一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统，柔性直流输电换流阀包括：由IGBT换流阀子模块15串联组成的IGBT换流阀模块16；冷却系统包括：一次冷却系统和二次冷却系统；一次冷却系统包括：冷凝器7及其所设的换热组件；二次冷却系统包括：二次冷却装置11、二次冷却介质出口管12、二次冷却介质回流管13和循环泵14。本发明专利技术提供的冷却系统维护方便，经济性好，一次冷却系统中的冷却介质循环动力由IGBT及均压电阻等元器件热损耗提供，无需外加动力，整个系统为独立的自循环系统。

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统
本专利技术涉及柔性直流输电换流阀领域，具体讲涉及一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统。
技术介绍
一次冷却系统用于冷却柔性直流输电IGBT换流阀内发热的电力电子元器件的冷却介质，一次冷却系统采用新型高效的相变冷却技术，它是靠冷却介质相变时的汽化潜热来带走发热元器件的发热量，使其温度降低。柔性直流输电IGBT换流阀运行时，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、均压电阻通过散热器将热量传递给相变冷却介质，相变冷却介质吸收热量，温度升高，当达到工作压力下的饱和温度时，冷却介质在散热器内部开始沸腾、汽化吸热，气液混合物进入冷凝器中冷凝、释放热量，被冷凝的介质通过主进液管、进液汇流管及进液支管回到散热器中继续循环，形成密闭无泵自循环系统。二次冷却系统用于将冷凝器内气液混合物冷凝所释放的热量带走，其是通过二次冷却水与冷凝器进行换热，二次冷却水经过冷凝器后温度升高，由循环主泵进行升压，并通过二次冷却装置来进行降温，将热量散到周围环境中去。最后，由于一次冷却系统与二次冷却系统是通过冷凝器间接换热，一次冷却系统内的相变冷却介质不与二次冷却水进行接触，不但能有效保证一次冷却系统运行的可靠性，还可根据环境要求，选用不同的二次冷却介质(水+乙二醇及纳米流体)来提高二次冷却系统抗低温性。随着输电技术的发展，柔性直流输电IGBT换流阀的冷却方式经历由空冷、油冷到水冷却方式的转变，相对空冷、油冷而言，水的导热系数最高，比热容量最大，对流换热能力最强，空气、油、水的对流换热系数比为1：10：100，所以采用水冷可以大大改善冷却效果，降低IGBT的结温，提高设备运行的可靠性。然而近几年，随着我国新能源发电及分布式能源的快速发展，柔性直流输电换流阀电压等级由±320kV提升到±500kV，乃至更高的±800kV，导致柔性直流输电核心装备IGBT换流阀损耗大幅提升，元器件功率密度相应增加，对IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等电力电子元器件冷却带来极大挑战。目前，水冷方式存在冷却效率低、水处理系统复杂、温度分布不均及泄漏导致的绝缘失效等一系列问题，以致不能更好的满足大容量柔性直流输电工程的需求，相变冷却的现有技术研究方向侧重于发电机
、功率电子管和GTO逆变器领域，几乎没有对柔性直流输电IGBT换流阀装置应用相变冷却方面的研究，更没有将相变冷却技术与二次冷却系统结合运用的相关研究。因此，需要提供一种技术方案来克服现有技术的不足。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术通过如下技术方案实现：一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统，柔性直流输电换流阀包括：由IGBT换流阀子模块15串联组成的IGBT换流阀模块16；冷却系统包括：一次冷却系统和二次冷却系统；一次冷却系统包括：冷凝器7及其换热组件；二次冷却系统包括：二次冷却装置11及其设置的换热器、二次冷却介质出口管12、二次冷却介质回流管13和循环泵14。二次冷却装置11与冷凝器7间的二次冷却介质回流管13设有循环泵14；二次冷却介质出口管12与冷凝器7的冷却介质入口相连。IGBT换流阀子模块15包括：设于散热器3表面的IGBT1和均压电阻2；散热器3的两端设有冷却介质进口和出口。冷却散热器3的换热组件包括：冷却介质出口支管4、冷却介质出口汇流管5、冷却介质主出口管6、冷却介质主进口管8、进口汇流管9和进口支管10；冷却介质从散热器3排出后，经出口支管4、出口汇流管5、主出口管6进入冷凝器7。二次冷却介质为水、水加乙二醇、或水加纳米流体。散热器3的材质按质量百分比计的下述组份制得：硅Si：0.30～0.6、铁Fe：0.10～0.30、铜Cu：≤0.10、锰Mn：≤0.10、镁Mg：0.35～0.6、铬Cr：≤0.05、锌Zn：≤0.15、钛Ti：≤0.余量为铝Al(最小值)：未指定的其他元素：每种：≤0.05；合计：≤0.15。IGBT1与散热器3间的触面涂有按重量份数计的下述组份制得的导热材料：石蜡油10-20份，硬脂酸3-8份，二丁基二硫代氨基甲酸锌3-7份，天然橡胶15-25份，聚二甲基硅氧烷7-11份，增塑软化剂4-8份，乙丙橡胶20-30份，有机硅硅氧烷8-12份，促进剂1-3份。循环泵14包括：设有进口144、出口145及电机141的泵体142。泵体设有叶轮147，叶轮147设于电机转轴149的一端，电机转轴149通过机械密封148与泵体142相连，电机141与泵体142间设有散热导管143，散热导管143一端与电机的壳体相连，另一端穿过泵体142与泵体的内腔相连，散热导管143与泵体142密封连接，散热导管与泵体间用氢化丁晴橡胶密封套连接。散热器3设有与监控记录仪相连的温度传感器。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：1、本专利技术的冷却效率高，相变冷却系统利用冷却介质相变过程中的汽化潜热，热交换效率高，能有效保证IGBT及均压电阻等关键元器件在安全的温度下运行，克服了局部过热的缺点；由于相变冷却介质在冷凝器内冷凝放热，使得冷却水与冷凝器间的换热效率高；2、本专利技术的损耗小、运行效率高，通过冷却介质相变传热，减少了水冷却过程中去离子树脂等材料的消耗；3、本专利技术的设备运行安全，无着火隐患，相变冷却介质在高电压下具有良好绝缘性能、无毒、不可燃、粘性低、有良好的热稳定性、化学稳定性及灭弧能力，若发生火灾或产生电弧，能有效控制事故的严重性；4、本专利技术的冷却系统维护方便，经济性好，相变冷却系统(一次冷却系统)中相变冷却介质循环动力由IGBT及均压电阻等元器件热损耗提供，无需外加动力，使整个系统自成独立的自循环系统。附图说明图1是本专利技术的冷却系统结构示意图；图2是本专利技术的柔性直流输电换流阀模块示意图；图3是本专利技术的柔性直流输电换流阀子模块示意图；图4是本专利技术的循环泵结构示意图；其中：1-IGBT绝缘栅双极型晶体管、2-均压电阻、3-散热器、4-出口支管、5-出口汇流管、6-主出口管、7-冷凝器、8-主进口管、9-进口汇流管、10-进口支管、11-二次冷却装置、12-二次冷却介质出口管、13-二次冷却介质回流管、14-循环泵、15-IGBT换流阀子模块、16-IGBT换流阀模块、17-IGBT换流阀、141-电机、142-泵体、143-散热导管、144-进口、145-出口、146-氢化丁晴橡胶密封套、147-叶轮、148-机械密封、149-电机转轴。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的作进一步详细的描述。本专利技术由柔性直流输电换流阀、相变冷却系统(一次冷却系统)及二次冷却系统组成；IGBT换流阀子模块15由IGBT1、均压电阻2及散热器3组成，六个换流阀子模块15构成一个IGBT换流阀模块16，十个阀模块组成一个IGBT换流阀17；相变冷却系统(一次冷却系统)由出口支管4、出口汇流管5、主出口管6、冷凝器7、主进口管8、进口汇流管9、进口支管10组成；二次冷却系统由二次冷却装置11、二次冷却介质出口管12、二次冷却介质回流管13及循环泵14组成。IGBT1布置在散热器3的表面，IGBT1与散热器3相接触面间涂有高效导热材料；均压电阻2也布置在散热器3的表面；冷凝器7布置在IGBT换流阀17的上方，冷凝器7通过主出口管6及主进口管8与I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统，其特征在于，所述柔性直流输电换流阀包括：由IGBT换流阀子模块(15)串联组成的IGBT换流阀模块(16)；所述冷却系统包括：一次冷却系统和二次冷却系统；所述一次冷却系统包括：冷凝器(7)及其所设的换热组件；所述二次冷却系统包括：二次冷却装置(11)、二次冷却介质出口管(12)、二次冷却介质回流管(13)和循环泵(14)。

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性直流输电换流阀的冷却系统，其特征在于，所述柔性直流输电换流阀包括：由IGBT换流阀子模块(15)串联组成的IGBT换流阀模块(16)；所述冷却系统包括：一次冷却系统和二次冷却系统；所述一次冷却系统包括：冷凝器(7)及其所设的换热组件；所述二次冷却系统包括：二次冷却装置(11)、二次冷却介质出口管(12)、二次冷却介质回流管(13)和循环泵(14)。2.根据权利要求1所述的冷却系统,其特征在于,所述二次冷却装置(11)与所述冷凝器(7)间的二次冷却介质回流管(13)设有循环泵(14)；所述二次冷却介质出口管(12)与所述冷凝器(7)的冷却介质入口相连。3.根据权利要求1所述的冷却系统,其特征在于,所述IGBT换流阀子模块(15)包括：设于散热器(3)表面的IGBT(1)和均压电阻(2)；所述散热器(3)的两端设有冷却介质进口和出口。4.根据权利要求3所述的冷却系统,其特征在于,冷却所述散热器(3)的换热组件包括：冷却介质出口支管(4)、冷却介质出口汇流管(5)、冷却介质主出口管(6)、冷却介质主进口管(8)、进口汇流管(9)和进口支管(10)；所述冷却介质从所述散热器(3)排出后，经所述出口支管(4)、所述出口汇流管(5)、所述主出口管(6)进入所述冷凝器(7)。5.根据权利要求4所述的冷却系统,其特征在于，二次冷却介质为水、水加乙二醇、或水加纳米流体。6.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述散热器(3)的材质按质量百分比计的下述组份制得：硅Si：0.30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立军，栾洪洲，闻福岳，周建辉，王航，查鲲鹏，贺之渊，孙宝奎，高冲，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，中电普瑞电力工程有限公司，全球能源互联网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32