[發明專利]一種高壓輸電線路直流融冰裝置的水冷系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202010596753.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111600267A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 徐章福;盧小桃;李志凌;蘭中秋;張世海;姜延燦;王鎖斌
• 申請（專利權）人: 貴州創星電力科學研究院有限責任公司;貴州電網有限責任公司
• 主分類號: H02G7/16
• 分類號: H02G7/16;H01L23/473
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 胡緒東

本發明公開了一種高壓輸電線路直流融冰裝置的水冷系統及其控制方法，包括高位水箱、冷卻水主泵、水風換熱冷卻器和IGBT閥組，高位水箱通過管道連接到冷卻水主泵，冷卻水主泵通過管道連接到IGBT閥組，水風換熱冷卻器安裝在冷卻水主泵與IGBT閥組之間的管道上，IGBT閥組通過管道連接到高位水箱，冷卻水主泵的電機采用變頻驅動方式。本發明克服現有水冷裝置容易發生的通訊故障、儀表異常、裝置漏水頻繁、閥門泵體損壞、水質不合格等問題，同時增設部分設備和邏輯功能，使系統工作具有可靠性高、適應性強、自動化程度高等優點，采用變頻驅動，冷卻水系統啟、停過程不但壓力、流量、速率可控，而且冷卻水溫可隨IGBT發熱情況自由調節，節能效果顯著。

技術領域

本發明屬于高壓輸電線路直流融冰裝置的水冷系統技術領域，具體涉及一種采用IGBT模塊的高壓輸電線路直流融冰裝置的水冷系統，還涉及一種采用IGBT模塊的高壓輸電線路直流融冰裝置的水冷系統的控制方法。

背景技術

2008年南方發生了百年一遇的特大雪災，對貴州電網造成了毀滅性打擊，貴州全省9個地州市88個縣先后共有50個縣(市、區)受停電影響，11個縣全部停電。45條500kV線路有29條受災停運，147條220kKV線路有94條受災停運；500kV、220kV線路倒塌分別為169基和147基；12座500kV變電站有5座全站停電，51座220kV變電站有27座全站停電。

災后貴州省陸續在110kV、220kV、500kV變電站安裝了融冰裝置，當前運行的融冰裝置由多個廠家進行生產，已運行超過十年，其水冷系統一般由融冰裝置廠商外購，型號較多，設備配件通用性差，部分甚至因年限較長，廠家已停止生產，這些在結構設計及運行中存在諸多問題，影響了融冰裝置系統的穩定可靠運行，同時造成了維護工作量大、工作瑣碎等問題，詳見表1。

表1：貴州省融冰裝置水冷系統故障情況統計表

表1中的故障設備主要包括系統通訊、控制卡件、泵、閥門以及水質指標測試儀器等。除上表所列故障外，現有融冰裝置還存在補水困難；凈化水質的樹脂容易劣化；風-水散熱冷卻器通水管在極端低溫天氣下容易結冰堵管等問題。因此原有設備存在穩定性差、系統維護量大的缺點。

由于環境、能源、社會高效化的要求，電力電子設備和系統正朝著應用技術高頻化、智能化、全數字、系統化及綠色化方向發展。以IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)為主功率器件的整流器和逆變器可提高效率、減小噪聲、減輕設備重量、減小體積，正廣泛應用于工業、家用電器和新能源等方面。作為電力電子裝置“CPU”的IGBT元件，是能源變換與傳輸的核心器件，具有驅動功率小、飽和壓降低的優點。目前，新一代融冰裝置主要由IGBT換流單元、驅動電路、直流支撐電容、散熱片、就地控制器、結構件等組成。相對于傳統基于晶閘管的直流融冰裝置，IGBT融冰裝置輸出電流諧波含量小，無需配置濾波器，運行于直流融冰模式時可實現真正的零起升壓、零起升流。融冰裝置往往由多個功率單元模塊組成，而單個大功率IGBT模塊、晶閘管在工作中發熱量最大可達到2KW以上，一旦IGBT中核心溫度在達到150°(新型180°)時將被燒毀，甚至爆炸，因此有必要研發一套性能穩定、質量可靠的冷卻裝置對核心功率元件進行散熱保護。

工業中的散熱方式主要有風冷、熱管冷卻、水冷等幾種方式，其中具有極高換熱系數的水冷卻無疑是效果最好的，因此水冷卻方式被廣泛運用。純水以其高的熱容量、穩定性以及良好的非導電性和易獲得的特性被廣泛運行在電力行業。借鑒于大型汽輪發電機定子線圈純水冷卻，保證IGBT散熱管路不會出現腐蝕、結垢、堵塞、過熱、燒毀等事故。

現有典型冷卻系統的示意圖如圖1、圖2所示，具體流程如下：