泵功率阀门的开合程度。
[0074]
具体而言，所述中控处理器内预设检测循环次数n，开始冷却循环后中控处理器根据所述换热器参数矩阵ai(ki，di，fi,si)内记录的换热器进水口温度ki以及换热器出水口温度di计算单次冷却循环中单个换热器的进水口温度平均值kp以及出水口温度平均值dp，并计算经过n次循环后单个换热器的进水口温度平均值k0以及出水口温度平均值d0，并且，中控处理器根据n次循环过程中换热器外部温度的最大值fmax以及最小值fmin计算最大温度波动值f0,f0＝fmax-fmin；并且，中控处理器按照以下公式计算单个换热器性能参数b，用以表征换热器的换热效率，并根据所述换热器性能参数b对每一个换热器性能进行评级；
[0075]
b＝(q
×
α1/q0)
×
[((k0-d0)
×
α2/kd0)) (s
×
α3/s0) (f00/f0
×
α4)]
[0076]
其中，q表示换热系数，qo表示预设换热系数,α1表示第一预设参数，k0表示n次循环中换热器进水口平均温度，d0表示n次循环中换热器出水口平均温度，kd0表示预设温度差值，α2表示第二预设参数，s表示换热器换热面积，s0表示预设换热器换热面积，f0表示温
度波动最大值，f00表示预设温度波动最大值。
[0077]
具体而言，所述中控处理器内设置有性能对比参数b1,b2，b3，b1《b2《b3，中控处理器根据换热器性能参数b进行评级时，
[0078]
当q≤q1时，判定换热器的换热性能为第一性能等级；
[0079]
当q1＜q≤q2时，判定换热器的换热性能为第二性能等级；
[0080]
当q2＜q≤q3时，判定换热器的换热性能为第三性能等级；
[0081]
当q3＜q时，判定换热器的换热性能为第四性能等级。
[0082]
具体而言，中控处理器内设置有第i控制参数ki，i＝1,2,3,4，当确定各个换热器的换热性能后，中控处理器根据测定的各个换热器的性能等级选取参数，当散热器换热性能为第i等级时，中控处理器选取第i控制参数ki作为控制参数，并按照以下公式计算第i换热器加热对比系数ji，以及整个系统的换热器加热对比系数j0，
[0083]
ji＝[(f-w)
×s×
ki]/s0
[0084]
其中，i＝1，2，3，4，5，6，7，8，f表示换热器外部温度，w表示负载电器温度，s表示换热面积，s0表示预设换热面积，ki表示控制参数；
[0085]
j0＝(j1 j2 j3 j4 j5 j6 j7 j8)/n
[0086]
其中，ji表示第i换热器加热对比系数，当换热器性能等级为第四性能等级时，其对应的换热器加热对比系数ji＝0，m表示性能等级小于四级的换热器的个数。
[0087]
具体而言，所述中控处理器内预设有第i等级海水泵功率修正矩阵zi(zi1，zi2)i＝1，2，3，4，zi1表示海水泵第i功率参数，zi2表示阀门第i开度参数，各项数据随序号增加而增大，中控处理器根据整个系统的换热器加热对比系数j0所述对所述第一冷却回路中海水泵的功率以及阀门的开度进行修正，所述中控处理器内预设有控制对比参数j01、j02和j03，j03》j02》j01，将所述加热对比系数j与控制对比参数j01、j02和j03进行对比，调整海水泵的功率、调整阀门的开度，其中：
[0088]
当j≤j01时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z41，将阀门的开度调整为ki2 z42；
[0089]
当j01《j≤j02时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z31，将阀门的开度调整为ki2 z32；
[0090]
当j02《j≤j03时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z21，将阀门的开度调整为ki2 f22；
[0091]
当j》j03时，中控处理器将海水泵的功率调整为ki1 z11，将阀门的开度调整为ki2 f12。
[0092]
具体而言，本实施例中通过冗余过滤器、换热器周期性切换，切换时通过过滤器、换热器进出口电动阀门进行控制，采用备用过滤器、换热器进出水阀先执行打开，主用过滤器、换热器再执行关闭的方式，以提高可靠性。
[0093]
具体而言，所述第一冷却回路海水泵采用轮换运行方式，任何工况下至少保留1台水泵运行，水泵轮换停机时间不超过12小时。
[0094]
当第一冷却回路只有1台水泵运行时，切换时间按4小时轮换一次；当有2台及以上水泵运行时，备用水泵停机时间不超过12小时。
[0095]
具体而言，在系统停机时，当第三冷却回路所冷却的换热阀及变压器停运、暖通空
调全部停运后，第二冷却回路系统可延时停运，第一冷却回路可以延时停运水泵(但至少保留1台泵运行)，并按周期轮换运行。
[0096]
具体而言，本技术还设置有防漏水功能，由于设备可靠要求高，特别是换流阀冷却回路，为了避免各回路因换热器故障导致水质污染，3个冷却回路采用压力递增的系统设计原则，在换热器处p1为海水，p2为淡水，p3为去离子水或其它，在回路设计时，使用p2-p1＞0.05mpa、p3-p2＞0.05mpa，以避免、降低海水通过换热器污染淡水、淡水通过换热器污染去离子水的发生。
[0097]
具体而言，所述第二冷却回路和第三冷却回路内的换流阀出口处均设置电导率传感器，当换热器出口处电导率升高时，可以分析判断换热器是否存在内漏。
[0098]
具体而言，本实施例中，所有换热器安装设计有集水盘和液位开关，当换热器产生外漏时通过集水盘收集漏水，当收集液体达到液位开关限位时，发出报警提示。
[0099]
本实施例中所有水泵底座设置漏液集液盘，收集水泵机械密封渗水、轴承箱渗油，当收集液体达到液位开关限位时，将发出报警提示。
[0100]
具体而言，所述第二冷却回路、第三冷却回路中设置有缓冲用的膨胀罐或膨胀水箱，中控处理器实时检测膨胀罐或膨胀水箱水位，在设计时间内膨胀罐或膨胀水箱水位下降超过设计值并达到保持时间后，中控处理器将发出报警等相关的提示或动作，并计算排出正常运行过程中温度、设备启停等各种因素的干扰和影响。
[0101]
具体而言，本实施例中，为减少介质对材料造成的腐蚀，使产品达到设计寿命要求，第一冷却回路采用海水作为冷却介质，其接触海水的金属材料采用超级双相钢(022cr25ni7mo4n)，流速≥2.5m/s；第二冷却回路采用淡水、纯水作为冷却介质，其接液材料采用304l不锈钢(022cr19ni10)，碳c含量≤0.03％；第三冷却回路换流阀冷却回路采用去离子水作为冷却介质，其接液材料采用304l不锈钢(022cr19ni10)。
[0102]
为防止海水管路、海水泵、过滤器、换热器等设备被海洋生物污染堵塞，在第一冷却回路内设置电解次氯酸钠发生装置，通过产生次氯酸纳杀生溶液防止海洋生物，通过管路注入到海水泵入口，通过水泵运行带入到循环回路中，抑制海水中微生物的生长和繁殖；为提高可靠性，次氯酸钠发生器采用1用1备配置，设计投加浓度为1-2ppm，海水排放处中余氯含量为≤0.5ppm。
[0103]
本实施例中，海水冷却系统本采用3个循环，其具有较高的可靠性，保证第一冷却回路、第二冷却回路、及第三冷却回路换流阀冷却去离子回路及其控制保护系统正常工作，才能确保被冷却器件换流阀的正常工作，即第三冷却回路换流阀冷却回路可靠性满足要求外，还受到第一冷却回路、第二冷却回路、中控处理器及回路、交流电源及回路的影响；
[0104]
对于冷却系统关键部件可靠性
[0105]
可靠性的计算公式所有参量均为时间的函数，为简化起见，所有函数中关于时间的变量没有标记，时间变量的最大值根据设备设定的停机维护周期确定。
[0106]
为了提升冷却系统的可靠性，第一冷却回路的海水泵1、海水泵2、海水泵3采用2用1备的2 1冗余备份工作模式；海水过滤器4、海水过滤器5采用1用1备的工作模式；换热器6、换热器7采用1用1备的工作模式。
[0107]
第二冷却回路的淡水泵13、淡水泵14采用1用1备工作模式；淡水泵13、淡水泵14的底部安装有漏液收集器及液位检测传感器，以检测泵是否存在漏液。
[0108]
第三冷却回路的水泵15、水泵16采用1用1备工作模式；水泵15、水泵16的底部安装有漏液收集器及液位检测传感器，以检测泵是否存在漏液。
[0109]
系统关键部件可靠性r：
[0110]
r＝(r1
×
r2 r2
×
r3 r1
×
r3-r1
×
r2
×
r3)
×
(r4 r5-r4
×
r5)
×
(r6 r7-r6
×
r7)
×
r8
×
(r9 r10-r9
×
r10)
×
r11
×
r12
×
(r13 r14-r13
×
r14)
×
(r15 r16-r15
×
r16)
×
r17
×
r18
×
r19
×
r20
×
r21
[0111]
ri：i＝1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21为系统原理中的设备或部件可靠性。
[0112]
水泵在运行过程中，存在影响可靠运行的故障模式有:气蚀npsh、腐蚀、轴不平衡、轴承疲劳、机械密封漏泄、机械噪声、扬程、堵塞、水锤、涡流、流体温度等。
[0113]
单台水泵的失效率λp、可靠性rp及平均无故障间隔时间mtbfp可靠性模型:
[0114]
λ
p
＝λ
se
λ
sh
λ
be
λ
ca
(λ
fd
·
λ
ctlf
·
λ
ps
·
λc)
[0115]
其中：λ
p
表示泵的失效率，λ
se
表示泵的机械密封失效率，λ
sh
表示泵轴的失
[0116]
效率，λ
be
表示泵轴承的失效率，λ
ca
表示泵轴套的失效率，λ
fd
表示泵流体驱动(电动机)的失效率，λ
ctlf
表示荷载倍增因子，λ
ps
表示转速倍增因子，λc表示污染物因子，水泵的可靠性r
p
＝1-λ
p，
mtbf
p
＝1/λ
p
。
[0117]
所述第一冷却回路的海水泵1、海水泵2、海水泵3采用2用1备的工作模式，可在线进行维护/更换。
[0118]
第二冷却回路的水泵13、水泵14采用1用1备的工作模式，可在线进行维护/更换。
[0119]
第三冷却回路的水泵15、水泵16采用1用1备的工作模式，可在线进行维护/更换。
[0120]
过滤器3、过滤器4采用1用1备冗余设计，可在线更换。
[0121]
第一换热器6、第二换热器7采用1用1备冗余设计，可在线更换。
[0122]
第五换热器9、第六换热器10采用1用1备冗余设计，可在线更换。
[0123]
具体而言，本实施例冷却系统中传感器仪表故障率远低于水泵及过滤器等，为提高系统可靠性，所有影响系统运行的传感器均设置冗余，在设计时采用2选1或3选2，采样数据根据软件进行可靠成熟的算法进行判断，排出不稳定因素的影响，当传感器仪表发生故障时可以进行在线更换，
[0124]
三个冷却回路的核心关键部件，均可实现线维护/更换，提高了系统运行的可靠性及可用度，其中，
[0125]
对于冷却系统关键部件可靠性
[0126]
r＝(1-(1-r1)
×
(1-r2)
×
(1-r3))
×
(r4 r5-r4
×
r5)
×
(r6 r7-r6
×
r7)
×
r8
×
(r9 r10-r9
×
r10)
×
r11
×
r12
×
(r13 r14-r13
×
r14)
×
(r15 r16-r15
×
r16)
×
r17
×
r18
×
r19
×
r20
×
r21
[0127]
ri：i对应附图序号，i＝1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21，ri表示附图中的设备或部件的可靠性。
[0128]
λi：i对应附图序号，i＝1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21，λi表示附图中的设备或部件的失效率。
[0129]
mtbfi：i对应附图序号，i＝1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21为附图中的设备或部件的平均失效时间。
[0130]
具体而言，本实施例中所有的泵每年进行检修维护1次，并对易损件进行更换，年度检修维护时间按10天计算，泵设计寿命为20年，由于泵均设置有冗余(紧急故障时可以在线检修维护)，则单台泵的平均故障时间间隔为，
[0131]
mtbf1＝mtbf2＝mtbf3＝mtbf13＝mtbf14＝mtbf15＝mtbf16＝20x365x24＝175200h，
[0132]
单台泵的平均失效率为，
[0133]
λ1＝λ2＝λ3＝λ13＝λ14＝λ15＝λ16＝5.70776x10-06
[0134]
1年内单台泵的可靠度为，
[0135]
r1＝r2＝r3＝r13＝r14＝r15＝r16＝0.952533371。
[0136]
所有过滤器每年检修维护1次，并对易损件过滤网进行清洗/更换，年度检修维护时间按10天计算，单台过滤器的设计寿命为20年，由于过滤器均设置有冗余(紧急故障时可以在线检修维护)，则单台过滤器的平均故障时间间隔为，
[0137]
mtbf4＝mtbf5＝20x365x24＝175200h，
[0138]
单台过滤器的失效率为，
[0139]
λ4＝λ5＝5.70776x10-06
[0140]
1年内单台过滤器的可靠度为
[0141]
r4＝r5＝0.952533371
[0142]
所有换热器为板式换热器芯体采用耐海水腐蚀的高防腐材料，换热器芯体寿命25年，由于换热器均设置有冗余(紧急故障时可以在线检修维护)，单台换热器的平均故障时间间隔为，
[0143]
mtbf6＝mtbf7＝mtbf8＝mtbf9＝mtbf10＝mtbf11＝mtbf12＝25x265x24＝219000h，
[0144]
单台换热器的失效率为，
[0145]
λ6＝λ7＝λ8＝λ9＝λ10＝λ11＝λ12＝4.56621x10-06
[0146]
1年内单台过换热器的可靠度为，
[0147]
r6＝r7＝r8＝r9＝r10＝r11＝r12＝0.961842936
[0148]
r17、r18、r19、r20、r21表示传感器仪表，每个位置代表1组，在设计时采用2选1或3选2，采样数据根据软件进行可靠成熟的算法进行判断，排出不稳定因素的影响，当传感器仪表发生故障时可以进行在线更换，设计寿命寿命25年，单组传感器仪表的平均故障时间间隔为，
[0149]
mtbf17＝mtbf18＝mtbf19＝mtbf20＝mtbf21＝25x365x24＝219000h，
[0150]
单组传感器仪表的失效率为，
[0151]
λ17＝λ18＝λ19＝λ20＝λ21＝4.56621x10-06
,
[0152]
1年内单组单组传感器仪表的可靠度为，
[0153]
r17＝r18＝r19＝r20＝r21＝0.961842936。
[0154]
故系统工艺图中的可靠性参数为：
[0155]
r＝(1-(1-r1)
×
(1-r2)
×
(1-r3))
×
(r4 r5-r4
×
r5)
×
(r6 r7-r6
×
r7)
×
r8
×
(r9 r10-r9
×
r10)
×
r11
×
r12
×
(r13 r14-r13
×
r14)
×
(r15 r16-r15
×
r16)
×
r17
×
r18
×
r19
×
r20
×
r21＝0.732542393；(1年内的可靠性)，λ＝3.76785x10-05(1/h)，mtbf＝
26540h。
[0156]
具体而言，本实施例中，每个设备的交流电源及配电回路采用两路电源供电或每个冗余设备采用一路独立的交流电源供电，单路电源或回路故障不影响系统运行，同时单路电源故障后可在线检修维护，交流电电源寿命按40年计算，电源的平均故障时间间隔为
[0157]
mtbf
ac1
＝mtbf
ac2
＝40*365*24＝350400h，单路电
[0158]
源的失效率为λ
ac1
＝λac2＝2.85388x10-06
,1年内单路电源或回路的可靠度为，rac1＝rac2＝0.975978161；
[0159]
故交流电源的可靠性参数为：
[0160]rac
＝0.999700222；(1年内的可靠性)
[0161]
λ
ac
＝3.51905x10-08
(1/h)
[0162]
mtbf
ac
＝28416728.73h
[0163]
对于中控处理器及回路可靠性
[0164]
冷却系统采用两组完全相同的中控处理器进行热备工作，包括中控处理器内的控制电源、cpu、i/o模版、继电器，年度检修维护时间按10天计算，中控处理器设计寿命为20年，由于中控处理器采用冗余(紧急故障时可以在线检修维护)，单个电源控制柜的mtbf为＝25*365*24＝219000h，单个中控处理器柜的失效率为λ＝4.56621x10-06
,1年内单套中控处理器的可靠度为r＝0.961842936。故中控处理器的可靠性参数为，
[0165]r中控处理器
＝0.999240537；(1年内的可靠性)
[0166]
λ
中控处理器
＝8.91727x10-08
(1/h)
[0167]
mtbf
中控处理器
＝11214197.45(h)
[0168]
对于冷却系统总体可靠性，
[0169]r总
＝r*r
ac
*r
中控处理器
＝0.724639987；(1年内的可靠性)
[0170]
λ
总
＝3.78029x10-05
(1/h)；
[0171]
mtbf
总
＝26453(h)
[0172]
如1年内冷却系统的平均维修间mttr总为48小时，则1年内系统的可用度a
总
＝mtbf
总
/(mtbf
总
mttr
总
)＝0.99818875；系统的不可用度为1-a
总
＝0.00181125。
[0173]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。