[發(fā)明專利]一種用于柔性直流輸電換流閥的冷卻系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610885265.3
• 申請(qǐng)日: 2016-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107949234A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫立軍;欒洪洲;聞福岳;周建輝;王航;查鯤鵬;賀之淵;孫寶奎;高沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南瑞集團(tuán)公司;中電普瑞電力工程有限公司;全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20;F28D7/16;H02M1/00
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電換流閥領(lǐng)域，具體講涉及一種用于柔性直流輸電換流閥的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

一次冷卻系統(tǒng)用于冷卻柔性直流輸電IGBT換流閥內(nèi)發(fā)熱的電力電子元器件的冷卻介質(zhì)，一次冷卻系統(tǒng)采用新型高效的相變冷卻技術(shù)，它是靠冷卻介質(zhì)相變時(shí)的汽化潛熱來(lái)帶走發(fā)熱元器件的發(fā)熱量，使其溫度降低。柔性直流輸電IGBT換流閥運(yùn)行時(shí)，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、均壓電阻通過(guò)散熱器將熱量傳遞給相變冷卻介質(zhì)，相變冷卻介質(zhì)吸收熱量，溫度升高，當(dāng)達(dá)到工作壓力下的飽和溫度時(shí)，冷卻介質(zhì)在散熱器內(nèi)部開(kāi)始沸騰、汽化吸熱，氣液混合物進(jìn)入冷凝器中冷凝、釋放熱量，被冷凝的介質(zhì)通過(guò)主進(jìn)液管、進(jìn)液匯流管及進(jìn)液支管回到散熱器中繼續(xù)循環(huán)，形成密閉無(wú)泵自循環(huán)系統(tǒng)。

二次冷卻系統(tǒng)用于將冷凝器內(nèi)氣液混合物冷凝所釋放的熱量帶走，其是通過(guò)二次冷卻水與冷凝器進(jìn)行換熱，二次冷卻水經(jīng)過(guò)冷凝器后溫度升高，由循環(huán)主泵進(jìn)行升壓，并通過(guò)二次冷卻裝置來(lái)進(jìn)行降溫，將熱量散到周圍環(huán)境中去。

最后，由于一次冷卻系統(tǒng)與二次冷卻系統(tǒng)是通過(guò)冷凝器間接換熱，一次冷卻系統(tǒng)內(nèi)的相變冷卻介質(zhì)不與二次冷卻水進(jìn)行接觸，不但能有效保證一次冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，還可根據(jù)環(huán)境要求，選用不同的二次冷卻介質(zhì)(水+乙二醇及納米流體)來(lái)提高二次冷卻系統(tǒng)抗低溫性。

隨著輸電技術(shù)的發(fā)展，柔性直流輸電IGBT換流閥的冷卻方式經(jīng)歷由空冷、油冷到水冷卻方式的轉(zhuǎn)變，相對(duì)空冷、油冷而言，水的導(dǎo)熱系數(shù)最高，比熱容量最大，對(duì)流換熱能力最強(qiáng)，空氣、油、水的對(duì)流換熱系數(shù)比為1：10：100，所以采用水冷可以大大改善冷卻效果，降低IGBT的結(jié)溫，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。然而近幾年，隨著我國(guó)新能源發(fā)電及分布式能源的快速發(fā)展，柔性直流輸電換流閥電壓等級(jí)由±320kV提升到±500kV，乃至更高的±800kV，導(dǎo)致柔性直流輸電核心裝備IGBT換流閥損耗大幅提升，元器件功率密度相應(yīng)增加，對(duì)IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等電力電子元器件冷卻帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

目前，水冷方式存在冷卻效率低、水處理系統(tǒng)復(fù)雜、溫度分布不均及泄漏導(dǎo)致的絕緣失效等一系列問(wèn)題，以致不能更好的滿足大容量柔性直流輸電工程的需求，相變冷卻的現(xiàn)有技術(shù)研究方向側(cè)重于發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域、功率電子管和GTO逆變器領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有對(duì)柔性直流輸電IGBT換流閥裝置應(yīng)用相變冷卻方面的研究，更沒(méi)有將相變冷卻技術(shù)與二次冷卻系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)用的相關(guān)研究。

因此，需要提供一種技術(shù)方案來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于柔性直流輸電換流閥的冷卻系統(tǒng)，柔性直流輸電換流閥包括：由IGBT換流閥子模塊15串聯(lián)組成的IGBT換流閥模塊16；

冷卻系統(tǒng)包括：一次冷卻系統(tǒng)和二次冷卻系統(tǒng)；

一次冷卻系統(tǒng)包括：冷凝器7及其換熱組件；

二次冷卻系統(tǒng)包括：二次冷卻裝置11及其設(shè)置的換熱器、二次冷卻介質(zhì)出口管12、二次冷卻介質(zhì)回流管13和循環(huán)泵14。

二次冷卻裝置11與冷凝器7間的二次冷卻介質(zhì)回流管13設(shè)有循環(huán)泵14；

二次冷卻介質(zhì)出口管12與冷凝器7的冷卻介質(zhì)入口相連。

IGBT換流閥子模塊15包括：設(shè)于散熱器3表面的IGBT 1和均壓電阻2；

散熱器3的兩端設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口和出口。

冷卻散熱器3的換熱組件包括：冷卻介質(zhì)出口支管4、冷卻介質(zhì)出口匯流管5、冷卻介質(zhì)主出口管6、冷卻介質(zhì)主進(jìn)口管8、進(jìn)口匯流管9和進(jìn)口支管10；

冷卻介質(zhì)從散熱器3排出后，經(jīng)出口支管4、出口匯流管5、主出口管6進(jìn)入冷凝器7。

二次冷卻介質(zhì)為水、水加乙二醇、或水加納米流體。

散熱器3的材質(zhì)按質(zhì)量百分比計(jì)的下述組份制得：硅Si：0.30～0.6、鐵Fe：0.10～0.30、銅Cu：≤0.10、錳Mn：≤0.10、鎂Mg：0.35～0.6、鉻Cr：≤0.05、鋅Zn：≤0.15、鈦Ti：≤0.余量為鋁Al(最小值)：未指定的其他元素：每種：≤0.05；合計(jì)：≤0.15。

IGBT 1與散熱器3間的觸面涂有按重量份數(shù)計(jì)的下述組份制得的導(dǎo)熱材料：石蠟油10-20份，硬脂酸3-8份，二丁基二硫代氨基甲酸鋅3-7份，天然橡膠15-25份，聚二甲基硅氧烷7-11份，增塑軟化劑4-8份，乙丙橡膠20-30份，有機(jī)硅硅氧烷8-12份，促進(jìn)劑1-3份。

循環(huán)泵14包括：設(shè)有進(jìn)口144、出口145及電機(jī)141的泵體142。