大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统和散热方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统和散热方法，包括有封闭式风冷型电力设备、送风道和回风道、换热风柜、制冷机组；换热风柜的出风口经送风道后与封闭式风冷型电力设备的进风口相连，换热风柜的进风口经回风道与封闭式风冷型电力设备的排风口相连；其中：换热风柜内部沿风流方向依次布置有排风阀门、混风阀门、新风阀门、滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；初级换热器和次级换热器分别与制冷机组相连，并将交换出的热量经制冷主机排到室外空气中。本发明专利技术的系统中实现了整个风道系统中驱动风机的冗余配置，可做到多个制冷源的多重冗余配置，实现了整个风冷散热系统的高可靠性，保障被冷却大型电力电子正常工作需求。

High reliability closed air cooling system and cooling method for large power electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统和散热方法
本专利技术属于电气工程领域，具体涉及到一种大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统和散热方法。
技术介绍
近二十年来，随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力系统在发电、输电和发电等环节面临新的技术挑战，大型电力电子设备是解决这些问题的有效手段，如柔性交流输电系统(FACTS)、特高压直流输电(UHVDC)、柔性直流输电(Flexible-HVDC))等大型电力电子系统获得迅猛发展。受半导体功率器件固有特性影响，电力电子设备运行时会产生约1％的有功损耗，比如1台100Mvar容量的SVG额定发热量高达1000kW。根据电力电子系统可靠性调研报告统计，功率器件是变流系统中失效率最高的部件，约占34％；而在各类失效因素中，约55％的电力电子系统失效主要由温度因素诱发。对容量动则数百兆伏安的大型电力电子设备而言，其发热总量大、发热密度高、且长期连续运行于高压工况，对散热系统效率及可靠性要求很苛刻。目前，大容量电力电子设备一般采用散热效率较高的水冷方式进行器件散热。但水冷方式下的大型电力电子设备的进出水管接头众多，存在较大漏水风险，而且一旦漏水就会导致绝缘故障，可靠性差，严重影响了电力电子系统装置可靠性。有鉴于此，采用风冷方式进行器件散热成为首选。但现有用于STATCOM等大型电力电子设备的风冷系统，其风机一般采用在每个功率柜体上布置散热风机的方式，受柜体结构和风路结构限制，风机无法实现冗余配置，一旦任一台风机发生故障，则会导致部分功率部件因停风而过热，从而引起整套电力电子系统风冷而故障停运。此外，其制冷要么一般采用开放式风冷或空调机组制冷的方式，而开放式风冷即直接利用室外新风制冷，存在着散热风中灰尘在风道内及特别是被冷却设备上日积月累造成积灰、以及设备内部凝露等问题，严重影响被冷却设备的安全运行；而空调机组制冷时，一旦空调机组故障停运就会导致被冷却设备也需停机检修，可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可靠性高的大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统和散热方法。本专利技术这种大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，包括有封闭式风冷型电力设备、送风道和回风道、换热风柜、制冷机组；换热风柜的出风口经送风道后与封闭式风冷型电力设备的进风口相连，换热风柜的进风口经回风道与封闭式风冷型电力设备的排风口相连；其中：换热风柜内部沿风流方向依次布置有排风阀门、混风阀门、新风阀门、滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；初级换热器和次级换热器分别与制冷机组相连，并将交换出的热量经制冷主机排到室外空气中。所述的换热风柜由带保温层的金属材料构成柜体外壳，侧板上开有排风阀、新风阀以及若干检修门；换热风柜内部沿风流方向依次配置有混风阀、过滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；其中排风阀、新风阀及混风阀都可电动开启和闭合。所述的风机墙由多台小型调速风机并联构成，每台小风机配置有止回阀，防止其间空气反向流通。作为优选，所述的风机墙由6台空间上并联排布的可调速风机构成且每个风机的电气控制信号并联。所述的送风道和回风道均采用钢板焊接成金属管道、外部包裹有塑料隔热材料以抑制风道与室外空气热量交换。所述的制冷机组由两台独立工作的制冷主机组成；两台制冷主机的冷媒分别与换热风柜中的初级换热器和次级换热器相连。所述的制冷主机为蒸发冷凝式直膨机组。所述的风机、风阀和制冷机组三类设备的调控相互独立。采用大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统对电力电子设备散热的方法，包括以下步骤：正常运行情况下：制冷主机制冷，并将初级和次级换热器中的热风冷却，接着通过以恒定的风量，将冷风经送风道进入大型电力设备的进风口，冷却大型电力设备，在出风口形成回风，回风经回风道进入换热风柜的进风口；当进风口回风温度低于设定的高温保护值时，则排风阀和新风阀都关闭而混风阀打开，构成闭式循环风冷系统，回风经过混风阀和滤网后，先后经过初级和次级换热器，再次形成冷风，进入下一循环；当进风口回风温度不低于设定的高温保护值时，则打开排风阀，将高温回风排出管道外，并关闭混风阀，打开新风阀，从外部引入温度较低新风，低温新风经滤网过滤后，先后经过初级和次级换热器，形成冷风，进入下一循环；所述的风机墙工作在恒定风量工作模式，当每个风机都正常工作时，各风机并联均衡同等出力；当有部分风机故障或检修停机时，则通过增加剩余风机出力来维持总风量不变。所述的制冷主机的运行状态根据其空调风柜出风温度进行调控，实时调节两台制冷主机的启停及出力来促使空调出风温度跟踪设定风温目标值。本专利技术提供大型电力电子设备的高可靠性闭式风冷散热系统，其运行过程中存在多种可选工况，每个易损部件都有备用组件或保证正常风冷散热的备用工作模式，从而可保障被冷却电力设备的正常散热需求。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)被冷却设备主要工作在闭式风冷散热工况，可有效防止室外空气中的灰尘、盐碱、柳絮等杂质进入并积累，从而提高风冷系统及被冷却设备的可靠性及对外部恶劣环境的适应性。虽然也存在部分工况下用室外新风散热的备用工作模式，但仅作为应急工况短时运行，不会因积灰造成可靠性问题。2)存在空调制冷闭式风冷散热、全新风自然风冷散热、新风+制冷机组联合风冷散热等多种工况，各工况都能满足被冷却电力设备散热需要。且各模式可自动切换，在一种模式因故失效时，可自动切换到其他模式，从而保障被冷却设备的正常散热需要。本专利技术的系统中不仅实现了整个风道系统中驱动风机的N+1冗余配置，而且可做到多个制冷源的多重冗余配置，从而实现了整个风冷散热系统的高可靠性，保障被冷却大型电力电子正常工作需求。3)控制简单。系统中需要调控的风机、风阀和制冷机组三类设备，其调控相互独立且各自控制逻辑非常简单，不仅避免了复杂的控制算法，同时又能确保控制无死角，易于现场实现。附图说明图1为本专利技术所提大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统的结构图；其中：1-被冷却的电力设备，2-送风道，3-回风道，4-换热风柜，5-制冷机组，41-排风阀，42-混风阀，43-新风阀，44-滤网，45-初级换热器，46-次级换热器，47-风机墙。具体实施方式图1所示为本专利技术所提大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统的系统结构。下面将结合一个风冷型SVG的散热需要进行具体说明；被冷却的电力设备1为100Mvar的STATCOM，该STACOM采用风冷散热器，每个功率柜中布置多个风冷功率模块；各功率柜体密闭，其进风口并联在一起后连接到送风道2，其出风口并联一起连接到回风道3。回风道3的另一端与换热风柜4的进风口连通，换热风柜4的出风口与送风道2连通。送风道2和回风道3均采用钢板焊接成金属管道、外部包裹有塑料隔热材料以抑制风道与室外空气热量交换。换热风柜4由带保温层的金属材料构成柜体外壳，换热风柜4内部沿风流方向依次布置有排风阀41、混风阀42、新风阀43、滤网44本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，包括有封闭式风冷型电力设备、送风道和回风道、换热风柜、制冷机组；换热风柜的出风口经送风道后与封闭式风冷型电力设备的进风口相连，换热风柜的进风口经回风道与封闭式风冷型电力设备的排风口相连；其中：换热风柜内部沿风流方向依次布置有排风阀门、混风阀门、新风阀门、滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；初级换热器和次级换热器分别与制冷机组相连，并将交换出的热量经制冷主机排到室外空气中。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，包括有封闭式风冷型电力设备、送风道和回风道、换热风柜、制冷机组；换热风柜的出风口经送风道后与封闭式风冷型电力设备的进风口相连，换热风柜的进风口经回风道与封闭式风冷型电力设备的排风口相连；其中：换热风柜内部沿风流方向依次布置有排风阀门、混风阀门、新风阀门、滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；初级换热器和次级换热器分别与制冷机组相连，并将交换出的热量经制冷主机排到室外空气中。


2.根据权利要求1所述的大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，其特征在于，所述的换热风柜由带保温层的金属材料构成柜体外壳，侧板上开有排风阀、新风阀以及若干检修门；换热风柜内部沿风流方向依次配置有混风阀、过滤网、初级换热器、次级换热器、风机墙；其中排风阀、新风阀及混风阀都可电动开启和闭合；所述的风机墙由多台小型调速风机并联构成，每台小风机配置有止回阀，防止其间空气反向流通。


3.根据权利要求2所述的大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，其特征在于，所述的风机墙由6台空间上并联排布的可调速风机构成且每个风机的电气控制信号并联。


4.根据权利要求2所述的大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，其特征在于，所述的送风道和回风道均采用钢板焊接成金属管道、外部包裹有塑料隔热材料以抑制风道与室外空气热量交换。


5.根据权利要求2所述的大型电力电子设备高可靠性闭式风冷散热系统，其特征在于，所述的制冷机组由两台独立工作的制冷主机组成；两台制冷主机的冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄清军，李波，谭艳军，朱思国，朱远，毛新果，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43