[發明專利]一種基于非能動技術的直流換流閥冷卻系統

有效

• 申請號: 200910091058.0
• 申請日: 2009-08-24
• 公開（公告）號: CN101645647A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 溫家良;周建輝;魏曉光
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H05K7/20
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及電力系統元器件冷卻領域，尤其涉及一種基于非能動技術的直流換流閥冷卻 系統。

背景技術

隨著電力系統容量的增大，元件功率密度不斷增大，換流閥的功率損耗亦不斷增大，為 此必須采用更為有效的冷卻技術使相關元器件在正常溫度范圍內運行。目前，換流閥發熱元 件的冷卻方式主要有空氣冷卻、液體冷卻、熱管相變冷卻和半導體制冷等。由于采用了外加 動力，如果出現停電或意外主泵停運事故，冷卻系統的非正常運行會導致發熱元件溫度過高， 從而影響換流閥正常工作。

非能動安全概念是在20世紀80年代提出來的一種旨在提高核電站安全性和可靠性的新 概念，強調最大限度地利用自然驅動力，而不依賴于能動部件(泵、風機和柴油發電機等)。 換流閥的非能動設計主要體現在安全系統的設計上發生了根本變化。大量采用了非能動的安 全措施，即利用流體被加熱或蒸發、冷卻或冷凝而產生的密度差形成驅動壓頭或位差形成的 重力壓頭，無需用任何外部動力，尤其在事故工況下，實現發熱元件冷卻，以導出發熱元件 內的熱量，確保換流閥的完整性。這種非能動安全系統不僅簡化了專設安全措施，而且可減 少人員干預可能產生的誤動作，改善了人機關系及提高了換流站的固有安全性。

發明內容

針對上述現有技術需要采用外加動力的缺點，本發明的目的是設計一種基于非能動技術 的直流換流閥冷卻系統，其采用了非能動的安全措施，無需用任何外部動力，尤其在事故工 況下，實現發熱元件冷卻，以導出發熱元件內的熱量，確保換流閥的完整性。它是利用自然 力(重力、蒸發、冷凝、自然對流等)驅動流體流動的一種技術。在正常運行工況條件下， 由主泵提供冷卻水回路的足夠的冷卻水將換流閥發熱元件(晶閘管、飽和電抗器和阻尼電阻 等)產生的熱量帶走。在換流閥冷卻系統事故條件下，非能動冷卻系統啟動，提供換流閥發 熱元件應急冷卻能力。這種重力、蒸發、冷凝、自然循環、自然對流綜合的非能動技術發明 可以在沒有交流電源、冷卻水以及供暖、空調等支持系統的條件下保持換流閥冷卻系統正常 運行功能。由于減少了對支持系統和人員操作的依賴，其安全性、可靠性獲得了明顯的提高。

本發明的直流換流閥冷卻系統，是在換流閥的進口和出口兩端，與主冷卻系統并聯一個 基于非能動技術的直流換流閥冷卻系統，該基于非能動技術的直流換流閥冷卻系統包括順序 依次前后相連接的冷卻塔、熱交換器、儲水箱、氣動控制閥、換流閥和電磁閥門，所述依次 前后相連接的各個部件由相關管道進行連接，所述主冷卻系統由主泵驅動，所述冷卻塔的入 口通過常開的電磁閥門連接到換流閥出水管，也即換流閥的熱段管道，所述冷卻塔的出水口 連接到所述熱交換器的入口，所述熱交換器設置并浸沒在所述儲水箱內，所述熱交換器通過 兩個并聯的常閉氣動控制閥連接到到換流閥的入水管，也即換流閥的冷段管道，所述兩個并 聯的常閉氣動控制閥在接收到動作控制信號時打開，所述熱交換器設置的位置比換流閥的位 置要高，以便在包含主泵的主冷卻系統失效時具有一定的自然循環能力，所述自然循環能力 是指利用自然力驅動水流動的能力，所述自然循環能力能夠驅動水在所述非能動的直流換流 閥冷卻系統中循環流動。

其中，在正常工作條件下，由所述主泵提供并抽送冷卻水在換流閥的主冷卻系統中流動， 來對所述換流閥進行冷卻，在事故條件下，主冷卻系統停止運行時，所述非能動的直流換流 閥冷卻系統中并聯的氣動控制閥接收到控制信號并打開，冷卻水蒸氣在所述自然循環力的作 用下到達冷卻塔，在自然對流作用下冷凝成液體并收集到熱交換器里，與儲水箱發生熱交換， 由于熱交換器和換流閥的冷段管道之間存在著位置高度差和溫差，因此，所述并聯的氣動控 制閥開啟后將形成冷卻水的自然循環流動，冷卻水流動的方向與所述主冷卻系統的主泵產生 的強迫流動方向相同。

其中，所述事故條件下包括主泵停止運行或主冷卻系統的管道或主冷卻系統的各個部件 出現泄漏的情況，并造成冷卻水喪失速率超過冷卻水補給系統正常補給能力的冷卻水喪失事 故。

其中，所述自然力包括重力、蒸發、冷凝、和自然對流。

其中，可以使用乙二醇與水的混合物代替所述冷卻水。

其中，所述熱交換器的最低部位比換流閥最高部位還要高。

本發明的有益效果是：